CN105624442A - 一种快速溶硅法生产6063铝合金棒的方法 - Google Patents

一种快速溶硅法生产6063铝合金棒的方法 Download PDF

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Abstract

一种快速溶硅法生产6063铝合金棒的方法，包括：固态冷料熔炼；工业硅块二次投料；均匀撒入铝渣分离剂进行打渣处理；调整铝液温度至720-740℃，关闭所有火枪，搅拌条件下，加入镁块并外加烧损量；加入精炼剂对铝液进行精炼处理；成分微调；静置；放水浇注铝棒，同时加入铝钛硼丝。本发明实收率高达97%，熔炼时间大大缩短，铝液烧损较少。棒材表面质量合格，Mg2Si强化相均匀分散，组织均匀无偏析，力学性能较中间合金方法有所提高。省去了耗时费力的中间合金制备过程。工艺简单易行，生产水平稳定，时间、人工和能源成本低，环境污染小。可用于制备优质6063铝合金棒材，也可用于熔炼含硅量低于1.2%的其它铝合金。

Description

一种快速溶硅法生产6063铝合金棒的方法
技术领域
本发明属于金属材料制备领域，涉及一种铝合金型材的生产方法。
背景技术
铝合金型材广泛应用于汽车、船舶、航空等领域，6063铝合金主要合金元素为镁与硅，具有极佳的加工性能、优良的可焊性、良好的抗腐蚀性及韧性，是典型的挤压合金。6063铝合金传统制配法是以中间合金的方式加入Al-Si中间合金锭，工艺虽然简单，溶化效果好，容易合金化，但是由于多了一道制作中间合金的工序，无疑加大了生产成本及环境成本，而且增加了能耗。
有部分厂家尝试采用粉碎机将工业硅锭粉碎成大小不一的硅块，然后按Si的含量要求将硅颗粒直接加入熔融的铝液中，搅拌，成本相对降低，但需严格控制硅颗粒的大小，过大，需要充足的时间才能彻底溶解，过小，硅颗粒易发生氧化反应，生成不溶的SiO2粒子，成为细小的夹杂物，这些夹杂物不但对产品的力学性能会产生影响，而且会缩短模具的寿命，生产工艺苛刻。由于生产工艺问题，国内大部分铝合金生产厂家在制配6063铝合金棒时，依旧采用的是传统的中间合金制配法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对6063铝合金棒的生产方法，提供一种快速溶硅法生产6063铝合金棒的方法，在保证铝合金棒材质量的前提下，达到降低生产成本，节能降耗的目的。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种快速熔硅法生产6063铝合金棒的方法，包括以下步骤。
（1）将固态电解铝块转入熔炼炉，加入固态冷料，完成一次投料，开火熔炼。
（2）待步骤（1）的固态材料熔化后，加入工业硅块进行二次投料。
（3）按每吨铝熔体重量加入1-1.5Kg的铝渣分离剂的比例，均匀撒入加入铝渣分离剂进行打渣处理。
（4）调整铝液温度至720-740℃，关闭所有火枪，搅拌条件下，根据产品成分加入镁块并外加10%烧损量，搅拌时间15-30min。
（5）加入精炼剂对铝液进行精炼处理，精炼温度控制在730-740℃。
（6）取炉前样分析并进行成分微调。
（7）静置20-30min。
（8）放水浇注铝棒（放水时在线加入铝钛硼丝）。
步骤（1）所述的固态电解铝块，其Al化学成分质量百分含量≥99.70%。
所述步骤（1）中的固态冷料为同种合金的铸棒切头、重熔铝锭及同类合金的挤压型材（喷涂、氧化）废料一种或几种。固态冷料添加比例为电解铝块质量分数的20-40%。控制熔炼温度在740-770℃之间。
所述步骤（2）中按产品需要硅的成分配比投入工业硅块，硅块预先粉碎，颗粒尺寸在20-30mm。
所述步骤（5）中精炼为炉内喷粉精炼，精炼温度控制在730-740℃，精炼除气必须要三次，每次8-10min，不许留有死角，精炼剂用量为1-3Kg/T-Al（每吨铝），精炼气体为纯度≥99.99%的氮气。
所述步骤（5）的精炼剂为HJ-J12型铝合金变质剂。
所述步骤（6）成分分析采用直读式光谱仪。
本发明的技术效果。
1、控制结晶硅的颗粒尺寸大小在适当的范围内，防止细粉硅被氧化包裹在铝水中，或者硅颗粒难溶解而被夹杂，从而保证较熔硅时间短且实收率高。
2、在二次投料时将结晶硅一同加入有足够的预热和溶解时间，并控制适当的熔炼温度，对流、冲击作用显著，硅就可以快速溶解，且铝液烧损较少。在生产中减少了搅拌次数及在炉时间，降低了铝业氧化、吸氢的时间和条件，最终达到提高生产效率及产品质量的目的。整个熔炼过程耗时大大缩短，有效的节约燃料的用量。
3、在加镁和补料之间的工艺阶段加适当搅拌，使镁和硅混合均匀，充分发生反应形成Mg2Si强化相，促进硅的溶解，获得较高的实收率，后续的补料就越少（甚至无需补料）。适当延长搅拌时间，可提高实收率，但综合考虑成本和安全因素，搅拌时间不宜过长。
附图说明
图1为本发明实施例1工艺流程图。
图2为本发明实施例1结晶硅颗粒图。
图3为本发明实施例1铸棒外观质量图。
图4为本发明实施例1合金棒的低倍组织图。
图5为本发明实施例1中6063铸态金相组织分析5%HF腐蚀微观组织100×金相图。
图6为本发明实施例1中6063铸态金相组织分析5%HF腐蚀微观组织200×金相图。
具体实施方式
初步设计新工艺流程为：配料、投料—加热熔化—二次投料、加硅—加热熔化—打渣、耙渣—加镁搅拌—精炼、耙渣—静置取样（不合格成分微调）—成分合格—浇铸铝棒。简化工艺流程图如图1所示。
首先，根据常规6063铝合金性能要求（化学成份参考《JIS_H5302-2006》标准：Si:0.20～0.6，Cu:≤0.10，Mg:0.45～0.9，Mn≤0.10，Fe≤1.3，Ti≤0.10，Zn≤0.10，Cr≤0.10，Al余量）制定配料单。实际投料比按《内控标准》执行，即硅0.43%，镁0.58%，其余为纯铝锭。先用废料型材铺完炉底，加少量纯铝锭，开小火熔化（减少烧损），点火前必须将炉门全部打开，待火势正常后再关炉门，此时可开启第二把火枪。待完全熔化后进行二次投料，根据料单将剩料投完，此时将工业硅块一并投入，粉碎的结晶硅颗粒尺寸在20-30mm范围内，如图2所示，加热升温。
炉料全部熔化后，按每吨铝熔体重量的.5kg均匀撒入铝渣分离剂，然后进行扒渣。待铝渣分离后，扒到炉门边，待铝液沥尽后，扒出铝渣，用专用推车送至炒铝灰处处理。当铝液温度720℃时，加入镁锭，并用耙子将镁锭压入熔体中熔化，要边加边搅拌，搅拌时间为20min，加镁锭时确保关闭所有火枪。
精炼，精炼温度控制在730℃，精炼除气必须要三次，每次10min，不许留有死角。精炼剂（HJ-J12型）按精炼剂使用说明书要求的比例（一般为铝液重量的2.5㎏/吨），将精炼剂装入精炼罐，利用氮气作载体通入精炼剂，氮气纯度为99.99%，精炼要平稳缓慢，通过精炼罐底部开关控制送粉快慢，要求在精炼时间内都有粉喷出。氮气压力为0.45Mpa，以铝液翻腾高度而定，原则上是在不堵管的前提下，翻腾高度越低越好，最好控制在150mm以下。精练管插入炉内铝液深度2/3为宜，左右前后移动，不要碰到炉壁或炉底，前进时抬高点，后退时压低点，以防堵管。精炼之前要先开气，后开精炼剂，精炼完后，先关精炼剂罐，将排气管拿出来以后再关氮气。
分析取样，取样前10mim，控制铝液温度为730℃，进行第一次精炼，待铝液表面的杂质除去以后，取样进行炉前化学成份分析（取样时将铁勺烤干，然后将铁勺口向下放入铝液中间，液面高2/3深处取样，注入取样模中，冷却后把样块取出，取样应有代表性）。炉前化学分析成分不合格时，进行补料调整成分，完成后进行二次精炼除气。之后再(由专人负责)取样进行成分复验，进行成分微调，符合公司《内控标准》时，进行第三次精炼。三次精炼完毕后，保证铝液静置30min，再次取样分析留底，才进行浇铸，浇铸过程中用铝钛硼丝在线变质。
生产完成后，先取样用直读光谱仪检测材料的成分，之后观察材料的外观质量，并取样观察材料的低倍组织和显微组织，检测材料力学性能等。
表1为每炉次合金棒的成分数。从表中可以看出，快速溶硅新工艺与加中间合金传统工艺具有同等合金化效果，试样各点硅含量相差甚微，并在多次取点检测中，无明显偏析现象，合金化效果好；快速熔硅方法制配的试样硅含量稳定在0.42%左右，硅的实收率约为97.7%。该技术溶解速度较快，减少了烧损，节约时间和燃料，提高了产品质量。
图3快速熔硅法铸棒的表面质量，清洁平整，无凹坑，截面也没有发现孔洞。图4为快速熔硅法铸棒低倍组织照片，可以发现快速熔硅合金晶粒清晰明显，无裂纹和气泡,无羽毛晶，没有明显的偏聚现象，也没发现结晶硅颗粒夹杂。图5和图6为快速溶硅法浇注的6063铸棒样品的金相组织照片，腐蚀液为5%的HF，放大倍数为100倍、200倍，从照片中可以观察到强化相均匀的分布在α（Al）基体上，偏析现象较少出现，组织均匀，不存在硅颗粒无法溶解的现象。
表1直接加硅法试样的光谱分析结果对比
。
各炉次6063合金棒力学性能检测结果见表2。从表中可以看出快速溶硅法所生产的铝棒挤压型材，在T6状态下的抗拉强度、屈服强度、延伸率和硬度方面的性能都高于国家标准。
表2各炉次6063合金锭机械性能检测结果
。
从光谱分析的结果看：快速溶硅法制得的铝棒硅的实收率较高，硅的溶解量完全可以满足要求；通过金相、力学性能检测的结果总结可知：并不存在硅不溶于铝或偏析的情况，且分布很均匀；并且在力学性能检测中各项指标也能达到要求。快速熔硅技术熔炼6063铝合金工艺流程短、生产成本低、产品质量优异等显著特点，因此具有极高的应用价值。

Claims (5)

1.一种快速溶硅法生产6063铝合金棒的方法，其特征是包括以下步骤：
（1）将固态电解铝块转入熔炼炉，加入固态冷料，熔炼；
（2）待步骤（1）的固态材料熔化后，加入工业硅块进行二次投料；
（3）按每吨铝熔体重量加入1-1.5Kg的铝渣分离剂的比例，均匀撒入铝渣分离剂进行打渣处理；
（4）调整铝液温度至720-740℃，关闭所有火枪，搅拌条件下，根据产品成分加入镁块并外加10%烧损量，搅拌时间15-30min；
（5）加入精炼剂对铝液进行精炼处理，精炼温度控制在730-740℃；
（6）取炉前样分析并进行成分微调；
（7）静置20-30min；
（8）放水浇注铝棒，同时加入铝钛硼丝；
步骤（1）所述的固态电解铝块，其Al化学成分质量百分含量≥99.70%。
2.根据权利要求1所述的快速溶硅法生产6063铝合金棒的方法，其特征是步骤（1）中所述的固态冷料为同种合金的铸棒切头、重熔铝锭或同类合金的挤压型材废料的一种或几种；固态冷料添加比例为电解铝块质量分数的20-40%，控制熔炼温度在740-770℃之间。
3.根据权利要求1所述的快速溶硅法生产6063铝合金棒的方法，其特征是步骤（2）中按产品需要硅的成分配比投入工业硅块，硅块预先粉碎，颗粒尺寸在20-30mm。
4.根据权利要求1所述的快速溶硅法生产6063铝合金棒的方法，其特征是步骤（5）中所述的精炼为炉内喷粉精炼，精炼温度控制在730-740℃，精炼除气三次，每次8-10min，无死角，精炼剂用量为1-3Kg/T-Al，精炼气体为纯度≥99.99%的氮气。
5.根据权利要求1所述的快速溶硅法生产6063铝合金棒的方法，其特征是步骤（5）中所述的精炼剂为HJ-J12型铝合金变质剂。
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