CN106868330A - 一种一次铸造不同规格铝合金扁锭的方法 - Google Patents

一种一次铸造不同规格铝合金扁锭的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种一次铸造不同规格铝合金扁锭的方法，涉及铝合金制造技术领域。所述的一次铸造不同规格铝合金扁锭的方法，通过单独调控铸造面水流量、水压，合理调控结晶器的铝液填充及液位高度，实现了宽度变化范围在350mm内，厚度变化范围在100mm内的高质量铝合金扁锭的混合铸造，并且减少了加工工序，提高了生产效率和成品率，能满足不同客户订单需求；通过精炼、静置、过滤净化扁锭的成分，改善了扁锭质量缺陷，提高了铸造成功率；所述扁锭铸造方法有效防止了铸造裂纹、表面偏析瘤以及晶粒度粗大等铸造缺陷。

Description

一种一次铸造不同规格铝合金扁锭的方法
技术领域
本发明属于铝合金制造技术领域，尤其涉及一种一次铸造不同规格铝合金扁锭的方法。
背景技术
铝合金扁锭是高质量铝合金板、带、箔材的主要原料。随着经济的发展，我国对高质量铝合金板、带、箔的需求增加，铝合金扁锭也随之需求旺盛。在扁锭生产方面，装备技术的引进较快，工艺技术的发展则需要一个循序渐进的过程。由于工艺技术中各参数的影响，同一炉次铸造出来的铝合金扁锭尺寸规格必须一致，以避免铸造过程中出现漏铝、拉裂以及扁锭内部组织疏松等缺陷。
目前，铝合金熔炼炉和保温炉容量普遍为几十吨甚至一百多吨，导致小订单无法满足满炉生产。通常将多个小订单凑单生产，几个订单凑成一炉，以其最大规格来铸造铝合金扁锭，多铸的铸锭造成金属积压，凑单生产需要增加工序，增加了产品缺陷几率，对生产效率和经济效益均造成影响。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种一次铸造不同规格铝合金扁锭的方法，通过单独控制铸造面水流量、水压，合理调控结晶器的铝液填充以及液位高度，实现一次铸造不同规格铝合金扁锭，能满足客户多规格铝合金扁锭的一次铸造，减少加工工序，提高生产效率和成品率。
本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种一次铸造不同规格铝合金扁锭的方法，具体包括如下工艺步骤：
（1）配料：根据目标铝合金成分按照质量百分比计算重熔用铝锭和返回料以及各中间合金的用量，然后进行混合配料，返回料用量占总投入量的质量百分比为0-60%；
（2）熔炼：将配料投入熔炼炉，在熔炼温度为680-760℃条件下，使用电磁搅拌器搅拌熔炼，得到的铝合金熔体；
（3）成分调整：取铝合金熔体进行直读光谱测试，根据检测结果对铝合金各成分进行调整，并补充原料继续熔化，直到达到目标铝合金成分；通过对铝合金成分的调整，达到精确控制扁锭成分的目的，改善扁锭质量缺陷，提高铸造成功率；
（4）保温、精炼、静置：将铝合金熔体转注到保温炉，通入Ar-Cl2混合气体进行精炼，氩气与氯气通入流量的体积比为4-60：1，精炼时间10-100min，精炼后在保温炉对铝合金熔体静置10-60min；
（5）在线精炼：采用在线除气精炼装置对步骤（4）保温静置后的铝合金熔体进行精炼，通入流量体积比为7-80:1的氩气与氯气，将气体流量计的转子速度控制在100-650Rpm之内，除气温度为680-735℃，精炼后铝合金熔体中氢浓度≤0.12mg/100g，精炼后铝合金熔体中的氧化物、非金属夹杂物和其他有害金属杂质显著减少，减少对断裂韧性和耐蚀性的不利影响；
（6）晶粒细化：经过步骤（5）精炼后的铝合金熔体进入流槽内，借助喂丝机向流槽中连续添加Al-Ti-B合金进行晶粒细化处理，喂丝速度为80-300 cm/min，得到晶粒细化后的铝合金熔体；
（7）在线过滤：对步骤（6）得到的铝合金熔体采用泡沫陶瓷过滤板进行过滤除渣；
（8）结晶器布设：结晶器布设优先以对称、大规格排在外侧一圈为原则；
（9）铸造：根据铸造的各块扁锭不同规格的情况，每根结晶器供水管设有单独水流量控制阀，结晶器水流量通过测量桶进行测量；单个结晶器水流量大小为该结晶器截面积与最大结晶器截面积之比乘以0.8-1.2，铸造速度为全部结晶器的平均铸造速度乘以0.7-1.1，结晶器液位为全部结晶器的平均液位乘以1.0-1.3；
控制销开启，将过滤后的铝合金熔体注入结晶器内，结晶器下方的引锭头缓缓下降，铸造进入正常阶段，单独调控铸造面水流量和水压，对应规格扁锭的铸造面水流量为10-90m2/h，水压为2.0-7.0 bar，控制结晶器的铝液填充及液位高度，并且控制浇铸温度为680～720°C，铸造速度根据扁锭规格的差异控制为20-60 mm/min，直至铸造成预定规格扁锭半成品；
（10）均热：将铸造后的铝合金扁锭半成品进行均热处理，得到铝合金扁锭，以消除扁锭枝晶偏析。
进一步的，所述步骤（3）中直读光谱测试采用光电直读光谱仪，所述光电直读光谱仪包括控制电极激发样品发出特征光谱的激发光源、产生基体线的Hg灯，光电转换器件以及用于数据处理的控制器和电源开关，所述电源开关分别与激发光源、Hg灯、光电转换器件和控制器连接。
进一步的，所述步骤（5）中的在线除气精炼装置包括箱体、熔体加热保温装置以及永磁搅拌器；所述箱体通过隔板分为前后箱体，所述永磁搅拌器穿过前箱体的顶盖并固定，对熔体进行非接触式搅拌，所述永磁搅拌器的上端与气体入口管道连接；所述前箱体侧壁的上部设有熔体入口，所述后箱体侧壁的上部设有熔体出口；所述熔体加热保温装置采用U型硅碳棒，并安置在箱体顶盖，通过辐射加热；所述箱体的两侧壁的下部设有清渣口，不用启动顶盖即可完成炉内清渣，延长箱体的使用寿命。
进一步的，所述步骤（10）中的均热处理方式为单级均热或双级均热。
与现有技术相比，本发明所提供的一次铸造不同规格铝合金扁锭的方法，通过单独调控铸造面水流量、水压，合理调控结晶器的铝液填充及液位高度，实现了宽度变化范围在350mm内，厚度变化范围在100mm内的高质量铝合金扁锭的混合铸造，并且减少了加工工序，提高了生产效率和成品率，能满足不同客户订单需求；通过精炼、静置、过滤净化扁锭的成分，改善了扁锭质量缺陷，提高了铸造成功率；所述扁锭铸造方法有效防止了铸造裂纹、表面偏析瘤以及晶粒度粗大等铸造缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a为5083铝合金中心部位的显微组织图；
图1b为5083铝合金1/4对角线部位的显微组织图；
图1c为5083铝合金边缘部位的显微组织图；
图2a为3003铝合金中心部位的显微组织图；
图2b为3003铝合金1/4对角线部位的显微组织图；
图2c为3003铝合金边缘部位的显微组织图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
混合铸造2570×550 mm和2270×550mm规格的5083合金：
（1）配料：按质量百分比为Si：0.02-0.20%，Fe：0.10-0.35%，Cu：0.01-0.10%，Mn：0.50-0.85%，Mg：4.20-4.80%，Cr：0.10-0.20%，Zn：0.01-0.25%，余量为铝，称取投炉用重熔用铝锭、返回料、纯Mg锭、纯Zn锭、Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金质量，严格控制纯度为99.70%的重熔用铝锭和5xxx系合金返回料用量，5xxx合金返回料用量占投炉总量0-60%；
（2）熔炼：将配料投入55T熔炼炉，在690-750℃条件下用电磁搅拌器搅拌熔炼，所有合金投炉后，当熔炼温度到达710-740℃后再熔炼5-20分钟；
（3）成分调整：取熔体进行直读光谱测试，根据检测结果对合金各成分进行调整，并向熔炼炉补充原料继续熔化，当达到目标合金成分时，得到的铝合金熔体；
（4）保温、精炼、静置：熔化完成后转注到60T保温炉，通入Ar-Cl2混合气体精炼，通入氩气与氯气流量的比值为4-60：1，精炼时间为10-60min，精炼结束后静置10-30min；
（5）在线精炼：静置完成后倾动保温炉使熔体流经四转子在线除气精炼装置，通入氩气与氯气流量的比值为7-80：1，控制气体流量计的转子转速为100-650Rpm，除气温度为700-735℃；
（6）晶粒细化：经过步骤（5）精炼后的铝合金熔体进入流槽内，借助喂丝机向流槽中连续添加Al-Ti-B合金进行晶粒细化处理，喂丝速度为180-270 cm/min，得到晶粒细化后的铝合金熔体；
（7）在线过滤：对步骤（6）得到的铝合金熔体采用40ppi泡沫陶瓷过滤板进行过滤除渣；
（8）结晶器布设：将两个结晶器左右排列；
（9）铸造：在温度为690～710℃条件下进行浇铸；分别控制铸造面水流量为20-85m2/h，水压2.0-4.5bar；铸造速度20-50mm/min以及结晶器的铝液填充及液位高度，铸造出2570×550 mm和2270×550mm规格的5083铝合金扁锭半成品；
（10）均热：将铝合金扁锭半成品进行双级均热，第一级保温温度400-440℃，保温时间2-4h；第二级保温温度500-520℃，保温时间10-15h。
实施例2
混合铸造1480×520mm、1780×520、1400×580及1700×580规格3003合金：
（1）配料：按质量百分比为Si：0.02-0.60%，Fe：0.10-0.40%，Cu：0.01-0.18%，Mn：1.10-1.40%，Mg：0.01-0.04%，Zn：0.01-0.09%，余量为铝，称取投炉用重熔用铝锭、返回料、纯Mg锭、纯Zn锭、Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金质量，精确控制纯度为99.70%的重熔用铝锭和3xxx系合金返回料用量，3xxx系合金返回料用量占投炉总量的0-60%；
（2）熔炼：将配料投入55T熔炼炉，在690-750℃条件下用电磁搅拌器搅拌熔炼，所有合金投炉后，当熔炼温度到达710-～740℃后再熔炼5-20分钟；
（3）成分调整：取熔体进行直读光谱测试，根据检测结果对合金各成分进行调整，并向熔炼炉补充原料继续熔化，当达到目标合金成分时，得到的铝合金熔体；
（4）保温、精炼、静置：熔化完成后转注到60T保温炉，通入Ar-Cl2混合气体精炼，通入氩气与氯气流量的比值为10-50：1，精炼时间为10-60min，精炼结束后静置10-60min；
（5）在线精炼：静置完成后倾动保温炉使熔体流经四转子在线精炼控制装置，通入氩气与氯气流量的比值为6-100：1，控制气体流量计的转子转速400-600Rpm，除气温度700-735℃；
（6）晶粒细化：经过步骤（5）精炼后的铝合金熔体进入流槽内，借助喂丝机向流槽中连续添加Al-Ti-B合金进行晶粒细化处理，喂丝速度为80-130 cm/min，得到晶粒细化后的铝合金熔体；
（7）在线过滤：对步骤（6）得到的铝合金熔体采用30ppi泡沫陶瓷过滤板进行过滤除渣；
（8）结晶器布设：将4个结晶器按照1480×520mm、1780×520、1700×580和1400×580左右一次排列。
（9）铸造：在温度为680～720°C条件下进行浇铸；分别控制铸造面水流量35-90m2/h，水压2.5-5.5bar；铸造速度35-60mm/min 以及结晶器的铝液填充及液位高度，铸造出1480×520mm、1780×520、1400×580及1700×580规格的3003合金扁锭半成品；
（10）均热：将铝合金扁锭半成品进行单级均热， 均热处理保温温度为590-620℃，保温时间为8-25h。
如图1a、1b、1c所示，晶粒度检测结果为：扁锭中心部位晶粒级别指数为G2.0（平均尺寸为180μm），无过烧现象；扁锭1/4对角线部位晶粒级别指数为G3.0（平均尺寸为125μm），无过烧现象；扁锭边缘部位晶粒级别指数为G4.0（平均尺寸为90μm），无过烧现象，该产品无过烧现象，晶粒度较小，质量好。
如图2a、2b、2c所示，晶粒度检测结果为：扁锭中心部位晶粒级别指数为G3.0（平均尺寸为125μm），无过烧现象；扁锭1/4对角线部位晶粒级别指数为G2.0（平均尺寸为180μm），无过烧现象；扁锭边缘部位晶粒级别指数为G2.0（平均尺寸为180μm），无过烧现象；该产品无过烧现象，晶粒度较小，质量好。
本发明采用的一次铸造不同规格铝合金扁锭的方法，通过单独调控铸造面水流量、水压，合理调控结晶器的铝液填充及液位高度，实现了宽度变化范围在350mm内，厚度变化范围在100mm内的高质量铝合金扁锭的混合铸造，并且减少了加工工序，提高了生产效率和成品率，能满足不同客户订单需求；通过精炼、静置、过滤净化扁锭的成分，改善了扁锭质量缺陷，提高了铸造成功率；所述扁锭铸造方法有效防止了铸造裂纹、表面偏析瘤以及晶粒度粗大等铸造缺陷。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种一次铸造不同规格铝合金扁锭的方法，其特征在于：包括如下工艺步骤，
（1）配料：根据目标铝合金成分按照质量百分比计算重熔用铝锭和返回料以及各中间合金的用量，然后进行混合配料，返回料用量占总投入量的质量百分比为0-60%；
（2）熔炼：将配料投入熔炼炉，在熔炼温度为680-760℃条件下，使用电磁搅拌器搅拌熔炼，得到的铝合金熔体；
（3）成分调整：取铝合金熔体进行直读光谱测试，根据检测结果对铝合金各成分进行调整，并补充原料继续熔化，直到达到目标铝合金成分；
（4）保温、精炼、静置：将铝合金熔体转注到保温炉，通入Ar-Cl2混合气体进行精炼，氩气与氯气通入流量的体积比为4-60：1，精炼时间10-100min，精炼后在保温炉对铝合金熔体静置10-60min；
（5）在线精炼：采用在线除气精炼装置对步骤（4）保温静置后的铝合金熔体进行精炼，通入流量体积比为7-80:1的氩气与氯气，将气体流量计的转子速度控制在100-650Rpm之内，除气温度为680-735℃，精炼后铝合金熔体中氢浓度≤0.12mg/100g；
（6）晶粒细化：经过步骤（5）精炼后的铝合金熔体进入流槽内，借助喂丝机向流槽中连续添加Al-Ti-B合金进行晶粒细化处理，喂丝速度为80-300 cm/min，得到晶粒细化后的铝合金熔体；
（7）在线过滤：对步骤（6）得到的铝合金熔体采用泡沫陶瓷过滤板进行过滤除渣；
（8）结晶器布设：结晶器布设优先以对称、大规格排在外侧位置为原则；
（9）铸造：根据铸造的各块扁锭不同规格的情况，每根结晶器供水管设有单独水流量控制阀，结晶器水流量通过测量桶进行测量；单个结晶器水流量大小为该结晶器截面积与最大结晶器截面积之比乘以0.8-1.2，铸造速度为全部结晶器的平均铸造速度乘以0.7-1.1，结晶器液位为全部结晶器的平均液位乘以1.0-1.3；
控制销开启，将过滤后的铝合金熔体注入结晶器内，结晶器下方的引锭头缓缓下降，铸造进入正常阶段，单独调控铸造面水流量和水压，对应规格扁锭的铸造面水流量为10-90m2/h，水压为2.0-7.0 bar，控制结晶器的铝液填充及液位高度，并且控制浇铸温度为680～720°C，铸造速度根据扁锭规格的差异控制为20-60 mm/min，直至铸造成预定规格扁锭半成品；
（10）均热：将铸造后的铝合金扁锭半成品进行均热处理，得到铝合金扁锭。
2.如权利要求1所述的一次铸造不同规格铝合金扁锭的方法，其特征在于：所述步骤（3）中直读光谱测试采用光电直读光谱仪，所述光电直读光谱仪包括控制电极激发样品发出特征光谱的激发光源、产生基体线的Hg灯，光电转换器件以及用于数据处理的控制器和电源开关，所述电源开关分别与激发光源、Hg灯、光电转换器件和控制器连接。
3.如权利要求1所述的一次铸造不同规格铝合金扁锭的方法，其特征在于：所述步骤（5）中的在线除气精炼装置包括箱体、熔体加热保温装置以及永磁搅拌器；所述箱体通过隔板分为前后箱体，所述永磁搅拌器穿过前箱体的顶盖并固定，对熔体进行非接触式搅拌，所述永磁搅拌器的上端与气体入口管道连接；所述前箱体侧壁的上部设有熔体入口，所述后箱体侧壁的上部设有熔体出口；所述熔体加热保温装置采用U型硅碳棒，并安置在箱体顶盖，通过辐射加热；所述箱体的两侧壁的下部设有清渣口。
4.如权利要求1所述的一次铸造不同规格铝合金扁锭的方法，其特征在于：所述步骤（10）中的均热处理方式为单级均热或双级均热。
5.如权利要求4所述的一次铸造不同规格铝合金扁锭的方法，其特征在于：所述的双级均热，第一级保温温度400-440℃，保温时间2-4h；第二级保温温度500-520℃，保温时间10-15h。
6.如权利要求4所述的一次铸造不同规格铝合金扁锭的方法，其特征在于：所述的单级均热处理保温温度为590-620℃，保温时间为8-25h。
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