CN106929700A - 铝合金冶炼方法 - Google Patents

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王小宁
米伟
周道泉
方琴英
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Abstract

一种铝合金冶炼方法，包括以下步骤：物料熔化，保温熔炼，炉前检测分析，精炼变质，静置，炉后检测分析，待浇注，本发明中精炼变质采用的变质剂为锶盐，通过合理的控制锶盐加入的时机，使得加入锶盐的合金液的有效变质持续时间长，达到6h，这为批量生产小型铸件或者金属型铸件大大延长了生产时间，提高了产值。

Description

铝合金冶炼方法
技术领域
本发明涉及铝合金冶炼技术领域，尤其涉及一种铝合金冶炼方法。
背景技术
在铝合金冶炼工艺中，传统工艺是采用纯铝锭或者购买达到国标的铝合金锭进行熔化，用氮气或氯气精炼除气和去渣，用钠盐进行变质处理。
这种工艺生产出来的产品力学性能低，且精炼效果差或者产生污染，变质处理有效时间短，尤其是对金属型或者小型铸件批量生产时间有严重的制约。
发明内容
有必要提出一种合金液有效使用时间长、成本较低的铝合金冶炼方法。
一种铝合金冶炼方法，包括以下步骤：
物料熔化：将合金锭和回炉料投料至快速熔铝炉内熔化，待合金液温度升温至720-740℃后，转运至电阻炉；
保温熔炼：待电阻炉中合金液温度稳定到720±5℃，将清渣剂均匀地撒在合金液表面上，并将合金液充分搅拌3-5min；
炉前检测分析：使用取样工具对清渣剂和熔渣以下的合金液进行取样化学分析，用铝硅中间合金或者铝镁中间合金调整合金液中硅含量和镁含量，以使硅含量和镁含量均达到产品要求的上限值；
精炼变质：在合金液温度达到725-740℃时，吹氩精炼，精炼时间为20min，在精炼时间到达10min时，向合金液中加入锶盐进行变质处理；
静置：待精炼变质结束后，将合金液静置10-15min；
炉后检测分析：对静置后的合金液进行取样化学检测分析，取样时，使用取样工具对清渣剂和熔渣以下的合金液进行取样分析，以使合金液中各元素的含量均达到产品要求；
待浇注：待合金液的各元素含量达到产品要求后，扒除合金液表面的熔渣，等待浇注。
本发明中精炼变质采用的变质剂为锶盐，通过合理的控制锶盐加入的时机，使得加入锶盐的合金液的有效变质持续时间长，达到6h，这为批量生产小型铸件或者金属型铸件大大延长了生产时间，提高了产值。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合实施例进行进一步的说明。
本发明实施例提供了一种铝合金冶炼方法，包括以下步骤：
物料熔化：将合金锭和回炉料投料至快速熔铝炉内熔化，待合金液温度升温至720-740℃后，转运至电阻炉；其中合金锭为铝合金锭，回炉料为含铝的合金物质。
保温熔炼：待电阻炉中合金液温度稳定到720±5℃，将清渣剂均匀地撒在合金液表面上，并将合金液充分搅拌3-5min；
充分搅拌可以使清渣剂更多的进入到合金液的内部，与合金液接触，将熔渣聚集并带出至浮在合金液的表面，这样清渣剂和熔渣等会覆盖在合金液的表面，避免了合金液与空气直接接触造成的氧化和吸氢，也避免了合金液暴露在空气中降温较快的问题，对合金液而言，清渣剂和熔渣具有保温和防止合金液氧化、吸氢、降温的作用。
炉前检测分析：使用取样工具对清渣剂和熔渣以下的合金液进行取样化学分析，用铝硅中间合金或者铝镁中间合金调整合金液中硅含量和镁含量，以使硅含量和镁含量均达到产品要求的上限值；
上限值即为在符合产品中各元素含量的前提下，Mg元素的含量为较大值。
如，某一种铝合金产品中所含元素的质量百分数为：Si：6.5-7.5％，Mg：0.25-0.45％，Fe≤0.5％，Cu≤0.20％，Mn≤0.35％，Zn≤0.30％，其他杂质含量≤1.1％，余量为Al。在这种产品中，镁含量的上限值为0.35％-0.45％，硅含量的上限值为7.0％-7.5％。
铝合金液加入Mg元素后，可生成Mg2Si强化相，当固溶处理和时效后，能大大提高产品抗拉强度。但由于Mg元素在合金液中有烧损，炉前检测分析化学成分时间与浇注时间间隔越长，最终产品的Mg元素含量可能与检测结果差异越大，即影响产品的力学性能。所以，在满足产品要求的化学成分前提下，还要尽量避免Mg元素烧损的损失，使Mg元素在合金液中的质量分数保持在上限，既能延长浇注等待时间，又能保持Mg元素的含量达到要求，进而保持产品较高的机械性能。
精炼变质：在合金液温度达到725-740℃时，吹氩精炼，精炼时间为20min，在精炼时间到达10min时，向合金液中加入锶盐进行变质处理；
在铝合金液中加入变质剂，能够产生非自发晶核物质，使其在凝固过程中通过异质形核而达到晶粒细化目的。
而传统的钠盐变质成本低，制备也比较简单，但变质有效时间短，一般为一个小时，之后变质效果逐渐衰退，严重影响产品力学性能，而且炉内残留的钠增加了后续生产合金裂纹和拉裂倾向，即所谓的“钠脆”现象。
本发明通过锶盐变质，不仅可以细化初晶硅，而且还有细化共晶硅团作用。加入锶盐的合金液的有效变质持续时间长，达到6h，这为批量生产小型铸件或者金属型铸件大大延长了生产时间，提高了产值。
所以在该步骤中，锶盐加入时间为精炼时间的一半，避免锶盐加入过早会缩短有效变质时间，锶盐加入过迟与合金液混合不充分。
静置：待精炼变质结束后，将合金液静置10-15min；由于精炼变质过程后，合金液内部残留部分气泡，这些气泡会在合金中形成缩松或针孔缺陷，静置步骤的设计就是为了减少这些缺陷的产生。
炉后检测分析：对静置后的合金液进行取样化学检测分析，取样时，使用取样工具对清渣剂和熔渣以下的合金液进行取样分析，以使合金液中各元素的含量均达到产品要求；若某一种或某几种元素含量不能满足产品要求，则加入相应的中间合金调整至合格，如硅含量较低，则加入铝硅中间合金进行调整。
待浇注：待合金液的各元素含量达到产品要求后，扒除合金液表面的熔渣，等待浇注。
本发明中，在精炼开始之前加入清渣剂，形成清渣剂和熔渣的保护层覆盖在合金液的表面上，一直到浇注以前才将熔渣保护层拔除，这样在整个精炼变质的过程中，保护层都将合金液覆盖，避免了合金液与空气直接接触造成的氧化和吸氢，也避免了合金液暴露在空气中降温较快的问题，从而将外界因素对精炼变质的影响降到最低。
进一步，在精炼变质的步骤中，所述吹氩精炼的操作方法为，将氩气从合金液的中层或下层均匀吹入合金液内部，随着氩气的上升，将合金液中的氢气驱赶上升至合金液的表面，进而排出。
进一步，在精炼变质的步骤中，锶盐在加入到合金液之前先进行预热，预热温度为120℃。锶盐在储存阶段容易吸潮返潮，使得锶盐内部含有水分，为了避免锶盐加入时将水分引入合金液内，造成合金液内氢元素含量的增加，所以事先进行预热。
进一步，在精炼变质的步骤中，所述锶盐加入的量为合金液总质量的0.1％。
进一步，所述锶盐为碳酸锶和/或硫酸锶。
本发明与现有工艺对比如下：
1、在生产实践中，将炉前铝合金液Mg元素质量分数控制在0.35-0.45％，金属型低压铸造生产时间由原来的2h延长至6h，最后一次浇注铸件的单铸试棒机械性能(抗拉强度)均高于GB/T1173-2013中Zl101A中的标准值。
采用锶盐变质后，铝液有效使用时间由原来钠盐变质时的1h延长到现在的6h，为生产小型铸件或者金属型铸件数量提高提供基础。如表一、表二所示，
表一：Mg元素含量对抗拉强度抗拉强度影响
表二：钠盐变质与锶盐变质效果对比
从表1可知，将镁元素质量分数保持在产品要求的成分上限，可延长浇注时间，而且又能使产品机械性能达到国标要求。
从表2可知，采用锶盐变质，既延长了变质有效时间，且保持了良好的变质效果。
本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种铝合金冶炼方法，其特征在于包括以下步骤：
物料熔化：将合金锭和回炉料投料至快速熔铝炉内熔化，待合金液温度升温至720-740℃后，转运至电阻炉；
保温熔炼：待电阻炉中合金液温度稳定到720±5℃ ，将清渣剂均匀地撒在合金液表面上，并将合金液充分搅拌3-5min；
炉前检测分析：使用取样工具对清渣剂和熔渣以下的合金液进行取样化学分析，用铝硅中间合金或者铝镁中间合金调整合金液中硅含量和镁含量，以使硅含量和镁含量均达到产品要求的上限值；
精炼变质：在合金液温度达到725-740℃时，吹氩精炼，精炼时间为20min，在精炼时间到达10min时，向合金液中加入锶盐进行变质处理；
静置：待精炼变质结束后，将合金液静置10-15min；
炉后检测分析：对静置后的合金液进行取样化学检测分析，取样时，使用取样工具对清渣剂和熔渣以下的合金液进行取样分析，以使合金液中各元素的含量均达到产品要求；
待浇注：待合金液的各元素含量达到产品要求后，扒除合金液表面的熔渣，等待浇注。
2.如权利要求1所述的铝合金冶炼方法，其特征在于：在精炼变质的步骤中，所述吹氩精炼的操作方法为，将氩气从合金液的下层均匀吹入合金液内部，随着氩气的上升，将合金液中的氢气驱赶上升至合金液的表面，进而排出。
3.如权利要求1所述的铝合金冶炼方法，其特征在于：在精炼变质的步骤中，锶盐在加入到合金液之前先进行预热，预热温度为120℃。
4.如权利要求1所述的铝合金冶炼方法，其特征在于：在精炼变质的步骤中，所述锶盐加入的量为合金液总质量的0.1%。
5.如权利要求1所述的铝合金冶炼方法，其特征在于：所述锶盐为碳酸锶和/或硫酸锶。
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