CN107805723A - 一种铝合金熔体净化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝合金熔体的净化方法，属于铝合金加工技术领域。所述铝合金熔体净化方法包括：将坩埚熔炉内的铝合金原料加热至720‑740℃制成熔体；打开活动旋转臂的开关，使旋转臂在铝合金熔体中匀速旋转搅拌，同时通入N2、Cl2混合气体和精炼剂，同时对铝合金熔体表面的浮渣进行清除；将铝合金熔体冶炼15‑20min后，再将熔体加热至720‑740℃，并向熔体中通入N2和Ar的混合气体进行排气；排气完成后，再一次扒渣，静置一段时间后，进行过滤，将微粒杂质除去。本发明铝合金熔体净化方法，利用电机带动旋转，破碎进入熔体的大气泡，形成细小气泡，提高精炼效果。

Description

一种铝合金熔体净化方法
技术领域
本发明涉及铝合金加工技术领域，特别涉及一种铝合金熔体净化方法。
背景技术
铝及其合金具有一系列优异特性，在金属材料的应用中铝材仅次于钢铁而居第二位。目前，全世界的铝消费量(原铝和再生铝)已经超过了3600万吨，而铝材的消费量达到2600万吨以上，其中用于交通运输(包括铁道车辆、汽车、摩托车、自行车、汽艇、快艇等)的铝材约占36％以上，用于建筑工业的铝材约占21％左右，用于包装工业的铝材约占20％左右。随着科学技术尤其是高技术领域的不断发展，对铝及其合金制品的质量要求越来越高。气体(氢)和夹杂物(AL2O3等)等冶金缺陷的存在，直接或间接地影响到铝材的强度、塑性变形性能及最终使用性能。因此，要获得高质量的产品，必须在铸成铸件或加工材所用铸锭前设法消除这些冶金缺陷，以提高熔体的纯净度水平。铝熔体净化处理技术是提高熔体纯净度的关键，已成为世界各国冶金、熔铸工作者十分关注的课题。
铝合金材料的冶金质量，如氢气含量、氧化膜、夹杂等缺陷一直是困扰铝加工企业的难题。由于铝合金在精炼后存在氢气、氧化膜、夹杂物等有害物质，在铝合金铸件中易形成气孔、疏松、夹杂等缺陷，直接影响铝合金铸件的物理性能、力学性能以及使用性能，因此必须在浇铸前除去这些有害物质。而目前铝熔体在线除氢净化方法主要依据气泡浮游理论，即在铝熔体中吹入大量气泡，利用氢在铝熔体和气泡中的分压差使铝熔体中的氢不断扩散进入气泡中，并随着气泡上浮到熔体表面而逸出，从而达到除氢目的。国家标准中规定航空用铝合金中氢含量要<0.10ml/100gAl。美国铝业公司的Alcoa469方法可以将熔体中H含量控制在0.08-0.15ml/100gAl；美国联合碳化物公司开发的旋转喷嘴惰性气体浮游法(SNIF)可以将熔体中H含量控制在0.08-0.12ml/100gAl水平上。而目前国内用Ar净化技术所得到的铝熔体中氢含量都在≥0.08ml/100gAl的水平上，如果天气潮湿以及生产过程中工艺发生波动，氢含量就有可能高于0.10ml/100gAl。但是随着社会经济的发展，航空航天领域对于材料性能提出了更高的要求，合金中氢含量更是越低越好。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种铝合金熔体净化方法，利用该高效率净化方法净化的铝合金熔体氢含量低，能够解决现有技术铝合金铸锭中的疏松、气孔、夹渣等问题。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种铝合金熔体净化方法，包括以下步骤：
S1：将坩埚熔炉内的铝合金原料加热至720-740℃制成熔体；
S2：打开活动旋转臂的开关，使旋转臂在铝合金熔体中匀速旋转搅拌，同时通入N2、Cl2混合气体和精炼剂，混合气体和精炼剂分别通过旋转臂的喷气球和喷气管均匀的喷入铝合金熔体中，同时对铝合金熔体表面的浮渣进行清除；
S3：将铝合金熔体冶炼15-20min后，静置一段时间，再将熔体加热至720-740℃，并向熔体中通入N2和Ar的混合气体进行排气；
S4：排气完成后，再一次扒渣，静置一段时间后，进行过滤，将微粒杂质除去；
S5：过滤完成后，铝合金熔体即可进行浇注。
优选地，所述步骤S2中N2、Cl2混合气体的比例为N2：Cl2＝1-2:0.05。
优选地，所述步骤S2精炼剂包括以下组份：KCl、NaCl、KNO3、A1F3、MgF2、Na3A1F6、Na2SiF6、FNd、F3La。
优选地，所述步骤S2中N2流量为2.5-3.5m3/t，分压为0.2-0.3MPa，精炼剂的用量为1.5-1.9kg/t。
优选地，所述步骤S2中旋转臂围绕中心轴旋转，旋转角度为15-30度，喷气管的转速为60-80r/min，喷气球的转速为300-400r/min。
更优选地，所述旋转臂围绕中心轴旋转，旋转角度为25度，喷气管的转速为65r/min，喷气球的转速为330r/min。
优选地，所述步骤S3中静置时间为15-25min，步骤S4中静置时间为10-15min。
优选地，所述步骤S3中N2和Ar的比例为2-3:1，流量为2.1-2.5m3/t，分压为0.2-0.4MPa。
优选地，所述步骤S4中过滤分为两步，第一步将铝合金熔体通过过滤布除渣，第二步通过陶瓷过滤板除渣。
优选地，所述过滤布为玻璃纤维过滤布，陶瓷过滤板为40ppi的泡沫陶瓷过滤板。
本发明具有以下有益效果：
本发明铝合金熔体净化方法，利用电机带动旋转，破碎进入熔体的大气泡，形成细小气泡，提高精炼效果，同时实现快速均化温度、加快杂质上浮、浮渣推到炉沿快速扒渣，减少作业时间，保护熔体，除气净化效果好，净化后熔体氢含量≦0.0885ml/100gAl。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例中，一种铝合金熔体净化方法，包括以下步骤：
S1：将坩埚熔炉内的铝合金原料加热至720-740℃制成熔体；
S2：打开活动旋转臂的开关，使旋转臂在铝合金熔体中匀速旋转搅拌，同时通入N2、Cl2混合气体和精炼剂，混合气体和精炼剂分别通过旋转臂的喷气球和喷气管均匀的喷入铝合金熔体中，与此同时对铝合金熔体表面的浮渣进行清除；所述N2、Cl2混合气体的比例为N2：Cl2＝1-2:0.05；旋转臂围绕中心轴旋转，旋转角度为15-30度，喷气管的转速为60-80r/min，喷气球的转速为300-400r/min；
S3：将铝合金熔体冶炼15-20min后，静置15-25min，再将熔体加热至720-740℃，并向熔体中通入N2和Ar的混合气体进行排气；
S4：排气完成后，再一次扒渣，静置10-15min后，进行过滤，将微粒杂质除去；所述过滤分为两步，第一步将铝合金熔体通过玻璃纤维过滤布除渣，第二步通过40ppi的泡沫陶瓷过滤板除渣；
S5：过滤完成后，铝合金熔体即可进行浇注。
实施例1
一种铝合金熔体净化方法，包括以下步骤：
S1：将坩埚熔炉内的铝合金原料加热至730℃制成熔体；
S2：打开活动旋转臂的开关，使旋转臂在铝合金熔体中匀速旋转搅拌，同时通入N2、Cl2混合气体和精炼剂，混合气体和精炼剂分别通过旋转臂的喷气球和喷气管均匀的喷入铝合金熔体中，与此同时对铝合金熔体表面的浮渣进行清除；所述N2、Cl2混合气体的比例为N2：Cl2＝1:0.05；旋转臂围绕中心轴旋转，旋转角度为15度，喷气管的转速为80r/min，喷气球的转速为400r/min；
S3：将铝合金熔体冶炼18min后，静置25min，再将熔体加热至730℃，并向熔体中通入N2和Ar的混合气体进行排气；
S4：排气完成后，再一次扒渣，静置13min后，进行过滤，将微粒杂质除去；所述过滤分为两步，第一步将铝合金熔体通过玻璃纤维过滤布除渣，第二步通过40ppi的泡沫陶瓷过滤板除渣；
S5：过滤完成后，铝合金熔体即可进行浇注。
实施例2
一种铝合金熔体净化方法，包括以下步骤：
S1：将坩埚熔炉内的铝合金原料加热至720℃制成熔体；
S2：打开活动旋转臂的开关，使旋转臂在铝合金熔体中匀速旋转搅拌，同时通入N2、Cl2混合气体和精炼剂，混合气体和精炼剂分别通过旋转臂的喷气球和喷气管均匀的喷入铝合金熔体中，与此同时对铝合金熔体表面的浮渣进行清除；所述N2、Cl2混合气体的比例为N2：Cl2＝2:0.05；旋转臂围绕中心轴旋转，旋转角度为30度，喷气管的转速为70r/min，喷气球的转速为350r/min；
S3：将铝合金熔体冶炼15min后，静置20min，再将熔体加热至720℃，并向熔体中通入N2和Ar的混合气体进行排气；
S4：排气完成后，再一次扒渣，静置10min后，进行过滤，将微粒杂质除去；所述过滤分为两步，第一步将铝合金熔体通过玻璃纤维过滤布除渣，第二步通过40ppi的泡沫陶瓷过滤板除渣；
S5：过滤完成后，铝合金熔体即可进行浇注。
实施例3
一种铝合金熔体净化方法，包括以下步骤：
S1：将坩埚熔炉内的铝合金原料加热至740℃制成熔体；
S2：打开活动旋转臂的开关，使旋转臂在铝合金熔体中匀速旋转搅拌，同时通入N2、Cl2混合气体和精炼剂，混合气体和精炼剂分别通过旋转臂的喷气球和喷气管均匀的喷入铝合金熔体中，与此同时对铝合金熔体表面的浮渣进行清除；所述N2、Cl2混合气体的比例为N2：Cl2＝1.5:0.05；旋转臂围绕中心轴旋转，旋转角度为25度，喷气管的转速为60r/min，喷气球的转速为300r/min；
S3：将铝合金熔体冶炼20min后，静置15min，再将熔体加热至740℃，并向熔体中通入N2和Ar的混合气体进行排气；
S4：排气完成后，再一次扒渣，静置15min后，进行过滤，将微粒杂质除去；所述过滤分为两步，第一步将铝合金熔体通过玻璃纤维过滤布除渣，第二步通过40ppi的泡沫陶瓷过滤板除渣；
S5：过滤完成后，铝合金熔体即可进行浇注。
实施例4
一种铝合金熔体净化方法，包括以下步骤：
S1：将坩埚熔炉内的铝合金原料加热至735℃制成熔体；
S2：打开活动旋转臂的开关，使旋转臂在铝合金熔体中匀速旋转搅拌，同时通入N2、Cl2混合气体和精炼剂，混合气体和精炼剂分别通过旋转臂的喷气球和喷气管均匀的喷入铝合金熔体中，与此同时对铝合金熔体表面的浮渣进行清除；所述N2、Cl2混合气体的比例为N2：Cl2＝2:0.05；旋转臂围绕中心轴旋转，旋转角度为22度，喷气管的转速为65r/min，喷气球的转速为330r/min；
S3：将铝合金熔体冶炼18min后，静置20min，再将熔体加热至735℃，并向熔体中通入N2和Ar的混合气体进行排气；
S4：排气完成后，再一次扒渣，静置12min后，进行过滤，将微粒杂质除去；所述过滤分为两步，第一步将铝合金熔体通过玻璃纤维过滤布除渣，第二步通过40ppi的泡沫陶瓷过滤板除渣；
S5：过滤完成后，铝合金熔体即可进行浇注。
对比例1
实施方式与实施例1相同，不同之处在于旋转臂的旋转角度为0度，且喷气球的自转速度为零。
对比试验
按照上述实施例1-4和对比例1的实施方式进行试验，测量铝合金熔体中氢气的含量，结果见表1。
表1铝合金熔体中氢气的含量表
由上表可知，本发明铝合金熔体净化方法的氢净化效果好，当旋转臂的旋转角度为30度时，净化率达到69.27％。由对比例1可知，当旋转臂和喷气球均不旋转时，净化率只有39.71％。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种铝合金熔体净化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：将坩埚熔炉内的铝合金原料加热至720-740℃制成熔体；
S2：打开活动旋转臂的开关，使旋转臂在铝合金熔体中匀速旋转搅拌，同时通入N2、Cl2混合气体和精炼剂，混合气体和精炼剂分别通过旋转臂的喷气球和喷气管均匀的喷入铝合金熔体中，同时对铝合金熔体表面的浮渣进行清除；
S3：将铝合金熔体冶炼15-20min后，静置一段时间，再将熔体加热至720-740℃，并向熔体中通入N2和Ar的混合气体进行排气；
S4：排气完成后，再一次扒渣，静置一段时间后，进行过滤，将微粒杂质除去；
S5：过滤完成后，铝合金熔体即可进行浇注。
2.根据权利要求1所述的铝合金熔体净化方法，其特征在于，所述步骤S2中N2、Cl2混合气体的比例为N2：Cl2＝1-2:0.05。
3.根据权利要求1所述的铝合金熔体净化方法，其特征在于，所述步骤S2中N2流量为2.5-3.5m3/t，分压为0.2-0.3MPa，精炼剂的用量为1.5-1.9kg/t。
4.根据权利要求1所述的铝合金熔体净化方法，其特征在于，所述步骤S2精炼剂包括以下组份：KCl、NaCl、KNO3、A1F3、MgF2、Na3A1F6、Na2SiF6、FNd、F3La。
5.根据权利要求1所述的铝合金熔体净化方法，其特征在于，所述步骤S2中旋转臂围绕中心轴旋转，旋转角度为15-30度，喷气管的转速为60-80r/min，喷气球的转速为300-400r/min。
6.根据权利要求5所述的铝合金熔体净化方法，其特征在于，所述旋转臂围绕中心轴旋转，旋转角度为25度，喷气管的转速为65r/min，喷气球的转速为330r/min。
7.根据权利要求1所述的铝合金熔体净化方法，其特征在于，所述步骤S3中静置时间为15-25min，步骤S4中静置时间为10-15min。
8.根据权利要求1所述的铝合金熔体净化方法，其特征在于，所述步骤S3中N2和Ar的比例为2-3:1，流量为2.1-2.5m3/t，分压为0.2-0.4MPa。
9.根据权利要求1所述的铝合金熔体净化方法，其特征在于，所述步骤S4中过滤分为两步，第一步将铝合金熔体通过过滤布除渣，第二步通过陶瓷过滤板除渣。
10.根据权利要求1所述的铝合金熔体净化方法，其特征在于，所述过滤布为玻璃纤维过滤布，陶瓷过滤板为40ppi的泡沫陶瓷过滤板。
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