CN109652668B - 一种铝铜中间合金的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及合金材料制备技术领域，具体涉及一种铝铜中间合金的生产方法，包括以下步骤：1)加铜入炉；2)加热脱水干燥；3)加入电解铝液熔炼；4)搅拌、除渣；5)加精炼剂再次除渣；6)铸锭等步骤。本发明采用合理的配料、熔炼、合金化及成分均匀化工艺技术，配置科学的铸造工艺参数，从而通过本发明方法研发生产出符合GB/T27677‑2011的AlCu中间合金，合金外观质量合格，合金成分无偏析，铸锭断口组织致密、无熔渣等缺陷。

Description

一种铝铜中间合金的生产方法

技术领域

本发明涉及合金材料制备技术领域，具体涉及一种铝铜中间合金的生产方法。

背景技术

随着材料技术的发展，铝合金不断壮大，铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。复合材料由于其材料中存在多种元素，因此可以具有不同元素的特性，扩大了材料的性能和使用范围。铜铝合金具有良好的高温和超低温性能，而广泛应用于航空航天飞行器、轻型装甲以及汽车的某些零部件等民用领域。

目前，国内外铝合金材料配料用铝基中间合金的生产原辅材料通常用重熔铝锭、电解锰、金属硅、紫铜板等。我公司为积极响应国家与地方相关加快电解原铝就地转化合金材料的相关政策，加大中高端合金材料的转化力度，研发出一种新的生产铜铝合金的方法，利用该方法研发出的产品满足合金材料生产需要与市场需求。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种铜铝中间合金的生产方法，直接利用电解铝液和废铜为原料，采用合理的配料、熔炼、合金化及成分均匀化工艺技术，配置科学的铸造工艺参数，使铸锭外观质量合格、化学成分分布均匀、无偏析。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种铝铜中间合金的生产方法，包括以下步骤：

1)将切成小块的废铜块均匀铺设在混合炉底部；

2)对混合炉升温并对废铜块进行脱水干燥处理；

3)炉膛温度达到880～900℃后将电解铝液加入混合炉中，入炉后向电解铝液表面撒一层覆盖剂，进行熔炼；

4)搅拌，待固体料全部融化后再进行电磁搅拌器搅拌20～30min，扒渣，去除表面浮渣，得到熔体；

5)向熔体表面撒精炼剂，闷炉搅拌10～30min后进行扒渣、取样，熔体750～770℃保温；

6)预热烘烤铸模，进行脱水干燥处理，铸模温度为50～60℃，加热30～40min脱水干燥后翻炉铸造，铝锭爬坡时开冷却水；铸造过程中每块铸锭表面扒渣，去除浮渣得到铝铜合金。

进一步地，所述废铜和电解铝液的用量根据以下公式计算得到：

M_Cu＝(ω_Cu-0.01％)/(99.9％-ω_Cu)×M_Al，其中，M_Al为电解铝液的用量，ω_Cu为不同合金牌号中相应的铜的质量分数；

进一步地，所述步骤3)中熔炼时调整炉温度至850～880℃，熔炼60～90min。

优选地，所述步骤3)中覆盖剂的加入量为每吨铝中加入0.7～1.0kg。

优选地，所述步骤5)中精炼剂的加入量为每吨铝中加入0.7～1.0kg。

进一步地，所述步骤6)中铸造时浇铸速度为12～30HZ，水温为15～20℃，水流量控制在180±20m³/h。

优选地，所述废铜切成100±20*100±20mm块后铺设。

进一步地，所述电解铝液的品位为Al99.50以上。

进一步地，取样时，在铸模末端铸造过程中前、中、后三个阶段均取样，分析确定合金成分。

与现有技术相比，本发明铝铜中间合金的制备方法具有以下优点：

通过多次试验，合理确定合金配料、熔炼及铸造工艺参数，从而通过本发明方法研发生产出符合GB/T27677-2011的AlCu中间合金，合金成分无偏析，铸锭断口组织致密、无熔渣等缺陷。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例进一步阐述本发明。

一种铝铜中间合金的生产方法，所述铝铜中间合金由电解铝液和废铜制备而成，包括以下步骤：

1)将废铜板切成100±20*100±20mm块后均匀铺设在炉底中间位置；

2)混合炉加热升温，对铜块进行脱水干燥处理；

3)炉膛温度达到880～900℃后将电解铝液加入混合炉中，入炉后向电解铝液表面撒一层覆盖剂，覆盖剂的加入量为每吨铝中加入0.7～1.0kg，进行熔炼，熔炼时调整炉温度至850～880℃，熔炼60～90min。

4)搅拌，待固体料全部融化后再进行电磁搅拌器搅拌20～30min，扒渣，去除表面浮渣，得到熔体，电磁搅拌是为了加快熔化速率、促进熔体成分均匀化；

5)为了再次除渣，向熔体表面撒精炼剂，每吨铝中加入0.7～1.0kg精炼剂，闷炉搅拌10～30min后扒渣、取样，熔体750～770℃保温，准备铸造；

6)预热烘烤铸模，进行脱水干燥处理，铸模温度为50～60℃，加热30～40min脱水干燥后翻炉铸造，铝锭爬坡时开冷却水，水量在开阀时应及时开到最大；铸造过程中每块铸锭表面扒渣，去除浮渣得到铝铜合金，铸造时浇铸速度为12～30HZ，水温为15～20℃，水流量控制在180±20m³/h。

最后，铸锭按10kg纯铝锭铸模体积控制，得到的AlCu40的重量为19±0.5kg，得到的AlCu50的重量为21±0.5kg，得到的AlCu60的重量为24±0.5kg。

其中，步骤5)中成品取样时，在铸槽末端铸造前、中、后阶段进行取样，各取一个样或多个，进行合金成分分析，确定成分合格后方可入库。

其中，本发明中所述废铜和电解铝液的用量根据以下公式计算得到：

M_Cu＝(ω_Cu-0.01％)/(99.9％-ω_Cu)×M_Al，其中，M_Al为电解铝液的用量，ω_Cu为不同合金牌号中相应的铜的质量分数。

实施例1

本实施例提供一种铝铜中间合金的生产方法，包括以下步骤：

1)将废铜板切成80*80mm块后均匀铺设在炉底中间位置；

2)对混合炉加热升温并对铜块进行脱水干燥处理；

3)炉膛温度达到880℃后将电解铝液加入混合炉中，入炉后向电解铝液表面撒一层覆盖剂，每吨铝中加入0.7kg的覆盖剂，进行熔炼，熔炼时调整炉温度至850℃，熔炼60min。废铜和电解铝液的用量根据以下公式计算得到：

M_Cu＝(ω_Cu-0.01％)/(99.9％-ω_Cu)×M_Al，其中，M_Al为电解铝液的用量，ω_Cu为不同合金牌号相应的铜的质量分数，如果生产AlCu40合金，则ω_Cu＝40％；

4)搅拌，为了加快熔化速率、促进熔体成分均匀化，待固体料全部融化后再进行电磁搅拌器搅拌20min，扒渣，去除表面浮渣，得到熔体；

5)为了再次除渣，向熔体表面撒精炼剂，每吨铝中加入0.7kg精炼剂，闷炉搅拌10min后扒渣、取样，熔体750℃保温，准备铸造；

6)预热烘烤铸模，进行脱水干燥处理，铸模温度为50℃，加热30min脱水干燥后翻炉铸造，铝锭爬坡时开冷却水，水量在开阀时应及时开到最大；铸造过程中每块铸锭表面扒渣，去除浮渣得到铝铜合金，铸造时浇铸速度为12HZ，水温为15℃，水流量控制在160m³/h。

最后，铸锭按10kg纯铝锭铸模体积控制，得到的AlCu40的重量为18.5kg，得到的AlCu50的重量为19.5kg，得到的AlCu60的重量为23.5kg，

成品取样时，在铸槽末端铸造前、中、后阶段进行取样，各取一个样或多个，进行合金成分分析，确定成分合格后方可入库。

实施例2

本实施例提供一种铝铜中间合金的生产方法，包括以下步骤：

1)将废铜板切成100*100mm块后均匀铺设在炉底中间位置；

2)对混合炉加热升温对铜块进行脱水干燥处理；

3)炉膛温度达到890℃后将电解铝液加入混合炉中，入炉后向电解铝液表面撒一层覆盖剂，每吨铝中加入0.8kg的覆盖剂，进行熔炼，熔炼时调整炉温度至860℃，熔炼75min。废铜和电解铝液的用量根据以下公式计算得到：

M_Cu＝(ω_Cu-0.01％)/(99.9％-ω_Cu)×M_Al，其中，M_Al为电解铝液的用量，ω_Cu为不同合金牌号相应的铜的质量分数，如果生产AlCu50，则ω_Cu＝50％；

4)搅拌，为了加快熔化速率、促进熔体成分均匀化，待固体料全部融化后再进行电磁搅拌器搅拌30min，扒渣，去除表面浮渣，得到熔体；

5)为了再次除渣，向熔体表面撒精炼剂，每吨铝中加入0.8kg精炼剂，闷炉搅拌20min后扒渣、取样，熔体755℃保温，准备铸造；

6)预热烘烤铸模，进行脱水干燥处理，铸模温度为55℃，加热35min脱水干燥后翻炉铸造，铝锭爬坡时开冷却水，水量在开阀时应及时开到最大；铸造过程中每块铸锭表面扒渣，去除浮渣得到铝铜合金，铸造时浇铸速度为13HZ，水温为18℃，水流量控制在180m³/h。

成品取样时，在铸槽末端铸造前、中、后阶段进行取样，各取一个样或多个，进行合金成分分析，确定成分合格后方可入库。

最后，铸锭按10kg纯铝锭铸模体积控制，得到的AlCu40的重量为19kg，得到的AlCu50的重量为21kg，得到的AlCu60的重量为24kg。

实施例3

本实施例提供一种铝铜中间合金的生产方法，包括以下步骤：

1)将废铜板切成120*120mm块后均匀铺设在炉底中间位置；

2)对混合炉加热升温并对铜块进行脱水干燥处理；

3)炉膛温度达到900℃后将电解铝液加入混合炉中，入炉后向电解铝液表面撒一层覆盖剂，每吨铝中加入1kg的覆盖剂，进行熔炼，熔炼时调整炉温度至880℃，熔炼90min。废铜和电解铝液的用量根据以下公式计算得到：

M_Cu＝(ω_Cu-0.01％)/(99.9％-ω_Cu)×M_Al，其中，M_Al为电解铝液的用量，ω_Cu为不同合金牌号相应的铜的质量分数，如果生产AlCu60，则ω_Cu＝60％；

4)搅拌，为了加快熔化速率、促进熔体成分均匀化，待固体料全部融化后再进行电磁搅拌器搅拌30min，扒渣，去除表面浮渣，得到熔体；

5)为了再次除渣，向熔体表面撒精炼剂，每吨铝中加入1kg精炼剂，闷炉搅拌30min后扒渣、取样，熔体770℃保温，准备铸造；

6)预热烘烤铸模，进行脱水干燥处理，铸模温度60℃，加热40min脱水干燥后翻炉铸造，铝锭爬坡时开冷却水，水量在开阀时应及时开到最大；铸造过程中每块铸锭表面扒渣，去除浮渣得到铝铜合金，铸造时浇铸速度为13HZ，水温为20℃，水流量控制在200m³/h。

最后，铸锭按10kg纯铝锭铸模体积控制，得到的AlCu40的重量为19.5kg，得到的AlCu50的重量为21.5kg，得到的AlCu60的重量为24.5kg。

成品取样时，在铸槽末端铸造前、中、后阶段进行取样，各取一个样或多个，进行合金成分分析，确定成分合格后方可入库。

实施例4

该技术方法在公司普铝生产线进行了试验生产应用，本实施例以生产AlCu50为例对本发明技术方案进行详细阐述，具体如下：

铸锭规格：按照10kg纯铝锭铸模生产控制，得到AlCu50合金的重量为21kg±0.5kg。

1.生产工序具体操作流程

(1)计划

每炉次配制约10t左右AlCu50含量为50％的中间合金。

(2)配料

原料使用T3铜板切成100*100mm左右小块废铜和99.7％电解铝液，电解铝液需5000kg，铜板＝(50％-0.01％)/(99.9％-50％)×5000＝5009kg。

先将铜板分批称重后均匀铺设到炉底中间部位，炉气温度控制在800-850℃进行预热1-2小时，电解铝液入炉前半小时将炉气温度(炉膛)调整控制在880℃，准备入电解铝液。电解铝液进入铸造车间后用吊钩准确称重计量其净重，并按其实际入炉重量及其成分进行准确核算废铜的实际需要量，进行补料或冲淡。

⑶生产工艺

熔炼和炉内精炼：电解铝液全部入炉后(表面浮渣太多的情况下为不影响熔化升温速度可先扒表面渣)，用方头铁锹向铝液表面均匀撒一层覆盖剂，用量按0.7-1.0kg/t-Al进行升温熔化，熔化过程及时调整炉气温度设定到850-880℃并随时调整检测铝液温度，适时开启搅拌器进行搅拌，炉料全部熔化后检测铝液温度，并向熔体表面撒精炼剂，用量按0.7-1.0kg/t-Al，闷炉搅拌10分钟后进行扒渣取样，取样后控制铝液温度在750-770℃时，准备铸造。覆盖剂和精炼剂有利于熔体中的气体和夹杂物上浮，达到了净化的目的，而获得健全的合金，降低了废品率。

铸造：炉前工作结束、设备各连接就位并预热准备就绪，温度达到50-60℃左右，保证与铝液接触的各设备设施均干净干燥，翻炉铸造，浇铸速度12-30Hz、水温15-20℃，水流量180±20m3/h，铝锭爬坡时开水，水量在开阀时应及时开到最大，避免铸模内铝液温度较高，造成水池内水的沸腾翻滚。铸造温度在铸模末端在铸造前、中、后阶段进行检测，控制在720-740℃。打渣用铁渣铲进行打渣。

取样时，在铸模末段铸造过程前、中、后阶段进行取样，各取一个试样，送中化分析，并从前、中、后三阶段取的试样数据分析确定成分是否偏析。

在炉内使用时按要求与铝液接触部分必须进行涂料涂刷，烘烤预热后再使用，使用至发红状态时必须更换，避免造成污染。

2.产品质量检测结果

(1)化学成分

(2)断口组织检测

组织较致密，无熔渣、偏析。

(3)单块铸锭平均重量21.30kg。

(4)外观质量

锭坯表面无夹渣、腐蚀、盐、夹杂物、油污等异物，有轻微氧化膜、皱皮。

综上，经实践证明，采用本发明合理的配料、熔炼、合金化及成分均匀化工艺技术，配置科学的铸造工艺参数，使铸锭外观质量合格，化学成分分布较为均匀、无偏析缺陷，产品断口组织致密，无熔渣现象，直接采用电解铝液、废铜、混合炉、10kg纯铝铸锭链条式水平铸造机成功开发生产出AlCu50中间合金。该技术方法适用于重熔铝锭生产线生产铝铜中间合金，进一步可推广于其它常用中间合金的生产领域。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种变换，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征和步骤，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种铝铜中间合金的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将切成小块的废铜块均匀铺设在混合炉底部；

2)对混合炉升温并对废铜块进行脱水干燥处理；

3)炉膛温度达到880~900℃后将电解铝液加入混合炉中，入炉后向电解铝液表面撒一层覆盖剂，进行熔炼；

4)搅拌，待固体料全部融化后再进行电磁搅拌器搅拌20~30min，扒渣，去除表面浮渣，得到合金熔体；

5)向熔体表面撒精炼剂，闷炉搅拌10~30min后进行扒渣、取样，熔体750~770℃保温；

6)预热烘烤铸模，进行脱水干燥处理，铸模温度为50~60℃，加热30~40min脱水干燥后翻炉铸造，铝锭爬坡时开冷却水；铸造过程中每块铸锭表面扒渣，去除浮渣得到铝铜合金。

2.根据权利要求1所述的一种铝铜中间合金的生产方法，其特征在于：所述废铜和电解铝液的用量根据以下公式计算得到：

M_Cu=(ω_Cu-0.01%)/(99.9%-ω_Cu)×M_Al，其中，

ω_Cu为不同合金牌号中相应的铜的质量分数；

M_Al为电解铝液的用量。

3.根据权利要求1所述的一种铝铜中间合金的生产方法，其特征在于：所述步骤3)中熔炼时调整炉温度至850~880℃，熔炼60~90min。

4.根据权利要求1所述的一种铝铜中间合金的生产方法，其特征在于：所述步骤3）中覆盖剂的加入量为每吨铝中加入0.7~1.0kg。

5.根据权利要求1所述的一种铝铜中间合金的生产方法，其特征在于：所述步骤5）中精炼剂的加入量为每吨铝中加入0.7~1.0kg。

6.根据权利要求1所述的一种铝铜中间合金的生产方法，其特征在于：取样时，在铸模末端铸造过程中前、中、后三个阶段均取样，分析确定合金成分。

7.根据权利要求1所述的一种铝铜中间合金的生产方法，其特征在于：废铜切成100±20*100±20mm块后铺设。

8.根据权利要求1~7任一项所述的一种铝铜中间合金的生产方法，其特征在于：所述电解铝液的品位为Al99.50以上。