CN110387478A - 一种铝硅合金铸锭的半连续铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝硅合金铸锭的半连续铸造方法，其中，包括：加入铝锶中间合金：向静置处理后的铝硅合金熔体加入铝锶中间合金线材以获得铝硅合金浇铸前液，使最终铸造的铝硅合金铸锭中的锶含量为0.012重量％‑0.025重量％；过滤除气：将所述铝硅合金浇铸前液进行过滤除气以获得铝硅合金浇铸液；浇铸：将所述铝硅合金浇铸液进行浇铸以获得所述铝硅合金铸锭。本发明所述的半连续铸造方法缩短了铝硅合金熔体加入锶变质剂后的保温时间，降低了变质后熔体吸氢的风险，降低了锶元素的氧化和烧损，节约了铝锶中间合金的使用量。

Description

一种铝硅合金铸锭的半连续铸造方法

技术领域

本发明总地涉及冶金技术领域，具体涉及铝硅合金铸锭的半连续铸造方法。

背景技术

铝硅合金具有良好的耐蚀、耐热、耐磨等优点，是汽车制造业中尤其是轿车制造业中常见的合金材料。在所有铝合金中，铸造铝硅合金占了90％以上。但是由于铝硅系合金硅相以粗大的针状晶结晶，降低了合金的机械性能，这在很大程度上限制了其使用范围。自从1921年Pacz发现钠对铝硅共晶组织有变质作用，能够明显提高铸件的力学性能以后，多年来，钠以变质能力强等特点广泛应用于实际生产中。但是，钠变质有以下的不足：易衰退、吸收率低、易腐蚀工具和设备；钠的沸点低(880℃)，性质活泼，处理时将引起铝液的沸腾和飞溅；钠密度低，容易产生比重偏析。针对钠的这些缺点，人们采取了各种措施，如：改进钠的包装，加快钠基盐类变质剂的反应，延长钠基变质剂的作用时间等，但是钠所存在的缺点也只能得到部分解决。

锶变质具有长效性且重熔性较好，不腐蚀炉衬、不污染环境，因此，20世纪60年代发现了锶有变质作用后，锶变质处理得到了迅猛的发展。目前，锶变质基本取代了传统的钠变质。目前使用锶变质工艺生产铝硅合金扁铸锭的工艺流程为在熔炼(也有厂家在保温炉)炉加入铝锶中间合金，对熔体进行静置处理后进行半连续生产。使用该工艺生产的铝硅合金扁铸锭容易出现气孔、扁铸锭头尾质量不稳定的问题。

发明内容

针对现有使用锶变质生产铝硅合金扁铸锭的工艺中存在的问题，本发明的目的在于提供一种铝硅合金铸锭的半连续铸造方法，缩短了变质后熔体的停留时间。

本发明提供了一种铝硅合金铸锭的半连续铸造方法，其中，包括：

加入铝锶中间合金：向静置处理后的铝硅合金熔体加入铝锶中间合金线材以获得铝硅合金浇铸前液，使最终铸造的铝硅合金铸锭中的锶含量为0.012重量％-0.025重量％；

过滤除气：将所述铝硅合金浇铸前液进行过滤除气以获得铝硅合金浇铸液；

浇铸：将所述铝硅合金浇铸液进行浇铸以获得所述铝硅合金铸锭。

可选地，根据前述的半连续铸造方法，其中，所述铝锶中间合金线材的直径为9.5±0.3mm，其锶含量为5重量％。

可选地，根据前述的半连续铸造方法，其中，所述铝硅合金熔体中硅含量为9.0-11.0重量％。

可选地，根据前述的半连续铸造方法，其中，根据所述浇铸速度，控制所述铝锶中间合金线材加入所述铝硅合金熔体的速度以调节所述铝硅合金铸锭中的锶含量。

可选地，根据前述的半连续铸造方法，其中，所述浇铸参数：所述浇铸温度690±5℃，铸造冷却水量2600±50L/min，浇铸速度50±1mm/min。

可选地，根据前述的半连续铸造方法，其中，在所述加入铝锶中间合金前还包括制备所述铝硅合金熔体，其包括：

熔炼原料：熔炼铝材以获得铝熔融液；

调整成分：向所述铝熔融液加入硅以获得铝硅合金熔融前液；

确认成分：将所述铝硅合金熔融前液进行成分确认以获得铝硅合金熔融液，所述铝硅合金熔融液中的硅含量为9.0-11.0重量％；

精炼：向所述铝硅合金熔融液加入精炼剂以获得铝硅合金精炼熔融液；

静置：将所述铝硅合金精炼熔融液进行静置处理以获得所述铝硅合金熔体。

可选地，根据前述的半连续铸造方法，其中，所述确认成分包括：

当所述铝硅合金熔融前液的温度升温至750℃-780℃时，测定所述铝硅合金熔融前液中的实际硅含量，

若所述实际硅含量高于11.0重量％时，向所述铝合金熔融前液中添加纯铝锭，

若所述实际硅含量低于9.0重量％时，向所述铝合金熔融前液中添加金属硅。

可选地，根据前述的半连续铸造方法，其中，所述铝材熔炼温度为750℃-780℃。

可选地，根据前述的半连续铸造方法，其中，所述精炼剂通入量为每吨铝硅合金熔融液加入1-2kg精炼剂。

可选地，根据前述的半连续铸造方法，其中，所述静置时间为20-120分钟。

本发明所述的半连续铸造方法采用铝锶中间合金线材加入到过保温炉出口但未经过滤和除气的铝硅合金熔体中，再经过除气箱内石墨转子的搅拌，混合均匀，过滤后进行浇铸。

由于铝锶中间合金线材是在过滤和除气前的流槽内直接加入，缩短了铝硅合金熔体加入锶变质剂后的保温时间，降低了变质后熔体吸氢的风险，降低了锶元素的氧化和烧损，节约了铝锶中间合金的使用量。

铝锶中间合金线材可使用自动化设备，例如自动喂丝设备均速加入，避免了铸件前后质量不稳定的风险。

附图说明

图1为试验例1取样位置示意图；

图2为试验例1中实施例1制备铸锭的不同位置镜像照片；

图3为试验例1中对比例1制备铸锭的不同位置镜像照片；

图4为试验例1中对比例1的镜像显微试样照片。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

本文提及的方法中各步骤的执行顺序，除特别说明外，并不限于本文的文字所体现出来的顺序，也就是说，各个步骤的执行顺序是可以改变的，而且两个步骤之间根据需要可以插入其他步骤。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种铝硅合金铸锭的半连续铸造方法，其包括：

加入铝锶中间合金：向静置处理后的铝硅合金熔体加入铝锶中间合金线材以获得铝硅合金浇铸前液，使最终铸造的铝硅合金铸锭中的锶含量为0.012重量％-0.025重量％。具体可为在该半连续铸造过程中，使用自动喂丝设备将铝锶中间合金线材自动加入到过保温炉出口未经过滤和除气的铝硅合金熔体中，从而避免在保温炉或熔炼炉中添加变质剂铝锶合金后再进行静置。采用保温炉或熔炼炉中添加变质剂铝锶合金后再进行静置的工艺导致从铝锶中间合金投炉至铸造结束大约有2小时左右。由于使用锶变质的铝硅合金熔体极易吸氢，并且随着停留时间的增加，熔体的氢含量增加，因此在整个生产过程中极易造成铸件由于氢含量高产生气孔缺陷。并且伴随着时间的增加，熔体中锶元素逐步被氧化和蒸发，当锶含量低于临界值以下时，就会出现变质衰退现象，极易造成铸件由于变质效果衰退造成半连续生产的铸件头尾质量不稳定的风险。而采用本发明的方法，在静置处理后的铝硅合金熔体加入铝锶中间合金，缩短了铝硅合金熔体加入锶变质剂后的保温时间，降低了变质后熔体吸氢的风险，且降低了锶元素的氧化和烧损，节约了铝锶中间合金的使用量，避免半连续生产的铸件出现头尾质量不稳定的风险。

过滤除气：将所述铝硅合金浇铸前液进行过滤除气以获得铝硅合金浇铸液。具体可采用除气箱进行除气处理，铝硅合金浇铸前液经过除气箱的石墨转子搅拌，使铝硅合金熔体和铝锶中间合金线材均匀混合。

浇铸：将所述铝硅合金浇铸液进行浇铸以获得所述铝硅合金铸锭。

根据本发明的具体实施例，所述铝锶中间合金线材的直径为9.5±0.3mm，其锶含量为5重量％。该规格的铝锶中间合金线材可采用通用性的喂丝设备加入至铝硅合金熔体。且该规格与锶含量相对应，若锶含量大于5重量％，则无法制备该规格的铝锶中间合金线材；若锶含量小于5重量％，则影响铝硅合金铸锭的铸造效率。

铝锶中间合金线材具体可制备为盘卷状，卷外径750±25mm，卷内径360±25mm，卷高280±25mm。为保证喂丝设备的通用性，该铝锶中间合金的外观尺寸与铝钛硼丝的外观尺寸一致。该铝钛硼丝为熔铸生产线浇铸其它非4系铝合金时需要加入的原料。

根据本发明的具体实施例，所述铝硅合金熔体中硅含量为9.0-11.0重量％。

根据本发明的具体实施例，根据所述浇铸速度，控制所述铝锶中间合金线材加入所述铝硅合金熔体的速度以调节所述铝硅合金铸锭中的锶含量。

根据本发明的具体实施例，所述浇铸参数：浇铸温度(通常为分配流槽入口温度)690±5℃，铸造冷却水量2600±50L/min，浇铸速度50±1mm/min。铝合金半连续铸造是在结晶器和底座内部连续浇灌的过程，在半连续铸锭时，底座不断下移，实现连续浇灌，金属熔体被均匀地导入外壁用水冷却的结晶器中，在结晶器壁和结晶器底座的共同作用下迅速凝固结晶，并形成一个较坚固的凝固壳。铸造开头铺底熔体温度，铸造速度以及水流速度等对铝合金方铸锭成型的质量都会造成很大的影响。采用本发明的浇铸参数能得到表面光洁，无裂纹、拉裂、冷隔、竹节等缺陷的铸锭。

根据本发明的具体实施例，在所述加入铝锶中间合金前还包括制备所述铝硅合金熔体，其包括：

熔炼原料：熔炼铝材以获得铝熔融液。

调整成分：向所述铝熔融液加入硅以获得铝硅合金熔融前液。

确认成分：将所述铝硅合金熔融前液进行成分确认以获得铝硅合金熔融液，所述铝硅合金熔融液中的硅含量为9.0-11.0重量％。

精炼：向所述铝硅合金熔融液加入精炼剂以获得铝硅合金精炼熔融液。具体可为使用冲粉机向铝硅合金熔融液中通入精炼剂进行除气除渣。

静置：将所述铝硅合金精炼熔融液进行静置处理以获得所述铝硅合金熔体。静置过程中不得搅动该铝硅合金精炼熔融液。

根据本发明的具体实施例，所述确认成分包括：

当所述铝硅合金熔融前液的温度升温至750℃-780℃时，测定所述铝硅合金熔融前液中的实际硅含量，

若所述实际硅含量高于11.0重量％时，向所述铝硅合金熔融前液中添加纯铝锭，其中，纯铝锭的铝含量不得低于99.85％，

若所述实际硅含量低于9.0重量％重量百分比时，向所述铝硅合金熔融前液中添加金属硅，其中，金属硅的型号具体为2202。

由此，进一步提高了铝硅合金熔融液中硅含量的精准度。

根据本发明的具体实施例，所述铝材熔炼温度为750℃-780℃。

根据本发明的具体实施例，所述精炼剂通入量为1-2kg/T。

根据本发明的具体实施例，所述静置时间为20-120分钟。静置处理后能得到相对纯净的熔体，密度大于熔体的铝渣沉入炉子底部，密度小于熔体的铝渣浮在熔体表面。

实施例1

制备产物：4045合金扁铸锭，厚度x宽度x长度为450mm x 1210mm x 4500mm，每铸次生产5块。

设备：50吨熔保一体炉、50吨半连续铸造机、在线过滤装置、在线除气装置、冲粉机、自动喂丝设备。

物料：纯度99.85％的铝锭35吨，型号为2202的金属硅4吨，铝锶中间合金线材(锶含量5重量％)500kg备用，该线材直径为9.5±0.3mm，整体为盘卷状，卷外径750±25mm，卷内径360±25mm，卷高280±25mm。

制备过程：

1、投炉升温：铝锭35吨装入50吨熔保一体炉，升温熔炼；

2、成分调整：待铝锭全部熔化为熔体，并升温至750℃-780℃，除去熔体表面浮渣，加入金属硅4吨，搅拌均匀；

3、成分确认：待金属硅完全熔化(大约40分钟)，测量熔炼温度，待温度升温至750-780℃之间时，取样，确认铝硅合金熔体中硅含量在9.0-11.0重量％之间；

4、精炼：使用冲粉机往熔保一体炉内通入精炼剂进行除气除渣，精炼剂通入量为60kg；

5、静置：冲粉结束后，熔体进行静置处理，静置时间为22分钟，静置过程中不得搅动熔体；

6、半连续铸锭；待熔体温度、铸造设备具备铸造条件后，开始铸造，

铸造过程中分配流槽入口温度690±5℃，铸造冷却水量2600±50L/min，铸造速度：50±1mm/min；一个铸次同时浇铸5根厚度x宽(450mmx1210mm)的铸锭，铸造过程中铝锶中间合金线材两根同时进入，加入速度为2300(±5％)mm/min。

对比例1

制备产物：4045合金扁铸锭，厚度x宽度x长度为450mm x 1210mm x 4500mm，每铸次生产5块。

设备：50吨熔保一体炉、50吨半连续铸造机、在线过滤装置、在线除气装置、冲粉机。

物料：纯度99.85％的铝锭35吨，型号为2202的金属硅4吨，铝锶中间合金(锶含量10重量％)。

制备过程：

1、投炉升温：铝锭35吨装入50吨熔保一体炉，升温熔炼；

2、成分调整：待铝锭全部熔化为熔体，并升温至750℃-780℃，除去熔体表面浮渣，加入金属硅4吨，搅拌均匀；

3、成分确认：待金属硅完全熔化(大约40分钟)，测量熔炼温度，待温度升温至750-780℃之间时，取样，确认铝硅合金熔体中硅含量在9.0-11.0重量％之间；

4、加入铝锶中间合金：向铝硅合金熔体中加入铝锶中间合金70kg；

5、精炼：使用冲粉机往熔保一体炉内通入精炼剂进行除气除渣，精炼剂通入量为60kg；

6、静置：冲粉结束后，熔体进行静置处理，静置时间为22分钟，静置过程中不得搅动熔体；

7、半连续铸锭；待熔体温度、铸造设备具备铸造条件后，开始铸造，

铸造过程中分配流槽入口温度690±5℃，铸造冷却水量2600±50L/min，铸造速度：50±1mm/min；一个铸次同时浇铸5根厚度x宽(450mmx1210mm)的铸锭。

试验例1

本试验例用于比较实施例1和对比例1制备的铸锭气孔分布情况。检测分析方法具体如下：

取样：

如图1所示，在实施例1和对比例1制备的五个铸锭10中分别随机取一铸锭10，该铸锭10的头部去除200mm取规格为10mmx450mmx1210mm的全宽样片11，尾部去除200mm后取规格为10mmx450mmx1210mm的全宽样片11；然后分别在全宽样片11的边部(即图1标记111处)、1/4处(即图1标记112处)、1/2处(即图1标记113处)取10mmx10mmx10mm的试样(111、112、113)。

制片检测：

使用镶样机对试样进行镶样后，在磨样机上进行磨样、抛光处理，宏观观察抛光界面，然后在镜像显微镜像下观察不同位置试样是否有气孔。

检测结果如图2所示为实施例1不同位置试样气孔情况；图3为对比例1不同位置试样气孔情况；图4为对比例1的镜像显微试样照片。如图可知，采用本发明铸造的铸锭在镜像显微镜下未见图3所示气孔缺陷。而对比例1缺陷样件的头部试样变质效果良好，铸造过程中随着保温时间的延长，熔体开始吸氢，尾部试样有严重气孔。对比例1的尾部边部的气孔两边长度分别为244.6μm和277.8μm，尾部1/4处气孔的长度为228.5μm，尾部1/2处存在两个气孔，长度分别为223.8μm和172.3μm。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.铝硅合金铸锭的半连续铸造方法，其特征在于，包括：

加入铝锶中间合金：向静置处理后的铝硅合金熔体加入铝锶中间合金线材以获得铝硅合金浇铸前液，使最终铸造的铝硅合金铸锭中的锶含量为0.012重量％-0.025重量％；

过滤除气：将所述铝硅合金浇铸前液进行过滤除气以获得铝硅合金浇铸液；

浇铸：将所述铝硅合金浇铸液进行浇铸以获得所述铝硅合金铸锭。

2.根据权利要求1所述的半连续铸造方法，其特征在于，所述铝锶中间合金线材的直径为9.5±0.3mm，其锶含量为5重量％。

3.根据权利要求1所述的半连续铸造方法，其特征在于，所述铝硅合金熔体中硅含量为9.0-11.0重量％。

4.根据权利要求1-3任一所述的半连续铸造方法，其特征在于，根据所述浇铸速度，控制所述铝锶中间合金线材加入所述铝硅合金熔体的速度以调节所述铝硅合金铸锭中的锶含量。

5.根据权利要求1-3任一所述的半连续铸造方法，其特征在于，所述浇铸参数：所述浇铸温度690±5℃，铸造冷却水量2600±50L/min，浇铸速度50±1mm/min。

6.根据权利要求1-3任一所述的半连续铸造方法，其特征在于，在所述加入铝锶中间合金前还包括制备所述铝硅合金熔体，其包括：

熔炼原料：熔炼铝材以获得铝熔融液；

调整成分：向所述铝熔融液加入硅以获得铝硅合金熔融前液；

确认成分：将所述铝硅合金熔融前液进行成分确认以获得铝硅合金熔融液，所述铝硅合金熔融液中的硅含量为9.0-11.0重量％；

精炼：向所述铝硅合金熔融液加入精炼剂以获得铝硅合金精炼熔融液；

静置：将所述铝硅合金精炼熔融液进行静置处理以获得所述铝硅合金熔体。

7.根据权利要求6所述的半连续铸造方法，其特征在于，所述确认成分包括：

当所述铝硅合金熔融前液的温度升温至750℃-780℃时，测定所述铝硅合金熔融前液中的实际硅含量，

若所述实际硅含量高于11.0重量％时，向所述铝合金熔融前液中添加纯铝锭，

若所述实际硅含量低于9.0重量％时，向所述铝合金熔融前液中添加金属硅。

8.根据权利要求6所述的半连续铸造方法，其特征在于，所述铝材熔炼温度为750℃-780℃。

9.根据权利要求6所述的半连续铸造方法，其特征在于，所述精炼剂通入量为每吨铝硅合金熔融液加入1-2kg精炼剂。

10.根据权利要求6所述的半连续铸造方法，其特征在于，所述静置时间为20-120分钟。