CN110846527A - 一种基于电磁搅拌的铝合金熔炼、除杂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电磁搅拌的铝合金熔炼、除杂方法，涉及合金冶炼领域，能够得到一种符合规格，实用性高，且造价相对较低的新式铝合金，包括以下步骤：S1：熔炼炉预处理；S2：向预处理后的熔炼炉加入纯度为99％或99％以上的高纯度铝；S3：对熔炼炉进行加热；S4：加入Al‑Si中间合金；S5：将高纯度铝和Al‑Si中间合金融合；S6：加入纯度为99％或99％以上的锌、Mn剂、Ti剂和精炼剂；S7：将S5和S6中所有金属融合；S8：将S7得到的铝合金熔体静置后转入流槽进行铸轧。本发明提供的铝合金熔炼、除杂方法能够大幅提高铝合金熔炼过程中的除杂效率和熔体净化效果；铝合金熔炼、除杂方法使用更少的步骤，精简了熔炼过程。
Description
技术领域
本发明涉及合金冶炼领域，更具体地说，它涉及一种基于电磁搅拌的铝合金熔炼、除杂方法。
背景技术
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。工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。目前铝合金是应用最多的合金。
在现在社会中，随着铝合金的应用在电池材料、轨道交通等领域应用普及，而随之对铝合金综合力学性能的要求越来越高。
性能要求的提高，就要求在铝合金熔炼和熔体净化阶段以更高的要求。但传统铝合金熔炼的过程中，熔体净化的除杂手段，对于高性能要求的铝合金的熔体来说，使用手动搅拌或纯机械搅拌等方进入熔体中接触式搅拌方式，则可能会在熔体再次引入氧化夹杂和精炼剂夹杂，费时费力且除杂效率不高，且在生产线中专门加入此设备又会增加成本和生产产线故障率。因此有必要对现有的除杂技术和方法进行改进。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于电磁搅拌的铝合金熔炼、除杂方法，能够得到一种符合规格，实用性高，且造价相对较低的新式铝合金，且在提出一种新的铝合金的熔炼方式的过程中，同时在熔炼方式中加入相应的除杂方式，保证最终得到的铝合金的纯度更高，杂质含量更低的最终成品。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种基于电磁搅拌的铝合金熔炼、除杂方法，包括以下步骤：
S1：熔炼炉预处理；
S2：向预处理后的熔炼炉加入纯度为99％或99％以上的高纯度铝；
S3：对熔炼炉进行加热；
S4：加入Al-Si中间合金；
S5：将高纯度铝和Al-Si中间合金融合；
S6：加入纯度为99％或99％以上的锌、Mn剂、Ti剂和精炼剂；
S7：将S5和S6中所有金属融合；
S8：将S7得到的铝合金熔体静置后转入流槽进行铸轧；
在S3过程中，熔炼炉设定温度为720—800℃，并使用电磁搅拌进行融合，感应器(线圈)工作参数为：采用正弦交流电(50Hz)，视在功率230KVA，频率为4.5-5.5Hz，工作电流200A，搅拌15—25min，S7过程中成分均匀的合金金属熔体之后，静置时间10—30min，再进行S8过程。
采用上述技术方案，使用常规的熔炼炉，高纯度铝一般使用铝锭，在S3过程中将铝锭进行融化，熔炼炉的温度设定可在720—800℃之间任意取值，在熔炼过程中，使用电磁搅拌进行适当搅动，将未完全融化的边部铝锭推至芯部，至铝锭完全融化的金属熔体；在铝锭熔炼过程中，加入Al-Si中间合金，使之完全混合；作用是使Al-Si中间合金融化更充分，减少Si元素烧损。Al-Si合金和精炼剂(的加入温度不同。向熔炼炉中加入高纯度锌锭，精炼剂，极少量的Mn剂和极少量的Ti剂，作为一种优选，这个质量分数可以是0.6％的Zn，0.25％Mn或Ti，然后将所有物质进行融合得到最终的成品铝合金，然后将铝合金熔体静置后转入溜槽进行铸扎。工作参数配置如上所述。
上述技术方案能够得到得到一种新式铝合金，能够应用于各个方面的同时，降低了自身造价，对铝合金熔炼过程中进行除去夹杂，充分利用了金属液体在电磁场中的流动特性，借助底部分布的电磁线圈感应器，实现对熔体的充分搅拌，有效代替了传统的人工搅拌除杂的铝合金熔炼方式，大幅的提高了除杂效率和熔体净化的效果。同时也有效的提高了生产效率和生产的自动化，节省生产时间和人力成本。
作为一种优选方案，S1过程中熔炼炉预处理包括以下步骤：
M1：对熔炼炉进行扒渣；
M2：刷入KCl+MgCl2配置的熔炼涂料；
M3：将熔炼炉烘干。
在上述方案中，对熔炼炉进行的预处理，能够有效防止杂质污染，保证得到的铝合金纯度更高。
作为一种优选方案，S3过程中熔炼炉设定温度为780℃，所述S4过程在730—760℃进行。
铝的熔点为660℃，熔炼炉设定温度为780℃，能够提高铝的融解速度，得到速度和使用能源比更高，在730—760℃范围内加入Al-Si中间合金，保证两种物质的融解速度，熔炼炉在780℃左右进行保温，也保证了后续加入物质与之前物质的充分融合，也避免了更多的能源的浪费。
作为一种优选方案，S6过程中，精炼剂为通过氩气吹入的CCl4。
在上述方案中，使用该种精炼剂，保证得到的成品铝合金各方面参数更符合应用要求。
作为一种优选方案，S6过程中，再次进行扒渣步骤。
在上述方案中的扒渣步骤，提高了铝合金的除杂效果。
作为一种优选方案，S6过程中，先进行扒渣步骤，再通过氩气吹入的CCl4精炼剂，扒渣和加入氩气吹入的CCl4精炼剂之间间隔10—15min。
在上述方案中，扒渣后间隔的作用是用来静置熔体，未下一次精炼做准备，使下一次精炼效果更好。
作为一种优选方案，电磁搅拌装置在温度为720—740℃时开启。
在上述方案中，电磁搅拌的过程需要再相应物质达到一定的溶解度再开始进行，电磁搅拌的过程最好是在进入铝锭熔炼，加入Al-Si中间合金之前就开始进行，能够保证最短时间内达到均匀混合的目的。
作为一种优选方案，S7和S8过程之间再次进行扒渣步骤。
在上述方案中，使用尽可能少的扒渣步骤，且保证最终得到的成品铝合金的纯度更高。
一种铝合金，基于上述铝合金熔炼、除杂方法制作而成的铝合金。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的铝合金熔炼、除杂方法能够大幅提高铝合金熔炼过程中的除杂效率和熔体净化效果；
(2)本发明提供的铝合金熔炼、除杂方法使用更少的步骤，精简了熔炼过程；
(3)本发明提供的铝合金熔炼、除杂方法同时也有效的提高了生产效率和生产的自动化，节省生产时间和人力成本；
(4)本发明提供的铝合金具有纯度更高，杂质含量更低的特性；
(5)本发明提供的铝合金熔炼、除杂方法在搅拌后，熔体中杂质含量仅为0.56mg/L，远低于一般接触式搅拌方法，更有利于后续的的铸轧制备高质量板材或或其他塑性变形生产方法；
(6)本发明提供的铝合金熔炼、除杂方法简单，经济性好，具有良好的实用性和推广性。
附图说明
图1是本发明实施例的一种基于电磁搅拌的铝合金熔炼、除杂方法的结构示意图。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
一种基于电磁搅拌的铝合金熔炼、除杂方法，包括以下步骤：
S1：熔炼炉预处理；
S2：向预处理后的熔炼炉加入纯度为99％或99％以上的高纯度铝；
S3：对熔炼炉进行加热；
S4：加入Al-Si中间合金；
S5：将高纯度铝和Al-Si中间合金融合；
S6：加入纯度为99％或99％以上的锌、Mn剂、Ti剂和精炼剂；
S7：将S5和S6中所有金属融合；
S8：将S7得到的铝合金熔体静置后转入流槽进行铸轧；
在S3过程中，熔炼炉设定温度为720—800℃，并使用电磁搅拌进行融合，感应器(线圈)工作参数为：采用正弦交流电(50Hz)，视在功率230KVA，频率为4.5-5.5Hz，工作电流200A，搅拌15—25min，S7过程中成分均匀的合金金属熔体之后，静置时间10—30min，再进行S8过程。
采用上述技术方案，使用常规的熔炼炉，高纯度铝一般使用铝锭，在S3过程中将铝锭进行融化，熔炼炉的温度设定可在720—800℃之间任意取值，在熔炼过程中，使用电磁搅拌进行适当搅动，将未完全融化的边部铝锭推至芯部，至铝锭完全融化的金属熔体；在铝锭熔炼过程中，加入Al-Si中间合金，使之完全混合；作用是使Al-Si中间合金融化更充分，减少Si元素烧损。Al-Si合金和精炼剂(的加入温度不同。向熔炼炉中加入高纯度锌锭，精炼剂，极少量的Mn剂和极少量的Ti剂，作为一种优选，这个质量分数可以是0.6％的Zn，0.25％Mn或Ti，然后将所有物质进行融合得到最终的成品铝合金，然后将铝合金熔体静置后转入溜槽进行铸扎。工作参数配置如上所述。
上述技术方案能够得到得到一种新式铝合金，能够应用于各个方面的同时，降低了自身造价，对铝合金熔炼过程中进行除去夹杂，充分利用了金属液体在电磁场中的流动特性，借助底部分布的电磁线圈感应器，实现对熔体的充分搅拌，有效代替了传统的人工搅拌除杂的铝合金熔炼方式，大幅的提高了除杂效率和熔体净化的效果。同时也有效的提高了生产效率和生产的自动化，节省生产时间和人力成本。
作为一种优选实施例，S1过程中熔炼炉预处理包括以下步骤：
M1：对熔炼炉进行扒渣；
M2：刷入KCl+MgCl2配置的熔炼涂料；
M3：将熔炼炉烘干。
在上述实施例中，对熔炼炉进行的预处理，能够有效防止杂质污染，熔炼涂料也可以是氯盐，保证得到的铝合金纯度更高。
作为一种优选实施例，S3过程中熔炼炉设定温度为780℃，所述S4过程在730—760℃进行。
在上述实施例中，铝的熔点为660℃，熔炼炉设定温度为780℃，能够提高铝的融解速度，得到速度和使用能源比更高，在730—760℃范围内加入Al-Si中间合金，保证两种物质的融解速度，熔炼炉在780℃左右进行保温，也保证了后续加入物质与之前物质的充分融合，也避免了更多的能源的浪费。
作为一种优选实施例，S6过程中，精炼剂为通过氩气吹入的CCl4。
在上述实施例中，使用该种精炼剂，保证得到的成品铝合金各方面参数更符合应用要求。
作为一种优选实施例，S6过程中，再次进行扒渣步骤。
在上述实施例中的扒渣步骤，提高了铝合金的除杂效果。
作为一种优选实施例，S6过程中，先进行扒渣步骤，再通过氩气吹入的CCl4精炼剂，扒渣和加入氩气吹入的CCl4精炼剂之间间隔10—15min。
在上述实施例中，扒渣后间隔的作用是用来静置熔体，未下一次精炼做准备，使下一次精炼效果更好。
作为一种实施例方案，电磁搅拌装置在温度为720—740℃时开启。
在上述实施例中，电磁搅拌的过程需要再相应物质达到一定的溶解度再开始进行，电磁搅拌的过程最好是在进入铝锭熔炼，加入Al-Si中间合金之前就开始进行，能够保证最短时间内达到均匀混合的目的。
作为一种优选实施例，S7和S8过程之间再次进行扒渣步骤。
在上述实施例中，使用尽可能少的扒渣步骤，且保证最终得到的成品铝合金的纯度更高。
在实施例1中，首先基于搅拌方式与传统人工搅拌方式作出对比：
对比来看，传统人工搅拌的除去夹杂方式除杂率大约仅为56.9％，除杂后熔体杂质含量平均约为1.09mg/L；而使用电磁搅拌除去夹杂方法，除杂率可达87.2％，且除去夹杂后熔体杂质含量可降低至0.56mg/L。同时也有效的提高了生产效率和生产的自动化，节省生产时间和人力成本。
利用电磁搅拌不仅让精炼剂和熔体接触更加充分，改善传热和传质过程，同时成分更加均匀，且电磁搅拌的作用还可以使在边部冷却形成的细晶在搅拌作用下回到熔体中心，成为凝固结晶晶核，从而起到细化晶粒的作用，进一步提高了铝合金铸轧板、铸锭的质量。
利用基于行波磁场驱动的外加电磁线圈搅拌装置进行电磁搅拌，使用三相正弦交流电，并实现电磁搅拌及中间铝合金熔体流动趋势均可在线控制。同时利用炉子底部设置的低频电磁搅拌实现铝合金熔体的交叉式搅拌，解决了铝合金熔体局部不均匀和表面熔渣含量较高的问题，有效的提高了熔体的均匀程度和除杂效果，最终提高产品质量。
不但可以实现铝合金的大规模生产，同时利用20吨的熔炼炉批量小的特性，针对市场客户要求，生产多系列、小批量、高质量的铝合金产品。具有生产产品结构灵活多变、生产周期短的特点，对提高企业经济效益、优化产品结构具有十分重要的意义。
实施例2：
一种铝合金，基于实施例1所述的铝合金熔炼、除杂方法制作而成的铝合金。
工作原理：按照铝合金产品成分要求，在熔炼炉中加入纯铝、Al-Si中间合金以及纯锌、、Mn剂、Ti剂，按顺序逐次加入。开启熔炼炉的电阻加热装置，加热至780℃，使合金组分融化为均匀Al-Si-Zn中间铝合金金属熔体。
将熔炼炉设定值780℃保温，在熔炼炉中向铝中间金属熔体内通过纯度为99.99％压力为0.4Mpa的纯氩气吹入CCl4精炼剂，此时在熔体温度为720-740℃时开启电磁搅拌装置(装机功率70KW，380V三相正弦交流电，50Hz)，感应器工作参数为：视在功率230KVA，频率为4.5-5.5Hz，工作电流200A，搅拌时间为20-30min，静置30min。进行充分的扒渣工作，除去了熔体中的杂质。
然后再次进行充分的扒渣工作，得到纯净的复合浇铸要求的铝合金熔体。
将纯净的铝合金熔体静置20min后转入流槽进行铸轧，得到符合国家标准的《变形铝合金》要求的的铸轧铝合金板材产品。
本实施例所述熔炼炉容量为20吨，熔炼炉底部设置的感应器(电磁搅拌装置)，为常规电磁搅拌线圈，属于低频电磁搅拌装置。纯铝和其他合金元素为外购产品，具体要求和添加方式通过所需生产的铝合金牌号而定。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种基于电磁搅拌的铝合金熔炼、除杂方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：熔炼炉预处理；
S2：向预处理后的熔炼炉加入纯度为99.8％以上的高纯度铝；
S3：对熔炼炉进行加热；
S4：加入Al-Si中间合金；
S5：将高纯度铝和Al-Si中间合金融合；
S6：加入纯度为99％或99％以上的锌、Mn剂、Ti剂和精炼剂；
S7：将S5和S6中所有金属融合；
S8：将S7得到的铝合金熔体静置后转入流槽进行铸轧；
在S3过程中，熔炼炉设定温度为720—800℃，并使用电磁搅拌进行融合，感应器(线圈)工作参数为：采用正弦交流电(50Hz)，视在功率230KVA，频率为4.5-5.5Hz，工作电流200A，搅拌15—25min，S7过程中成分均匀的合金金属熔体之后，静置时间10—30min，再进行S8过程。
2.根据权利要求1所述的铝合金熔炼、除杂方法，其特征在于，所述S1过程中熔炼炉预处理包括以下步骤：
M1：对熔炼炉进行扒渣；
M2：刷入KCl+MgCl2配置的熔炼涂料；
M3：将熔炼炉烘干。
3.根据权利要求1所述的铝合金熔炼、除杂方法，其特征在于，所述S3过程中熔炼炉设定温度为780℃，所述S4过程在730—760℃进行。
4.根据权利要求1所述的铝合金熔炼、除杂方法，其特征在于，所述S6过程中，精炼剂为通过氩气吹入的CCl4。
5.根据权利要求4所述的铝合金熔炼、除杂方法，其特征在于，所述S6过程中，再次进行扒渣步骤。
6.根据权利要求5所述的铝合金熔炼、除杂方法，其特征在于，所述S6过程中，先进行扒渣步骤，再通过氩气吹入的CCl4精炼剂，扒渣和加入氩气吹入的CCl4精炼剂之间间隔10—15min。
7.根据权利要求1所述的铝合金熔炼、除杂方法，其特征在于，所述电磁搅拌装置在温度为720—740℃时开启。
8.根据权利要求1所述的铝合金熔炼、除杂方法，其特征在于，所述S7和S8过程之间再次进行扒渣步骤。
9.一种铝合金，其特征在于，基于权利要求1至8任一所述铝合金熔炼、除杂方法制作而成的铝合金。
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|---|---|---|---|---|
| CN114485161A (zh) * | 2022-02-17 | 2022-05-13 | 龙泉市万嘉铝业型材有限公司 | 一种高性能铝材的生产设备及其制备工艺 |
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| KR20110075615A (ko) * | 2009-12-28 | 2011-07-06 | 주식회사 포스코 | 저탄소 유황 쾌삭강 주편의 제조방법 |
| CN109182818A (zh) * | 2018-09-26 | 2019-01-11 | 广东华劲金属型材有限公司 | 一种铝合金锭熔炼除渣净化方法 |
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2019
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| CN114485161B (zh) * | 2022-02-17 | 2023-12-22 | 龙泉市万嘉铝业型材有限公司 | 一种高性能铝材的生产设备及其制备工艺 |
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