CN111118322B - 一种保证再生铝合金Sr变质效果的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种保证再生铝合金Sr变质效果的方法，通过在制备该过程中对炉内浮渣以及炉壁进行定期清洗，从而克服在铝合金制备过程中由于锶和炉壁或炉底附着的铝渣含有的Ca的化合物发生置换反应所导致的滤液中Ca含量的增长影响再生铝合金Sr变质效果的技术问题，从而最大程度上保证再生铝合金Sr变质效果。

Description

一种保证再生铝合金Sr变质效果的方法

技术领域

本发明属于再生铝合金技术领域，具体涉及一种保证再生铝合金Sr变质效果的方法。

背景技术

合金细化是铝硅及其合金熔铸过程中重要的工艺之一，也是解决铸件气孔、裂纹、晶粒粗大、羽毛晶、光亮晶等铸造缺陷的最有效措施之一，晶粒细化使得铝硅系列合金得到微细化处理，获得具有细小均匀等轴晶组织的优质合金锭，研究表明，合金细化可以提高铝硅系列合金的力学性能和加工工艺系统。

目前得到工业上广泛认可的铝硅系列合金细化是加入变质剂，比如稀土元素，因为稀土元素活泼，能够填补融化后铝硅系列合金相表面的缺陷，进而能够降低新旧界面上的表面张力，同时，稀土元素在晶粒和铝硅系列合金液之间形成表面活性膜，使得合金组织得到有效的细化，但其得到铸件的延展性、韧性低，并且，随着时间的延长，变质剂出现细化衰退的现象，由此，迫切需要一种型的中间合金变质剂在提高合金延展性、强度、韧性的同时，能够细化合金组织的变质剂。

Sr是一种长效变质剂，持续变质作用时间可达6-7h，对于含Si量在5-13％的亚共晶、共晶型铝硅合金，Sr加入到铝合金液中，可使共晶硅和α固溶体的晶粒细化从而阻止先析出粗大Si晶体，而先生成树枝状α(Al)固溶体，使合金液过冷，达到共晶硅晶粒和α(Al)固溶体结晶细化的目的，有效地提高合金强度，改善合金力学性能。

然而在以锶为变质剂的铝液生产过程中，随着制备时间的延长，常常会出现Sr的变质效果逐渐减弱的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种保证再生铝合金Sr变质效果的方法，通过分析影响再生铝合金Sr变质效果的原因，通过对炉膛炉壁或炉底附着的铝渣进行定期清理，从而保证了再生铝合金Sr变质效果。

本发明技术方案主要通过以下步骤实现：

制备AlSi₁₀MnMg(Sr)产品铝合金，主要包括以下步骤：

(1)按表1称取原材料：

表1

(2)将重熔用铝锭加入熔炼炉中，升温进行熔融，铝液完全熔化至温度720-740℃时，加入工业硅锭搅拌1min；继续升温至750-760℃时，加入电解锰，并搅拌1min；升温至780-800℃，保温30-40min，加入钛中间、镁锭，并搅拌2min；使用RBF除气机开始除气，气体为氩气，除气开始5min后加入铝锶杆，除气15min后加入细化剂，除气20min后结束；

(3)灌装浇筑得成品。

在上述制备过程中，跟踪制备过程中加入Sr元素后铝液中各元素的的含量变化，其中Ca含量随时间的变化情况，结果见表2：

表2AlSi₁₀MnMg(Sr)产品铝合金生产过程中铝液中Ca含量

序号	保温时间/h	Ca％	Sr％
				1	0	0.00099	0.01915
2	10	0.00516	0.01830
				3	13	0.00468	0.01468
4	14	0.00586	0.01608
				5	17	0.00653	0.01545
6	19	0.00679	0.01511
				7	23	0.00736	0.01370

通过上述数据可以得出以下结论：

1.加入Sr后，保温10h，Ca含量即由0.00099％增长至0.00516％，增长约42ppm；

2.保温23h后，Ca含量可增长至0.00736％，增长约64ppm；

3.铝液加入Sr后，Ca含量超过了0.005％，Sr变质效果减弱。

Ca是铝合金中的一种杂质，它是由原材料铝锭带入的，通常以硅化钙(Ca₂Si、CaSi、CaSi₂)、磷化钙(Ca₃P)等形式出现，Ca有较小的降低铝合金的共晶温度、细化共晶硅结晶的作用，但一般不把它作为变质剂来使用，只是在铝合金的熔化和保温中，将它作为防氧化和脱氧的熔剂使用。在压铸铝合金中，加入0.01-0.03％的Ca，可显著增加合金液的润湿融合能力，减少冷隔、避免粘膜；Ca含量高，会使Al-Si系共晶合金溶液的粘度增加，α枝晶组织发达，阻滞合金液的流动，使合金液的流动性降低，还会使共晶成分的Al-Si系合金的表面凹凸不平呈龟甲皮状(六角形)或疙瘩样蛙皮状。

而通过上述结果表明，Ca含量对Sr变质效果具有重要影响,Ca含量低于0.005％时,Sr能够正常起到变质效果,含量高于0.02％时Sr的变质效果开始减弱,当Ca含量超过0.06％时,将完全抑制Sr的变质效果。

由此得出结论，在铝液生产过程中，随着制备时间的延长，会逐渐出现铝液中的Ca含量增加的技术问题，尤其在添加Sr元素以后，上涨幅度更大，由此导致Sr的变质效果减弱。

追踪熔融过程中铝液中Ca元素的来源发现，铝合金的制备过程中，炉壁或炉底附着有一定量的铝渣，经成分检测其中含有Ca的化合物。

基于此，本发明使用GR2-270试验坩埚炉重熔ADC12产品成分合格的铝锭，设定保温温度720℃，按照以下方案进行验证：

1.在不同保温时间分别取样进行Ca含量分析，待稳定后加入从坩埚炉内壁取出的炉壁铝渣，在保温过程中取样检测Ca含量；

2.在Ca含量稳定后，按照0.02％添加Sr元素；继续保温，仍以小时为单位分阶段取样位置检测。验证结果见表3。

表3重熔ADC12铝锭结果

由此可以得出以下结论：

1.铝渣添加保持15小时后，Ca元素由0.00126％增长到0.00150％增长2.4ppm；

2.添加Sr元素保持5小时后，Ca元素由0.00150％增长到0.00214％增长6.4ppm；

基于上述产品实例数据以及实验验证分析，铝液中变质效果减弱的原因在于铝液中Ca含量的增长，而Ca含量增长原因主要为铝液内加入锶变质剂后，Sr元素与炉壁或炉底附着的铝渣含有的Ca的化合物发生了置换反应，导致了铝液内Ca的增长。这是因为组织中先形成了CaSi₂,进一步生成Al₇(Ca,Sr)Si₇或Al₂(Ca,Sr)Si₂化合物,从而导致Sr的变质效果被抑制。

基于上述结论，本发明提供一种保证再生铝合金Sr变质效果的方法，具体包括：定期对熔炉内浮渣以及炉壁进行清洗，以去除附着在炉壁内侧和底部的铝渣，从而避免其中的钙杂质与铝液制备过程中加入的锶元素发生置换反应。

优选的，每炉精炼除渣操作完成后和/或当浇铸、转炉前发现因其他工艺操作造成表面浮渣较多时，采用扒渣耙将液面浮渣扒至炉口渣坡位置脱离液面，或扒出炉外处理；扒渣清理过程中，通过扒渣耙与被清理炉衬表面的角度调整配合，充分利用扒渣耙的缓冲器，实现扒渣耙对两侧、后部等各被清理炉衬表面液面线部位的刮、蹭、切、铲的动作，使与炉衬粘连的浮渣分离。

优选的，清理标准要求为目视检查浇铸或转炉完毕的空炉膛各个炉衬表面平整，无明显凸出挂渣；通过与液面线部位与上下原始炉衬的比较，平面处总体凸出高度≤3cm，转角处聚渣的圆角半径≤10cm.

优选的，每工作7天，炉内合金液浇铸、转炉完全放空，点火升温至炉膛温度900-1000℃，对熔池及以上30cm的炉衬大平面上粘连的铝渣彻底清理，对各转角处的铝渣进行彻底清理。

优选的，坩埚炉侧墙和后墙清理完成后，在炉内撒入0.5-1.0kg/㎡清渣剂，将炉内铝渣升温至650℃以上，将炉内铝渣扒出进行处理。

优选的，所述清渣剂为氯化钾、氯化钠、氯化镁中的一种或多种。

优选的，清理过程中，当炉膛温度低于800℃时，停止清炉操作，重新升温后继续操作。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

根据实验验证及产品实例数据分析，得出影响锶变质效果的主要原因在于铝液中Ca含量的增长，而Ca含量增长原因主要为铝液内加入锶变质剂后，Sr元素与炉壁或炉底附着的铝渣含有的Ca的化合物发生了置换反应，导致了铝液内Ca的增长。这是因为组织中先形成了CaSi₂，进一步生成Al₇(Ca,Sr)Si₇或Al₂(Ca,Sr)Si₂化合物，Sr的变质效果被抑制。而为解决该技术问题，本发明为减少或避免炉膛炉壁或炉底铝渣的附着，限定了在日常生产过程中的除渣操作，同时限定在制备过程中以及每7天对炉内表面的浮渣以及附着在炉表面的铝渣进行去除，进一步减少或避免炉膛炉壁或炉底铝渣的附着，从而保证了铝合金制备过程中锶的变质效果。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

对熔炉内浮渣以及炉壁进行清洗，去除附着在炉壁内侧和底部的铝渣，从而避免其中的钙杂质与铝液制备过程中加入的锶元素发生置换反应。

作为本发明的进一步改进，每炉精炼除渣操作完成后和/或当浇铸、转炉前发现因其他工艺操作造成表面浮渣较多时，采用扒渣耙将液面浮渣扒至炉口渣坡位置脱离液面，或扒出炉外处理；扒渣清理过程中，通过扒渣耙与被清理炉衬表面的角度调整配合，充分利用扒渣耙的缓冲器，实现扒渣耙对两侧、后部等各被清理炉衬表面液面线部位的刮、蹭、切、铲的动作，使与炉衬粘连的浮渣分离。

作为本发明的进一步改进，清理标准要求为目视检查浇铸或转炉完毕的空炉膛各个炉衬表面平整，无明显凸出挂渣；通过与液面线部位与上下原始炉衬的比较，平面处总体凸出高度≤3cm，转角处聚渣的圆角半径≤10cm.

作为本发明的进一步改进，每工作7天，炉内合金液浇铸、转炉完全放空，点火升温至炉膛温度900-1000℃，对熔池及以上30cm的炉衬大平面上粘连的铝渣彻底清理，对各转角处的铝渣进行彻底清理。

作为本发明的进一步改进，坩埚炉侧墙和后墙清理完成后，在炉内撒入0.5-1.0kg/㎡清渣剂，将炉内铝渣升温至650℃以上，将炉内铝渣扒出进行处理。

作为本发明的进一步改进，所述清渣剂为氯化钾、氯化钠、氯化镁中的一种或多种。

作为本发明的进一步改进，清理过程中，当炉膛温度低于800℃时，停止清炉操作，重新升温后继续操作。

实施例1

经上述清炉操作后，制备AlSi₁₀MnMg(Sr)产品铝合金，主要包括以下步骤：

(1)按表4称取原材料：

表4

(2)将重熔用铝锭加入熔炼炉中，升温进行熔融，铝液完全熔化至温度740℃时，加入工业硅锭搅拌1min；继续升温至750℃时，加入电解锰，并搅拌1min；升温至800℃，保温30min，加入钛中间、镁锭，并搅拌2min；使用RBF除气机开始除气，气体为氩气，除气开始5min后加入铝锶杆，除气15min后加入细化剂，除气20min后结束。

(3)灌装浇筑得成品。

在上述制备过程中，跟踪制备过程中加入Sr元素后铝液中各元素的的含量变化，其中Ca含量随时间的变化情况，结果见表5：

表5AlSi₁₀MnMg(Sr)产品铝合金生产过程中铝液中Ca含量

序号	保温时间/h	Ca％	Sr％
				1	0	0.00099	0.01915
2	10	0.00097	0.01760
				3	13	0.00101	0.01729
4	14	0.00099	0.01688
				5	17	0.00102	0.01570
6	19	0.00105	0.01501
				7	23	0.00103	0.01468

通过上述数据可以得出以下结论：经过除渣操作后，铝液中的钙含量得以控制，铝合金中锶的变质效果得到保证。

Claims (1)

1.一种保证再生铝合金Sr变质效果的方法，其特征在于，定期对熔炉内浮渣以及炉壁进行清洗，以使熔炉内铝液钙元素含量低于0.005%；

铝液中钙元素来源为铝合金制备过程中，炉壁或炉底附着含有钙化合物的铝渣；

每炉精炼除渣操作完成后和/或当浇铸、转炉前发现因其他工艺操作造成表面浮渣较多时，采用扒渣耙将液面浮渣扒至炉口渣坡位置脱离液面，或扒出炉外处理；扒渣清理过程中，通过扒渣耙与被清理炉衬表面的角度调整配合，充分利用扒渣耙的缓冲器，实现扒渣耙对两侧、后部各被清理炉衬表面液面线部位的刮、蹭、切、铲的动作，使与炉衬粘连的浮渣分离；

每工作7天，炉内合金液浇铸、转炉完全放空，点火升温至炉膛温度900-1000℃，对熔池及以上30cm的炉衬大平面上粘连的铝渣彻底清理，对各转角处的铝渣进行彻底清理清理标准要求为目视检查浇铸或转炉完毕的空炉膛各个炉衬表面平整，无明显凸出挂渣；通过与液面线部位与上下原始炉衬的比较，平面处总体凸出高度≤3cm，转角处聚渣的圆角半径≤10cm；

熔炼炉侧墙和后墙清理完成后，在炉内撒入0.5-1.0kg/㎡清渣剂，将炉内铝渣升温至650℃以上后，将炉内铝渣扒出进行处理；

所述清渣剂为氯化钾、氯化钠、氯化镁中的一种或多种；

清理过程中，当炉膛温度低于800℃时，停止清炉操作，重新升温后继续操作；

经上述清炉操作后，制备AlSi₁₀MnMg（Sr）铝合金，包括以下步骤：

（1）称取原料：

Al99.70重熔用铝锭 87.5%

2502工业硅 10.5%

AlTi10钛中间 0.7%

Mg9995镁锭 0.2%

AlSr10铝锶杆 0.3%

DJMn99.7电解锰 0.6%

AlTi5B1细化剂 0.2%；

（2）将重熔用铝锭加入熔炼炉中，升温进行熔融，铝液完全熔化至温度740℃时，加入工业硅锭搅拌1min；继续升温至750℃时，加入电解锰，并搅拌1min；升温至800℃，保温30min，加入钛中间、镁锭，并搅拌2min；使用RBF除气机开始除气，气体为氩气，除气开始5min后加入铝锶杆，除气15min后加入细化剂，除气20min后结束；

（3）灌装浇筑得成品。