CN111187932A - 一种铝合金材料生产工艺 - Google Patents
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Abstract
一种铝合金材料生产工艺,包括以下步骤:S1.熔炼炉熔炼;S2.熔炼炉一次精炼:S3.根据预分析成分的结果补加中间合金,并搅拌均匀;S4.熔炼炉二次精炼:S5.静置炉保温:S6.倾动炉后净化:S7.铸造机将净化后的铝合金熔体铸造成铝合金铸锭。用电解铝液直接生产铝合金材料,避免了铝料的重熔,缩短了工艺流程,降低了损耗,同时保证了铝合金材料的性能。
Description
技术领域
本发明属于再生铝处理技术领域,具体涉及一种铝合金材料生产工艺。
背景技术
当前随着铝合金的应用领域越来越广泛,高性能铝合金对铝合金熔体的净化技术提出了越来越高的要求,尤其是用于高端电子产品、航空航天等行业的铝合金产品,不仅要求具有合格的化学成分、力学性能和硬度,而且对其组织性能也提出了更高的要求。
但是在实际生产和制造过程中,总会出现各种冶金缺陷,例如产品中出现气泡、出现固体夹杂物等情况,最终使得产品无法满足使用需求,总的来说,产生上述缺陷的原因主要有以下几个:
1.冶炼工艺采用块状冷铝料,将铝料重熔,生成电解铝溶液,在此重熔过程中,容易改变铝合金的金相组织,影响铝合金材料的性能;
2.采用传统精炼剂,在精炼过程中,易引入其他新的杂质元素,影响铝合金材料的性能;
3.净化效果不完全,使铝合金溶液中的气体不易排出,影响铝合金材料的性能;
4.传统精炼气体易产生新的高温难熔物质,影响铝合金材料的性能。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题,提供一种铝合金材料生产工艺,用电解铝液直接生产铝合金材料,避免了铝料的重熔,缩短了工艺流程,降低了损耗,同时保证了铝合金材料的性能。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种铝合金材料生产工艺,包括以下步骤:
S1.熔炼炉熔炼:将电解铝液倒入熔炼炉,向熔炼炉内加入固态炉料,根据所生产合金成分及铝液重量,加入符合配比要求的中间合金,取样预分析成分;直接使用电解铝液作为生产铝合金的原料,由于电解铝液初始温度高,能够直接熔化添加的金属或合金,加速了元素的溶解扩散,提高了合金化程度,避免了二次重熔过程,减少了金属烧损,降低了能源消耗和污染排放;
S2.熔炼炉一次精炼:熔炼炉精炼温度为745℃~755℃,向熔炼炉内通入精炼气体,向所生产的铝合金熔体内加入精炼剂,对铝合金熔体表面进行扒渣;
S3.根据预分析成分的结果补加中间合金,并搅拌均匀
S4.熔炼炉二次精炼:熔炼炉精炼温度为745℃~755℃,向熔炼炉内通入精炼气体,向所生产的铝合金熔体内加入精炼剂,气泡高度不超过200mm,对铝合金熔体表面进行扒渣;
S5.静置炉保温:扒渣完成后,对铝合金熔体进行测温,温度控制在730± 5℃,静置时间40-45min;
S6.倾动炉后净化:静置后的铝合金熔体经倾动炉开流后进入流槽,依次经 SINF在线除气、板式过滤器过滤和管式过滤器过滤,得到净化后的铝合金熔体;
S7.铸造机将净化后的铝合金熔体铸造成铝合金铸锭。
所述精炼剂通过喷粉工艺加入,一次精炼时间为15min~25min,二次精炼时间为20min~35min,精炼过程若出现搅拌或加补过中间合金,则要补充精炼 5min。能够使精炼剂充分与铝合金熔体混合均匀,提高精炼剂与铝合金熔体的混合程度。
所述喷粉工艺的流程为先打开氩气阀门,使氩气进入喷粉机和精炼管,将喷粉机和精炼管内的空气排除干净,然后将精炼管放入铝合金熔体中,使精炼管在铝合金熔体中移动。整个精炼过程中,要求精炼管的移动要平稳,以免使铝合金熔体表面的氧化膜卷入熔体内部,造成污染;同时精炼时要顾及铝合金熔体的各个角落,不要留有死角,保证精炼均匀。
所述精炼剂采用无钠精炼剂。采用无钠精炼剂能够避免在精炼时引入新的杂质元素,提高精炼效果。
所述无钠精炼剂的用量比例为1Kg/T-Al。能够保证铝合金熔体的除杂率和除杂速率。
所述精炼气体为氩气或氩气与氯气的混合气体。
所述精炼气体为氩气时,氩气的纯度为100%。氩气是一种惰性气体,既不与铝合金熔体发生反应又不溶于铝合金熔体,是一种非常理想的精炼气体。
所述精炼气体为氩气与氯气的混合气体时,氩气与氯气的组分混合比例为9:1。采用氩气与氯气的混合气体,一方面可以与铝合金熔体中的游离态氢发生反应生成氯化氢(HCl)气体逸出铝合金熔体,另一方面其也可以与铝合金熔体中的铝发生反应生成三氯化铝(AlCl3),而三氯化铝在高温下也是气态,同样具有除气的效果。另外氯气的气泡对夹杂物颗粒的吸附能力更强,因而使用氩气与氯气的混合气体进一步提高了精炼的效果。
所述SINF在线除气时,氩气的流量为0.15-0.2m3/min。使用SINF在线除气时,氩气的流量为0.15-0.2m3/min时,铝合金熔体中的氢去除效果明显。
所述板式过滤器采用双级陶瓷过滤板过滤器。使用双级过滤方式时,铝合金熔体先通过较小目数的过滤板,它会过滤掉大多数尺寸较大的夹杂物,然后剩余的较小的夹杂物再由第二级相对较大目数的过滤板所截获,能够保证过滤时的通透性。
所述双级陶瓷过滤板过滤器的双级陶瓷过滤板采用双级泡沫陶瓷过滤板。
所述双级泡沫陶瓷过滤板的一级过滤板与二级过滤板的目数搭配为 40ppi+60ppi。一级过滤板的目数采用40ppi,二级过滤板的目数采用+60ppi,能够保证板式过滤器的过滤效果,同时能够保证过滤时通透性的要求。
所述管式过滤器采用的过滤管组每组有28根管。采用28根管的管式过滤器能够满足对铸锭中夹杂物的要求限制同时能够满足生产需求。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明的一种铝合金材料生产工艺,直接使用电解铝液作为生产铝合金的原料,由于电解铝液初始温度高,能够直接熔化添加的金属或合金,加速了元素的溶解扩散,提高了合金化程度,避免了二次重熔过程,减少了金属烧损,降低了能源消耗和污染排放;
2、本发明的一种铝合金材料生产工艺,采用无钠精炼剂能够避免在精炼时引入新的杂质元素,提高精炼效果。能够保证铝合金熔体的除杂率和除杂速率;
3、本发明的一种铝合金材料生产工艺,采用氩气与氯气的混合气体,一方面可以与铝合金熔体中的游离态氢发生反应生成氯化氢(HCl)气体逸出铝合金熔体,另一方面其也可以与铝合金熔体中的铝发生反应生成三氯化铝 (AlCl3),而三氯化铝在高温下也是气态,同样具有除气的效果。另外氯气的气泡对夹杂物颗粒的吸附能力更强,因而使用氩气与氯气的混合气体进一步提高了精炼的效果;
4、本发明的一种铝合金材料生产工艺,使用双级过滤方式时,铝合金熔体先通过较小目数的过滤板,它会过滤掉大多数尺寸较大的夹杂物,然后剩余的较小的夹杂物再由第二级相对较大目数的过滤板所截获,能够保证过滤时的通透性;
5、本发明的一种铝合金材料生产工艺,采用28根管的管式过滤器能够满足对铸锭中夹杂物的要求限制同时能够满足生产需求。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细描述:
一种铝合金材料生产工艺,包括以下步骤:
S1.熔炼炉熔炼:将电解铝液倒入熔炼炉,向熔炼炉内加入固态炉料,根据所生产合金成分及铝液重量,加入符合配比要求的中间合金,取样预分析成分;直接使用电解铝液作为生产铝合金的原料,由于电解铝液初始温度高,能够直接熔化添加的金属或合金,加速了元素的溶解扩散,提高了合金化程度,避免了二次重熔过程,减少了金属烧损,降低了能源消耗和污染排放;
S2.熔炼炉一次精炼:熔炼炉精炼温度为745℃~755℃,向熔炼炉内通入精炼气体,向所生产的铝合金熔体内加入精炼剂,对铝合金熔体表面进行扒渣;
S3.根据预分析成分的结果补加中间合金,并搅拌均匀
S4.熔炼炉二次精炼:熔炼炉精炼温度为745℃~755℃,向熔炼炉内通入精炼气体,向所生产的铝合金熔体内加入精炼剂,气泡高度不超过200mm,对铝合金熔体表面进行扒渣;
S5.静置炉保温:扒渣完成后,对铝合金熔体进行测温,温度控制在730± 5℃,静置时间40-45min;
S6.倾动炉后净化:静置后的铝合金熔体经倾动炉开流后进入流槽,依次经 SINF在线除气、板式过滤器过滤和管式过滤器过滤,得到净化后的铝合金熔体;
S7.铸造机将净化后的铝合金熔体铸造成铝合金铸锭。
所述精炼剂通过喷粉工艺加入,一次精炼时间为15min~25min,二次精炼时间为20min~35min,精炼过程若出现搅拌或加补过中间合金,则要补充精炼 5min。能够使精炼剂充分与铝合金熔体混合均匀,提高精炼剂与铝合金熔体的混合程度。
所述喷粉工艺的流程为先打开氩气阀门,使氩气进入喷粉机和精炼管,将喷粉机和精炼管内的空气排除干净,然后将精炼管放入铝合金熔体中,使精炼管在铝合金熔体中移动。整个精炼过程中,要求精炼管的移动要平稳,以免使铝合金熔体表面的氧化膜卷入熔体内部,造成污染;同时精炼时要顾及铝合金熔体的各个角落,不要留有死角,保证精炼均匀。
所述精炼剂采用无钠精炼剂。采用无钠精炼剂能够避免在精炼时引入新的杂质元素,提高精炼效果。所述无钠精炼剂的用量比例为1Kg/T-Al。能够保证铝合金熔体的除杂率和除杂速率。
为了优化精炼剂的用量,在当前正常生产工艺保持不变的情况下,采用添加不同用量的精炼剂,并检测其除杂除渣效果,以确定最优精炼剂用量。选用的精炼剂用量比例为从0到2.2Kg/T-Al,间隔为0.2Kg/T-Al,精炼后对所产生的夹杂物进行称重对比,结果如表1所示。
表1不同比例的精炼剂精炼后相关数据对比表
由表1分析可知,随着精炼剂加入量的增大,铝合金熔体除杂率呈现递增的趋势,当精炼剂用量达到1Kg/T-Al后,再增加精炼剂的加入量,则铝合金熔体除杂率增加的幅度开始趋缓。综合考虑精炼效果、使用成本等因素,无钠精炼剂的最佳用量约在1Kg/T-Al左右。
所述精炼气体为氩气或氩气与氯气的混合气体。
所述精炼气体为氩气时,氩气的纯度为100%。氩气是一种惰性气体,既不与铝合金熔体发生反应又不溶于铝合金熔体,是一种非常理想的精炼气体。
所述精炼气体为氩气与氯气的混合气体时,氩气与氯气的组分混合比例为 9:1。采用氩气与氯气的混合气体,一方面可以与铝合金熔体中的游离态氢发生反应生成氯化氢(HCl)气体逸出铝合金熔体,另一方面其也可以与铝合金熔体中的铝发生反应生成三氯化铝(AlCl3),而三氯化铝在高温下也是气态,同样具有除气的效果。另外氯气的气泡对夹杂物颗粒的吸附能力更强,因而使用氩气与氯气的混合气体进一步提高了精炼的效果。
设计精炼气体组分为:100%氮气、100%氩气、100%氯气、95%氩气+5%氯气、90%氩气+10%氯气、85%氩气+15%氯气、80%氩气+20%氯气,精炼气组分与精炼效果关系如表2所示。
表2不同气体及其组合对铝合金熔体除气率的影响
由以上数据表可以看出,使用100%的纯氯气的除气效果要比使用纯氮气、纯氩气以及混合气体的效果都要好,但是因为使用氯气精炼的设备技术要求较高,且氯气有毒性,对人体及周边设备、环境都有腐蚀作用,所以当前国内外除军工企业外没有单独使用纯氯气进行精炼的企业,大多数是使用氮气或氩气与氯气混合使用,当氩气与氯气的组分混合比例为9:1时,能够保证铝合金熔体的除气率。
所述SINF在线除气时,氩气的流量为0.15-0.2m3/min。使用SINF在线除气时,氩气的流量为0.15-0.2m3/min时,铝合金熔体中的氢去除效果明显。
所述板式过滤器采用双级陶瓷过滤板过滤器。使用双级过滤方式时,铝合金熔体先通过较小目数的过滤板,它会过滤掉大多数尺寸较大的夹杂物,然后剩余的较小的夹杂物再由第二级相对较大目数的过滤板所截获,能够保证过滤时的通透性。
所述双级陶瓷过滤板过滤器的双级陶瓷过滤板采用双级泡沫陶瓷过滤板。
所述双级泡沫陶瓷过滤板的一级过滤板与二级过滤板的目数搭配为 40ppi+60ppi。一级过滤板的目数采用40ppi,二级过滤板的目数采用+60ppi,能够保证板式过滤器的过滤效果,同时能够保证过滤时通透性的要求。
陶瓷过滤板的目数对过滤效果的影响。单级过滤分为30ppi(pore per inch 每英寸的孔数)、40ppi、50ppi、60ppi、70ppi,双级过滤为30ppi+40ppi、30ppi+50ppi、40ppi+50ppi、40ppi+60ppi、50ppi+60ppi、50ppi+70ppi。针对试验中所生产的同一规格(牌号6061、直径Φ254mm)的铝合金铸锭,使用不同的陶瓷过滤板目数和级数对铝熔体的净化作用效果不同,过滤板型号与过滤效果的关系如表2-3所示。
表3不同级数、目数的陶瓷过滤板对铝熔体净化效果的影响
当使用单级过滤方式时,所使用的泡沫陶瓷过滤板的目数越高,则其过滤后铝合金熔体内最大夹杂物的尺寸越小,也就是其过滤的效果越好,但是铝合金熔体的通透性却变得越来越差;在使用双级过滤方式时,其过滤后的最大夹杂物的尺寸与使用单级过滤方式时同等目数过滤板过滤后熔体内的最大夹杂物的尺寸相当。在使用单级过滤方式时,过滤板的孔洞会被较大尺寸的夹杂物所堵住,使得铝合金熔体的通透性变差;在使用双级过滤方式时,铝合金熔体先通过较小目数的过滤板,它会过滤掉大多数尺寸较大的夹杂物,然后剩余的较小的夹杂物再由第二级相对较大目数的过滤板所截获。由此可以看出,与第二级过滤板同等目数的单级过滤方式的通透性不如双级过滤的通透性。
所述管式过滤器采用的过滤管组每组有28根管。采用28根管的管式过滤器能够满足对铸锭中夹杂物的要求限制同时能够满足生产需求。
上述技术方案只是本发明的一种实施方式,对于本领域内的技术人员而言,在本发明公开了应用方法和原理的基础上,很容易做出各种类型的改进或变形,而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法,因此前面描述的方式只是优选的,而并不具有限制性的意义。
Claims (10)
1.一种铝合金材料生产工艺,其特征在于,包括以下步骤:
S1.熔炼炉熔炼:将电解铝液倒入熔炼炉,向熔炼炉内加入固态炉料,根据所生产合金成分及铝液重量,加入符合配比要求的中间合金,取样预分析成分;
S2.熔炼炉一次精炼:熔炼炉精炼温度为745℃~755℃,向熔炼炉内通入精炼气体,向所生产的铝合金熔体内加入精炼剂,对铝合金熔体表面进行扒渣;
S3.根据预分析成分的结果补加中间合金,并搅拌均匀
S4.熔炼炉二次精炼:熔炼炉精炼温度为745℃~755℃,向熔炼炉内通入精炼气体,向所生产的铝合金熔体内加入精炼剂,对铝合金熔体表面进行扒渣;
S5.静置炉保温:扒渣完成后,对铝合金熔体进行测温,温度控制在730±5℃,静置时间40-45min;
S6.倾动炉后净化:静置后的铝合金熔体经倾动炉开流后进入流槽,依次经SINF在线除气、板式过滤器过滤和管式过滤器过滤,得到净化后的铝合金熔体;
S7.铸造机将净化后的铝合金熔体铸造成铝合金铸锭。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金材料生产工艺,其特征在于,所述精炼剂通过喷粉工艺加入,一次精炼时间为15min~25min,二次精炼时间为20min~35min,精炼过程若出现搅拌或加补过中间合金,则要补充精炼5min。
3.根据权利要求2所述的一种铝合金材料生产工艺,其特征在于,所述喷粉工艺的流程为先打开氩气阀门,使氩气进入喷粉机和精炼管,将喷粉机和精炼管内的空气排除干净,然后将精炼管放入铝合金熔体中,使精炼管在铝合金熔体中移动。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金材料生产工艺,其特征在于,所述精炼剂采用无钠精炼剂;所述无钠精炼剂的用量比例为1Kg/T-Al。
5.根据权利要求1所述的一种铝合金材料生产工艺,其特征在于,所述精炼气体为氩气或氩气与氯气的混合气体。
6.根据权利要求5所述的一种铝合金材料生产工艺,其特征在于,所述精炼气体为氩气时,氩气的纯度为100%。
7.根据权利要求5所述的一种铝合金材料生产工艺,其特征在于,所述精炼气体为氩气与氯气的混合气体时,氩气与氯气的组分混合比例为9:1。
8.根据权利要求1所述的一种铝合金材料生产工艺,其特征在于,所述SINF在线除气时,氩气的流量为0.15-0.2m3/min。
9.根据权利要求1所述的一种铝合金材料生产工艺,其特征在于,所述板式过滤器采用双级陶瓷过滤板过滤器;所述双级陶瓷过滤板过滤器的双级陶瓷过滤板采用双级泡沫陶瓷过滤板;所述双级泡沫陶瓷过滤板的一级过滤板与二级过滤板的目数搭配为40ppi+60ppi。
10.根据权利要求1所述的一种铝合金材料生产工艺,其特征在于,所述管式过滤采用的过滤管组每组有28根管。
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