CN111394602A - 一种高质量铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高质量铝合金及其制备方法，所述铝合金，包括中间合金，还包含以下重量份数的原料：废料40～50份，打渣剂0.05～0.06份，铝锭50～60份，精炼剂0.10～0.12份，铝合金溶体中氢含量为小于等于0.05ml/100gAl。所述方法包括以下步骤：按化学计量比向熔炼炉中先添加废料、中间合金、打渣剂，再加入铝锭，开启电磁搅拌，待铝液溶解后进行690～710℃扒渣，加入打渣剂，一次精炼；导入700～730℃保温炉中，每2～4小时二次精炼、扒渣一次，进行3‑4个循环；将所得铝液进行过滤；再在线除气；通过铸轧机铸轧成铝带。本发明采用的是高效精炼剂和氩气混合，大大提高了铝液的纯净度；除气箱中引入超声波，使铝液的除气效果更好，满足高速列车车体用铝合金的质量要求。

Description

一种高质量铝合金及其制备方法
技术领域
本发明属于铝合金加工领域，具体为一种高质量铝合金及其制备方法。
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，因其密度低，强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，具有优良的导电性、导热性、抗蚀性等性能，可加工成各种型材，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面。近年来，随着我国交通运输业突飞猛进的发展，尤其在高铁行业，我国的高铁建设呈现了跨越式发展，通车里程和运行速度跻身世界一流水平，高速列车的时速已经达350km/h。因此对高速列车铝合金车体的性能要求，越来越高。
铝合金材料的冶金质量，如氢含量、氧化膜、夹杂等缺陷一直是困扰铝加工企业，由于铝合金在液体中存在氢气、氧化膜、夹杂物等有害物质，在铝合金成品中易形成气道、疏松、夹杂等缺陷，直接影响铝合金铸件的物理性能、力学性能及使用性能，因此必须降低铝液中的这些有害物质。美国铝业公司的Alcoa469方法可以将溶体中氢含量控制在0.08-0.15ml/100gAl；而目前国内用氩气净化技术所得到的铝溶体中氢含量都在≥0.08ml/100gAl的水平上。但是随着社会经济的发展，对于材料性能提出了更高的要求，需要进一步降低合金中氢含量。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种氢含量低至0.05ml/100gAl以下的高质量铝合金，本发明的另一目的是提供一种铝液的初期效果好、铝液纯净度高的高质量铝合金的制备方法。
技术方案：本发明所述的一种高质量铝合金，包括中间合金，还包含以下重量份数的原料：废料40～50份，打渣剂0.05～0.06份，铝锭50～60份，精炼剂0.10～0.12份，所述铝合金溶体中氢含量为小于等于0.05ml/100gAl。
其中，精炼剂包括以下重量份的原料：硝酸钾10～15份、氯化钾20～25份、石墨10～15份、二氧化硅40～50份。铝锭纯度为99.60％以上，有利于提高铝液质量。
上述高质量铝合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按化学计量比，向熔炼炉中先添加废料、中间合金、打渣剂，再加入铝锭，并开启电磁搅拌，待铝液溶解后对铝液进行690～710℃扒渣，然后加入添加剂、打渣剂，进行一次精炼，采用气体流量控制在80～100L/min的氩气和精炼剂，精炼过程中需要对铝液表面浮渣进行清理，精炼完成后，取样做成分分析，然后调整成分，使其成分达到要求；
步骤二，将步骤一所得物导入保温炉中，铝液温度保持在700～730℃，每2～4小时二次精炼、扒渣一次，采用气体流量控制在80～100L/min的氩气和精炼剂，提高铝液的纯净度，精炼剂的添加量与步骤一中相同，精炼先进行扫边操作，再进行U型操作，直进直出，再进行扫边操作为一个循环，进行3-4个循环，二次精炼过程中需进行扒渣处理：
步骤三，将步骤二所得铝液经流槽流至过滤箱，采用40PPI和70PPI双级过滤板进行过滤处理；
步骤四，经过滤箱处理的铝液流至采用超声波发生器的除气箱，采用氮气作为除气介质在线除气，防止铝液发生二次氧化，在20～30L/min气体流量下搅拌，超声波插入铝液深度为20～30mm；
步骤五，将步骤四所得铝液通过铸轧机铸轧成铝带，铸轧温度为670～690℃，冷却水压力为0.3～0.5MPA，冷却水温度为20～30℃，铸轧区为34～45mm，铸轧速度为700～1000mm/min。
制备原理：通过多次精炼和双层过滤，同时在除气箱中引入超声波，使得除气效果更好，铝液更加洁净，可以将氢含量控制到小于等于0.05ml/100gAl
有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：
1、采用的是高效精炼剂和氩气混合，大大提高了铝液的纯净度；
2、除气箱中引入超声波，使铝液的除气效果更好，可以将溶体中的氢含量控制在0.05ml/100gAl，满足高速列车车体用铝合金的质量要求；
3、引入超声技术，可以提高溶体成分的均匀性和洁净型，使坯料的组织更均匀，后期轧制过程中缺陷很少，提高产品成品率。
具体实施方式
以下各实施例中，中间合金和打渣剂均为现有。铝锭纯度为99.60％以上。超声波发生器的波长为30-40kHz，功率是1000瓦。中间合金为铝镁合金、铝铁合金和铝硅合金中的一种或多种。
实施例1
上述高质量铝合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)原料准备：称量442份废料、1份铝镁合金、2份铝铁合金、0.25份打渣剂、50份铝锭、0.10份精炼剂(硝酸钾12份、氯化钾22份、石墨13份、二氧化硅43份)；
(2)冶炼工序：按化学计量比，向熔炼炉中先添加废料、铝镁合金、铝铁合金，铝硅合金、0.025份打渣剂，再加入铝锭，并开启电磁搅拌，待铝液溶解后对铝液进行705℃扒渣，加入0.005份打渣剂，进行一次精炼，采用气体流量控制在80L/min的氩气和0.05份精炼剂，精炼过程中需要对铝液表面浮渣进行清理，精炼完成后，取样做成分分析，然后调整成分，使其成分达到要求；
(3)精炼工序：导入保温炉中，铝液温度保持在700℃，每3小时二次精炼、扒渣一次，采用气体流量控制在80L/min的氩气和0.05份精炼剂，精炼先进行扫边操作，再进行U型操作，直进直出，再进行扫边操作为一个循环，进行3个循环，二次精炼过程中需进行扒渣处理；
(4)除渣工序：将所得铝液经流槽流至过滤箱，采用40PPI和70PPI双级过滤板进行过滤处理；
(5)除气工序：经过滤箱处理的铝液流至采用超声波发生器的除气箱，采用氮气作为除气介质在线除气，防止铝液发生二次氧化，在20L/min气体流量下搅拌，超声波插入铝液深度为20mm；
(6)铸轧冷却：将所得铝液通过铸轧机铸轧成铝带，铸轧温度为680℃，冷却水压力为0.3MPA，冷却水温度为20℃，铸轧区为38mm，铸轧速度为750mm/min。
所制得铝液经测氢仪检测，氢含量为0.04ml/100gAl。
实施例2
上述高质量铝合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)原料准备：称量48份废料、2份铝镁合金、5份铝硅合金、0.03份打渣剂、58份铝锭、0.11份精炼剂(硝酸钾14份、氯化钾23份、石墨12份、二氧化硅47份)；
(2)冶炼工序：按化学计量比，向熔炼炉中先添加废料、铝镁合金、铝铁合金，铝硅合金、0.03份打渣剂，再加入铝锭，并开启电磁搅拌，待铝液溶解后对铝液进行710℃扒渣，加入0.03份打渣剂，进行一次精炼，采用气体流量控制在100L/min的氩气和0.05份精炼剂，精炼过程中需要对铝液表面浮渣进行清理，精炼完成后，取样做成分分析，然后调整成分，使其成分达到要求；
(3)精炼工序：将所得物导入保温炉中，铝液温度保持在720℃，每3小时二次精炼、扒渣一次，采用气体流量控制在100L/min的氩气和0.06份精炼剂，精炼先进行扫边操作，再进行U型操作，直进直出，再进行扫边操作为一个循环，进行3个循环，二次精炼过程中需进行扒渣处理；
(4)除渣工序：将所得铝液经流槽流至过滤箱，采用40PPI和70PPI双级过滤板进行过滤处理；
(5)除气工序：经过滤箱处理的铝液流至采用超声波发生器的除气箱，采用氮气作为除气介质在线除气，防止铝液发生二次氧化，在30L/min气体流量下搅拌，超声波插入铝液深度为30mm；
(6)铸轧冷却：将所得铝液通过铸轧机铸轧成铝带，铸轧温度为675℃，冷却水压力为0.5MPA，冷却水温度为28℃，铸轧区为42mm，铸轧速度为850mm/min。
所制得铝液经测氢仪检测，氢含量为0.03ml/100gAl。
实施例3
上述高质量铝合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)原料准备：称量40份废料、2份铝铁合金、4份铝硅合金、0.05份打渣剂、50份铝锭、0.10份精炼剂(硝酸钾10份、氯化钾20份、石墨10份、二氧化硅40份)；
(2)冶炼工序：按化学计量比，向熔炼炉中先添加废料、铝镁合金、铝铁合金，铝硅合金、0.025份打渣剂，再加入铝锭，并开启电磁搅拌，待铝液溶解后对铝液进行690℃扒渣，加入0.025份打渣剂，进行一次精炼，采用气体流量控制在80L/min的氩气和0.05份精炼剂，精炼过程中需要对铝液表面浮渣进行清理，精炼完成后，取样做成分分析，然后调整成分，使其成分达到要求；
(3)精炼工序：将所得物导入保温炉中，铝液温度保持在700℃，每2小时二次精炼、扒渣一次，采用气体流量控制在80L/min的氩气和0.05份精炼剂，精炼先进行扫边操作，再进行U型操作，直进直出，再进行扫边操作为一个循环，进行3个循环，二次精炼过程中需进行扒渣处理；
(4)除渣工序：将所得铝液经流槽流至过滤箱，采用40PPI和70PPI双级过滤板进行过滤处理；
(5)除气工序：经过滤箱处理的铝液流至采用超声波发生器的除气箱，采用氮气作为除气介质在线除气，防止铝液发生二次氧化，在20L/min气体流量下搅拌，超声波插入铝液深度为20mm；
(6)铸轧冷却：将所得铝液通过铸轧机铸轧成铝带，铸轧温度为670℃，冷却水压力为0.3MPA，冷却水温度为20℃，铸轧区为34mm，铸轧速度为700mm/min。
所制得铝液经测氢仪检测，氢含量为0.05ml/100gAl。
实施例4
上述高质量铝合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)原料准备：称量50份废料、2份铝镁合金、3份铝铁合金、5份铝硅合金、0.06份打渣剂、60份铝锭、0.12份精炼剂(硝酸钾15份、氯化钾25份、石墨15份、二氧化硅50份)；
(2)冶炼工序：按化学计量比，向熔炼炉中先添加废料、铝镁合金、铝铁合金，铝硅合金、0.03份打渣剂，再加入铝锭，并开启电磁搅拌，待铝液溶解后对铝液进行710℃扒渣，加入0.03份打渣剂，进行一次精炼，采用气体流量控制在100L/min的氩气和0.06份精炼剂，精炼过程中需要对铝液表面浮渣进行清理，精炼完成后，取样做成分分析，然后调整成分，使其成分达到要求；
(3)精炼工序：将所得物导入保温炉中，铝液温度保持在730℃，每4小时二次精炼、扒渣一次，采用气体流量控制在100L/min的氩气和0.06份精炼剂，精炼先进行扫边操作，再进行U型操作，直进直出，再进行扫边操作为一个循环，进行4个循环，二次精炼过程中需进行扒渣处理；
(4)除渣工序：将所得铝液经流槽流至过滤箱，采用40PPI和70PPI双级过滤板进行过滤处理；
(5)除气工序：经过滤箱处理的铝液流至采用超声波发生器的除气箱，采用氮气作为除气介质在线除气，防止铝液发生二次氧化，在30L/min气体流量下搅拌，超声波插入铝液深度为30mm；
(6)铸轧冷却：将所得铝液通过铸轧机铸轧成铝带，铸轧温度为690℃，冷却水压力为0.5MPA，冷却水温度为30℃，铸轧区为45mm，铸轧速度为1000mm/min。
所制得铝液经测氢仪检测，氢含量为0.04ml/100gAl。
实施例5
上述高质量铝合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)原料准备：称量45份废料、1.5份铝镁合金、2.5份铝铁合金、4.5份铝硅合金、、0.06份打渣剂、55份铝锭、0.11份精炼剂(硝酸钾13份、氯化钾23份、石墨13份、二氧化硅45份)；
(2)冶炼工序：按化学计量比，向熔炼炉中先添加废料、铝镁合金、铝铁合金，铝硅合金、0.03份打渣剂，再加入铝锭，并开启电磁搅拌，待铝液溶解后对铝液进行700℃扒渣，加入0.03份打渣剂，进行一次精炼，采用气体流量控制在90L/min的氩气和0.05份精炼剂，精炼过程中需要对铝液表面浮渣进行清理，精炼完成后，取样做成分分析，然后调整成分，使其成分达到要求；
(3)精炼工序：将所得物导入保温炉中，铝液温度保持在715℃，每3小时二次精炼、扒渣一次，采用气体流量控制在90L/min的氩气和0.06份精炼剂，精炼先进行扫边操作，再进行U型操作，直进直出，再进行扫边操作为一个循环，进行3个循环，二次精炼过程中需进行扒渣处理；
(4)除渣工序：将所得铝液经流槽流至过滤箱，采用40PPI和70PPI双级过滤板进行过滤处理；
(5)除气工序：经过滤箱处理的铝液流至采用超声波发生器的除气箱，采用氮气作为除气介质在线除气，防止铝液发生二次氧化，在25L/min气体流量下搅拌，超声波插入铝液深度为25mm；
(6)铸轧冷却：将所得铝液通过铸轧机铸轧成铝带，铸轧温度为685℃，冷却水压力为0.4MPA，冷却水温度为25℃，铸轧区为39mm，铸轧速度为850mm/min。
所制得铝液经测氢仪检测，氢含量为0.02ml/100gAl。

Claims (10)

1.一种高质量铝合金，包括中间合金，其特征在于，还包含以下重量份数的原料：废料40～50份，打渣剂0.05～0.06份，铝锭50～60份，精炼剂0.10～0.12份，所述铝合金溶体中氢含量为小于等于0.05ml/100gAl。
2.根据权利要求1所述的一种高质量铝合金溶体，其特征在于：所述精炼剂包括以下重量份的原料：硝酸钾10～15份、氯化钾20～25份、石墨10～15份、二氧化硅40～50份。
3.一种高质量铝合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，按化学计量比，向熔炼炉中先添加废料、中间合金、打渣剂，再加入铝锭，并开启电磁搅拌，待铝液溶解后对铝液进行690～710℃扒渣，然后加入添加剂、打渣剂，进行一次精炼；
步骤二，将步骤一所得物导入保温炉中，铝液温度保持在700～730℃，每2～4小时二次精炼、扒渣一次，进行3-4个循环；
步骤三，将步骤二所得铝液经流槽流至过滤箱，采用过滤板进行过滤处理；
步骤四，经过滤箱处理的铝液流至采用超声波发生器的除气箱，采用氮气作为除气介质在线除气，在20～30L/min气体流量下搅拌；
步骤五，将步骤四所得铝液通过铸轧机铸轧成铝带。
4.根据权利要求3所述的一种高质量铝合金的制备方法，其特征在于：所述一次精炼采用氩气和精炼剂，精炼过程中需要对铝液表面浮渣进行清理，精炼完成后，取样做成分分析。
5.根据权利要求3所述的一种高质量铝合金的制备方法，其特征在于：所述二次精炼采用氩气和精炼剂，精炼先进行扫边操作，再进行U型操作，直进直出，再进行扫边操作为一个循环，所述二次精炼过程中需进行扒渣处理。
6.根据权利要求4或5所述的一种高质量铝合金的制备方法，其特征在于：所述氩气的气体流量控制在80～100L/min。
7.根据权利要求4或5所述的一种高质量铝合金的制备方法，其特征在于：所述一次精炼、二次精炼中的精炼剂的添加量相同。
8.根据权利要求3所述的一种高质量铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤三中过滤板为40PPI和70PPI双级过滤板。
9.根据权利要求3所述的一种高质量铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤四中超声波插入铝液深度为20～30mm。
10.根据权利要求3所述的一种高质量铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤四中，铸轧温度为670～690℃，冷却水压力为0.3～0.5MPA，冷却水温度为20～30℃，铸轧区为34～45mm，铸轧速度为700～1000mm/min。
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