CN112458313A - 多元磁场与熔剂复合高效净化铝合金熔体的方法及铸件 - Google Patents

多元磁场与熔剂复合高效净化铝合金熔体的方法及铸件 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种多元磁场与熔剂复合高效净化铝合金熔体的方法及铸件，包括以下步骤：在反应炉内加入铝合金原料加热至730‑750℃制成熔体；给所述熔体施加多元磁场，所述多元磁场包括旋转磁场和振荡磁场，所述旋转磁场能够使所述熔体同时沿顺时针方向或逆时针方向旋转；所述多元磁场作用100‑200s后，向所述熔体底部喷入氩气和精炼剂，精炼500‑800s；精炼结束后撤除所述多元磁场，静置15‑25min后扒渣，即可进行浇铸。本发明可同时高效净化大尺寸杂质和微小尺寸杂质，经本发明净化后的熔体制成的铸件纯度高。

Description

多元磁场与熔剂复合高效净化铝合金熔体的方法及铸件
技术领域
本发明属于有色金属熔铸领域，具体涉及一种铝合金熔体净化的方法，更具体的，涉及一种多元磁场与熔剂高效净化铝合金熔体的方法，以及由该方法净化后的铝合金熔体制成的铸件。
背景技术
铝合金是目前应用最广的有色金属之一，具有质轻、综合力学性能优良、不易腐蚀等诸多特点，自20世纪末至今，在工业生产和国民经济中发挥着重要的作用。铝合金在生产和重熔过程中很容易引入各种夹杂物，影响合金熔体的洁净度，并降低材料或工件的加工性能和力学性能。铝合金熔体中的夹杂物一般为非金属夹杂，主要包括氧化物、碳化物、氮化物等，非金属夹杂的存在会影响熔体的流动性和充型能力，增加铸件中气体的残留。
目前去除合金中夹杂物的方法主要有溶剂覆盖法、气泡浮游法、过滤法和电磁净化等，熔剂覆盖法通过精炼剂与夹杂夹气的物化作用来净化熔体，熔剂净化效果主要受熔剂与夹杂及熔体间的化学作用影响，熔剂、夹杂物界面张力越小净化效果越好，熔剂覆盖法能够有效去除大尺寸的夹杂物，对于微小夹杂净化效果不明显。气泡浮游法是除氢的主要方式，其利用熔体中氢的分压差将氢收集至惰性气体最终浮游离开熔体，气泡浮游法对尺寸大于30μm夹杂有较好去除效果，此方法中气体的纯度、气泡尺寸、气体弥散程度和气体在熔体中的停留时间均对净化效果有较大影响。过滤法通过控制过滤器孔径将各尺寸的固态夹杂去除，过滤器主要包括玻璃丝布、泡沫陶瓷等，此方法一般能有效过滤30μm以上的夹杂，难以过滤小于10μm的夹杂，且过滤器孔径容易被堵塞，净化成本高昂。电磁净化的原理是利用金属熔体与非金属夹杂物显著的导电性区别将两者分离，熔体中非金属夹杂物所受到力的大小与夹杂物尺寸成正比，因此对于微小的夹杂物，也很难用电磁净化的方法进行去除。
发明内容
基于现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种多元磁场与熔剂复合高效净化铝合金熔体的方法，利用该方法可同时高效净化大尺寸夹杂和微小夹杂。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种多元磁场与熔剂复合高效净化铝合金熔体的方法，包括以下步骤：
S1、在反应炉内加入铝合金原料加热至730-750℃制成熔体；
S2、给所述熔体施加多元磁场，所述多元磁场包括旋转磁场和振荡磁场；所述旋转磁场能够使所述熔体同时沿顺时针方向或逆时针方向旋转；
S3、所述多元磁场作用100-200s后，向所述熔体底部喷入氩气和精炼剂，精炼500-800s；
S4、精炼结束后撤除所述多元磁场，静置15-25min后扒渣，即可进行浇铸。
在一些实施方式中，所述步骤S2中，所述旋转磁场频率为5Hz，强度为0.01T-0.02T；所述振荡磁场频率为50Hz，强度为0.4T-0.5T。
在一些实施方式中，所述步骤S3中，所述氩气流量为0.1-0.2dm3/s。
在一些实施方式中，所述步骤S3中，所述精炼剂是由MgCl2-KCl组成的氯盐混合物，所述精炼剂的用量为1-2kg/t。
在一些实施方式中，所述步骤S2中，所述振荡磁场位于所述反应炉底部；所述旋转磁场位于所述反应炉四周。
在一些实施方式中，所述铝合金熔体是2A14铝合金熔体。
本发明还提供一种铸件，所述铸件由铝合金熔体浇铸而成，所浇铸的铝合金熔体经上述的方法进行净化后再浇铸成所述铸件。
相较于现有技术，本发明的有益效果如下：
本发明利用多元磁场与熔剂复合高效净化铝合金熔体，先对铝合金熔体施加多元磁场，其中，振荡磁场可使熔体中的非金属夹杂发生相对碰撞和同向碰撞的概率增大，微小杂质碰撞后容易聚合在一起形成夹杂物团簇；旋转磁场可给熔体施加离心力，在离心力作用下夹杂物定向运动且夹杂物所受离心力的大小与其尺寸成正比，大尺寸夹杂物比小尺寸夹杂物的运动速度更快，在旋转磁场的作用下大杂质不断吞噬小杂质，形成更大尺寸的夹杂物团簇，在多元磁场的综合作用下，熔体中的微小杂质更容易被熔剂捕获带出熔体。
通过施加多元磁场使熔体中的微小杂质发生团簇之后，再用喷气管向熔体底部喷入氩气和精炼剂，精炼剂由氩气带入，可增加精炼剂在熔体中的分散效果，使精炼剂更好地捕获团簇后的夹杂物，从而使精炼剂对熔体的净化效果更好。另外，旋转磁场可改变精炼剂在熔体中的运动路径，使精炼剂由直接从熔体底部向熔体顶部直线运动变为从熔体底部螺旋向顶部运动，可以使精炼剂与熔体充分接触，而振荡磁场可增加精炼剂与杂质的碰撞概率。因此，多元磁场综合作用可增加熔剂在熔体内部的停留时间和增大精炼剂与熔体杂质的碰撞概率，进一步增加精炼剂捕获夹杂物的概率。
除此之外，精炼剂在捕获夹杂物时产生的气体，由于多元磁场的复合作用，旋转磁场改变了其运动路线，气体可沿着熔体的旋转方向上升，减少了气体排出熔体时熔体所产生的阻力，使气体更好地排出熔体外，振荡磁场可对熔体产生一定震动，可促进气体分子与熔体分子分离，促进熔体中气体的排出，多元磁场综合作用使得熔体中杂质更少，提高熔体的净化效果，从而使制成的铸件纯度更高。
本发明通过多元磁场和熔剂同时使用对铝合金熔体进行净化，净化效果好，而且方法简单，操作方便，适于工业应用。
经过本发明的方法净化后的铝合金熔体，浇铸成铸件后，铸件纯度高，而且金相组织无明显夹杂或松缩等缺陷，可很好地满足工业上对铝合金铸锭夹杂标准要求。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明反应炉体与多元磁场的结构示意图；
图3为实施例1经本发明方法净化后的2A14铝合金的金相组织图；
图4为对比例1现有方法仅用熔剂精炼单独净化2A14铝合金的金相组织图。
附图标识说明：
1-炉体；2-旋转磁场；3-振荡磁场。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
下述实施例中，反应炉体与多元磁场的结构如图2所示：旋转磁场2设置在炉体1的四周，振荡磁场3设置在炉体1的底部。
实施例1
如图1，一种多元磁场与熔剂复合高效净化2A14铝合金熔体的方法，包括以下步骤：
S1：在反应炉内加入2A14铝合金原料加热至740℃制成熔体；
S2：给熔体施加多元磁场，多元磁场包括一个低频旋转磁场和一个高频振荡磁场，旋转磁场使熔体绕反应炉的中轴线顺时针方向(也可以是逆时针方向)旋转；所述低频旋转磁场频率为5Hz，强度为0.02T，高频振荡磁场频率为50Hz，强度为0.5T；
S3：多元磁场作用200s后，开始用喷气管向熔体底部喷入氩气和精炼剂，精炼时间为800s；其中，精炼剂是由MgCl2-KCl组成的氯盐混合物，用量为1.5kg/t，氩气流量为0.2dm3/s；
S4、经步骤S3精炼结束后撤除多元磁场，静置20min后扒渣，即可进行浇铸。
实施例2
如图1，一种多元磁场与熔剂复合高效净化2A14铝合金熔体的方法，包括以下步骤：
S1：在反应炉内加入2A14铝合金原料加热至750℃制成熔体；
S2：给熔体施加多元磁场，多元磁场包括一个低频旋转磁场和一个高频振荡磁场；所述低频旋转磁场频率为5Hz，强度为0.01T，高频振荡磁场频率为50Hz，强度为0.4T；
S3：多元磁场作用100s后，开始用喷气管向熔体底部喷入氩气和精炼剂，精炼时间为500s；其中，精炼剂是由MgCl2-KCl组成的氯盐混合物，用量为2.0kg/t，氩气流量为0.1dm3/s；
S4、经步骤S3精炼结束后撤除多元磁场，静置25min后扒渣，即可进行浇铸。
对比例1
采用现有技术进行铝合金熔体净化，包括以下步骤：
S1:在反应炉内加入2A14铝合金原料加热至740℃制成熔体；
S2：向熔体中喷入氩气和精炼剂，氩气流量为0.3dm3/s，精炼剂是由MgCl2-KCl组成的氯盐混合物，精炼剂的用量为3kg/t，精炼时间为1000s，静止10min后扒渣。
S3：再次升温至740℃，重复步骤S2；
S4：倒入静置炉，静止20min；
S5：向熔体中通入氩气和氮气的混合气体，通气流量为0.4dm3/s，进行10min转子除气；
S6：除气结束后静止10min扒渣，即可进行浇铸。
对比例2
一种净化铝合金熔体的方法，包括以下步骤：
包括以下步骤：
S1：在反应炉内加入2A14铝合金原料加热至750℃制成熔体；
S2：给熔体施加旋转磁场，使熔体沿反应炉中轴线顺时针方向旋转，旋转磁场频率为5Hz，强度为0.02T；
S3：多元磁场作用100s后，开始用喷气管向熔体底部喷入氩气和精炼剂，精炼时间为800s；其中，精炼剂是由MgCl2-KCl组成的氯盐混合物，用量为2kg/t，氩气流量为0.2dm3/s；
S4、经步骤S3精炼结束后撤除多元磁场，静置20min后扒渣，即可进行浇铸。
将实施例1和对比例1-2方法处理后的铝合金熔体分别浇铸到铁模中，空冷至室温后脱模，取出铸锭心部制成金相试样后进行显微夹杂统计，统计结果如表1、图3和图4所示：
表1实施例1和对比例1-2方法净化2A14铝合金铸锭金相试样检测结果
Figure BDA0002806581650000071
备注:D1：粒径＜10μm夹杂；D2：粒径为10-40μm夹杂；D3：粒径＞40μm夹杂
由表1、图3和图4可知，采用本发明的净化方法，净化后的铸锭与传统方法相比，不论是大尺寸杂质(粒径＞40μm)、小尺寸杂质(粒径为10-40μm)、微小杂质颗粒(粒径＜10μm)的总体数量都明显少于现有净化方法，而且分布更均匀。另外，用本发明净化的铸锭中D1、D3含量经金相表面检测含量趋于0，说明这两种尺寸的夹杂物含量已经很低，不对铸锭金相表面造成明显夹杂或松缩等缺陷，而D2含量为0.01％，明显低于现有方法的净化效果。使用本发明净化后所制成的铸锭明显低于现有方法净化后所制成的铸锭，可很好地满足工业上对铝合金铸锭夹杂标准要求。
另外，从图3和图4的金相表面检测结果可知，经本发明的方法净化后的铸锭金相表面无明显非金属夹杂及缩松等缺陷产生的痕迹，而现有方法净化后的铸锭金相表面有明显的大尺寸非金属夹杂团聚及缩松等缺陷，且这些缺陷不均匀地分布于金相表面。
综上所述，使用本发明的净化方法，可净化不同尺寸的杂质，而且净化效果好。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种多元磁场与熔剂复合高效净化铝合金熔体的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在反应炉内加入铝合金原料加热至730-750℃制成熔体；
S2、给所述熔体施加多元磁场，所述多元磁场包括旋转磁场和振荡磁场；所述旋转磁场能够使所述熔体同时沿顺时针方向或逆时针方向旋转；
S3、所述多元磁场作用100-200s后，向所述熔体底部喷入氩气和精炼剂，精炼500-800s；
S4、精炼结束后撤除所述多元磁场，静置15-25min后扒渣，即可进行浇铸。
2.根据权利要求1所述的多元磁场与熔剂复合高效净化铝合金熔体的方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述旋转磁场频率为5Hz，强度为0.01T-0.02T，所述振荡磁场频率为50Hz，强度为0.4T-0.5T。
3.根据权利要求1所述的多元磁场与熔剂复合高效净化铝合金熔体的方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述氩气流量为0.1-0.2dm3/s。
4.根据权利要求1所述的多元磁场与熔剂复合高效净化铝合金熔体的方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述精炼剂是由MgCl2-KCl组成的氯盐混合物，所述精炼剂的用量为1-2kg/t。
5.根据权利要求1所述的多元磁场与熔剂复合高效净化铝合金熔体的方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述振荡磁场位于所述反应炉底部；所述旋转磁场位于所述反应炉四周。
6.根据权利要求1-5任一项所述的多元磁场与熔剂复合高效净化铝合金熔体的方法，其特征在于，所述铝合金熔体是2A14铝合金熔体。
7.一种铸件，由铝合金熔体浇铸而成，其特征在于，所述铝合金熔体为经权利要求1-6任一项所述的方法净化后的熔体。
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