CN112708793B - 一种铸造铝硅合金配料熔炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铸造铝硅合金配料熔炼方法，包括以下步骤：1)使用连续熔解炉熔化铝硅母合金；2)根据坩埚保温炉的容量，确定坩埚保温炉的容量与后续转运浇包的容量相同；3)将连续熔解炉熔炼好的母合金液；4)将回炉料及配料的总量控制为30％，采用室温装入坩埚锅，搅拌均匀后保温；5)根据生产产品的成份要求及产品的产量需要，设计配料中各元素的最佳含量。本发明采用铝硅母合金，母料中没有易烧损元素；适合连续缩炉中火焰喷射到合金表面的熔化方式，使用一台连续熔解炉，加1‑2台坩埚保温炉，就可以满足3‑6种不同牌号铝合金的同时生产，提高的设备效率，实现了配料的柔性控制。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金的冶炼，尤其涉及一种铸造铝硅合金配料熔炼方法。
背景技术
目前，铸造铝硅合金的配料熔炼主要采用连续熔解炉，熔炼能力500kg-2T/h不等，热源为燃气或燃油，为保证铝液质量，一般要求回炉料比例不高于30％，更高质量要求的产品，不高于10％，原料合金铝锭及该牌号的回炉料按一定比例投料，熔化后放入转运浇包，在浇包内进行精炼处理，检测成份，DI(密度当量值)合格后，由浇包转运至铸造单元的保温炉内，进行铸造生产。
连续熔解炉熔化回炉料时，由于回炉料一般由产品浇冒口切块，加工后的报废产品等组成，表面积大，在连续熔解炉中，融化区是火焰直接喷射在原材料表面进行熔化的，表面积大的情况下，增加了氧化过程，造成合金元素烧损，及形成熔渣，影响铝液质量，同时氧化渣附着在熔解炉内壁造成侵蚀，不及时清理，会损坏熔解炉。实际铸造时，可能多种牌号的产品同时生产，采用第一种连续熔解炉时，需要投入多台连续熔解炉，如果产品的订单数量较少，铸造每小时生产能力低于熔解能力时，就会造成大马拉小车，造成连续熔解炉能力的浪费，并且这种连续熔解设备结构复杂，造价高昂。
采用多个坩埚保温炉配料，由于由于坩埚熔化保温炉的坩埚隔离了热源与被熔化合金，所以其热转换效率低于连续熔解炉，熔化一锅铝水大约需要2-4小时的时间，其熔化能力只能达到150-200kg/h，无法满足大批量生产的需求，同时用于熔化功能的话，能耗高于连续熔解炉50％-100％。
发明内容
本发明针对现有铸造铝硅合金的配料熔炼的问题，提供一种铸造铝硅合金配料熔炼方法，包括以下步骤：
1)使用连续熔解炉熔化铝硅母合金，使用两台坩埚炉熔化回炉料及配料，采用熔体热速处理技术，可以获得更细化的铸件金相组织，进一步提高机械性能的表现；
2)根据坩埚保温炉的容量，确定坩埚保温炉的容量与后续转运浇包的容量相同，使坩埚保温炉熔化好的铝液一次性转运至铸造生产现场；
3)将连续熔解炉熔炼好的母合金液，按需要单次合金铝液总量的70％，通过流槽放入坩埚保温炉内，保温处理；
4)将回炉料及配料的总量控制为30％，采用室温装入坩埚锅，搅拌均匀后保温；
5)根据生产产品的成份要求及产品的产量需要，设计配料中各元素的最佳含量，计算公式如下：
硅的添加量＝目标合金液质量×目标合金硅含量的中值-母合金液质量×母合金硅含量-回炉料质量×回炉料合金中硅的含量，当计算值为负时，不需要加硅，仅加铝；
铝的添加量＝目标合金液质量×目标合金铝含量的中值-母合金液质量×母合金铝含量-回炉料质量×回炉料合金中铝的含量，当计算值为负时，不需要加铝，仅加硅；
铜的添加量＝目标合金液质量×目标合金Cu含量的中值-回炉料质量×回炉料合金中铝的含量；
镁的添加量＝目标合金液质量×目标合金Mg含量的上限值-回炉料质量×回炉料合金中Mg的含量；
其它元素的添加量＝目标合金液质量×目标合金其它元素的含量-回炉料质量×回炉料合金中其它元素的含量。
步骤1)中配料选自硅、铝、铜、镁或锰中的一种或多种，恒定温度保持在720-740℃；步骤3)中，保温温度为850-950℃，保温时间为10-20min；步骤4)中，保温温度为700-750℃，保温时间为10-20min。
本发明的有益效果是：采用铝硅母合金，母料中没有易烧损元素；适合连续缩炉中火焰喷射到合金表面的熔化方式。采用坩埚保温炉将熔化好的母合金快速升温并保持，由于一般高温母料为目标合金液重量的70％，也就是不足坩埚保温炉容量的70％，这样采用普通坩埚保温炉原有设计的热源，也能较快升温到目标温度并保持。回炉料及易烧损的Mg、Ti合金在坩埚保温炉里添加，减少了回炉料的氧化及活泼合金元素的烧损。综合利用的熔体热速处理的原理，使这种熔炼工艺浇注的铸件金相组织中的晶粒更细小，提高了机械性能。使用一台连续熔解炉，加1-2台坩埚保温炉，就可以满足3-6种不同牌号铝合金的同时生产，提高的设备效率，实现了配料的柔性控制。
附图说明
图1为实施例1所得AlSi7合金的DSC曲线图。
具体实施方式
以下结合实例对本发明进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
一种AlSi7合金的冶炼方法，包括以下步骤：
1)使用连续熔解炉熔化铝硅母合金，使用两台坩埚炉熔化回炉料及配料，采用熔体热速处理技术，将连续熔解炉740℃保温20min，根据目标合金中硅和铝的含量，计算配料中铝和硅的用量，计算方法如下：
硅的添加量＝目标合金液质量×目标合金硅含量的中值-母合金液质量×母合金硅含量-回炉料质量×回炉料合金中硅的含量，当计算值为负时，不需要加硅，仅加铝；
铝的添加量＝目标合金液质量×目标合金铝含量的中值-母合金液质量×母合金铝含量-回炉料质量×回炉料合金中铝的含量，当计算值为负时，不需要加铝，仅加硅；
2)根据坩埚保温炉的容量，确定坩埚保温炉的容量与后续转运浇包的容量相同，使坩埚保温炉熔化好的铝液一次性转运至铸造生产现场；
3)将连续熔解炉熔炼好的母合金液，按需要单次合金铝液总量的70％，通过流槽放入坩埚保温炉内，900℃保温20min；
4)将回炉料及配料的总量控制为30％，采用室温装入坩埚锅，搅拌均匀后750℃保温20min，浇铸即得。
图1为实施例1所得AlSi7合金的DSC曲线图，由图中可以看出，合金在600℃附近存在着明显的吸热峰，它对应着升温过程中铝合金中共晶组织的熔化。同时，从图中还可以观察到在862-886℃范围内可以观察到非常微小的热效应变化，如图1插图所示，表现为曲线上出现峰，从峰型上看为放热峰。由于在此温度范围内并不存在其他相变过程，因此该热效应变化对应着铝合金熔体的结构转变。当合金熔体温度发生变化时，铝熔体的Al-Al、Al-Si、Si-Si键长分布以及部分原子团簇内的原子排布方式也会产生较大变化。Ronsley等测试的铝合金熔体的氢浓度结果也证实温度达到780℃左右，铝合金熔体存在部分液态结构转变。大量的实验研究也表明在780-930℃左右的温度区间的确存在着Al熔体的结构转变区间。因此在862-886℃之间，AlSi7合金熔体内部发生了Al熔体结构转变的变化。
热速处理对AlSi7合金凝固过程的影响从过冷度方面能够得到解释。一般说来，金属过热度的增大会同样导致过冷度的增大。要使合金液获得较大的过冷度，可在一定范围内适当的增大过热度。当过冷度增加时，晶核的形核功就会减少，使得晶核的形成变得更加容易，从而增加形核率；同时，过冷度较大时，熔体温度过低，原子的运动受到阻碍变得困难，长大速度也随之减小，形成的晶粒尺寸也就减小。
熔体复合处理的热速处理能够从合金熔体遗传性角度进一步解释。众所周知，合金熔体是由不同成分的结构单元所构成的多相系统，且结构单元包含了不同尺度的原子团簇或者原子集团。而合金熔体中的原子团簇和原子集团的尺寸与合金熔体温度有着密切的关系，熔体的温度越高，原子的热运动就越激烈，原子集团的平均尺寸就越小；反之，熔体温度降低，也就越容易形成较大的原子集团。因此，合金熔体温度及成分的不同会造成微观组织结构的改变，存在于熔体中的原子团簇有一定几率成为金属在凝固时的结晶核心。伴随热速处理过程中温度的升高，熔体中较大尺寸的原子团簇不断消失，熔体呈现出均匀状态，但当向高温熔体中加入部分冷料后，由于冷料温度很低，可使高温熔体在极短的时间内温度就下降较多，根据金属遗传性，这种工艺可将熔体的团簇结构特点保留下来，因此高温熔体的性质得到部分保留，原子团簇较小，分布也比较均匀。最终原始合金熔体中的组织结构的特点在热速处理过程中可以通过这些原子团簇遗传下来，保留到了凝固组织中，从而导致热速处理的晶粒细化。同时，冷料在熔体中可以起到内冷铁的作用，它可以使熔体的局部冷却速度增大，从而细化一次枝晶，减小应力集中，从而会改善合金铸态组织和力学性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种铸造铝硅合金配料熔炼方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)使用连续熔解炉熔化铝硅母合金，使用两台坩埚炉熔化回炉料及配料，采用熔体热速处理技术，将连续熔解炉保持温度恒定；
2)根据坩埚保温炉的容量，确定坩埚保温炉的容量与后续转运浇包的容量相同，使坩埚保温炉熔化好的铝液一次性转运至铸造生产现场；
3)将连续熔解炉熔炼好的母合金液，按需要单次合金铝液总量的70％，通过流槽放入坩埚保温炉内，保温处理；
4)将回炉料及配料的总量控制为30％，采用室温装入坩埚锅，搅拌均匀后保温；
5)根据生产产品的成份要求及产品的产量需要，设计配料中各元素的最佳含量，计算公式如下：
硅的添加量＝目标合金液质量×目标合金硅含量的中值-母合金液质量×母合金硅含量-回炉料质量×回炉料合金中硅的含量，当计算值为负时，不需要加硅，仅加铝；
铝的添加量＝目标合金液质量×目标合金铝含量的中值-母合金液质量×母合金铝含量-回炉料质量×回炉料合金中铝的含量，当计算值为负时，不需要加铝，仅加硅；
铜的添加量＝目标合金液质量×目标合金Cu含量的中值-回炉料质量×回炉料合金中铝的含量；
镁的添加量＝目标合金液质量×目标合金Mg含量的上限值-回炉料质量×回炉料合金中Mg的含量；
其它元素的添加量＝目标合金液质量×目标合金其它元素的含量-回炉料质量×回炉料合金中其它元素的含量；
所述的步骤1)中，所述配料选自硅、铝、铜、镁或锰中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，恒定温度保持在720-740℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中，保温温度为850-950℃，保温时间为10-20min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中，保温温度为700-750℃，保温时间为10-20min。
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