CN112813297A - 一种铝硅系合金的高效节能熔炼方法 - Google Patents

一种铝硅系合金的高效节能熔炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种铝硅系合金的高效节能熔炼方法，包括在熔炼前向预热或熔炼后的熔炼炉中加入钛剂，同时预加90%的金属硅或中间合金；或在熔炼时向预热或熔炼后的熔炼炉中加入原铝液，同时加入钛剂；在原铝液进了一半后，加入金属硅或中间合金并维持铝液720~750℃且开启搅拌；搅拌后加入易熔的熔炼添加剂并搅拌均匀；向熔炼炉的铝液中加入粉末精炼剂并通入氮气，经除渣、除气，得到铝熔体；将铝熔体静置后铸造成锭，得到铝硅系合金。本发明通过熔炼炉结合工艺优化实现短流程快速熔炼工艺，同时充分利用原铝液高温优势快速熔解难熔合金成分，不仅能耗低，还能缩短工艺流程，提升熔炼效率和金属收率，实现铝硅系合金的均匀化和细晶化。

Description

一种铝硅系合金的高效节能熔炼方法
技术领域
本发明属于有色金属冶炼技术领域，具体涉及一种工艺流程短、能耗低、金属收率和熔炼效率高、产品质量好的铝硅系合金高效节能熔炼方法。
背景技术
铝硅系合金（aluminium silicon alloy）是一种以铝、硅为主成分的锻造和铸造合金，一般含硅11%，同时加入少量铜、铁、镍等合金元素以提高强度。用于制造低中强度形状复杂的铸件，也用作钎焊焊料。
随着全球对气候变化的重视，各国政府制定和实施了一系列产业政策和专项规划，将降低资源和能源消耗作为产业政策的重要组成部分，推动产业结构的优化升级，努力形成“低投入、低消耗、低排放、高效率”的经济发展方式。金属铝及其合金的生产需要消耗大量的能源，提高生产效率、降低能源消耗是行业急需解决的共性问题。
铝硅系合金熔炼对铝合金铸件的质量影响最大，传统的铝硅系合金熔炼工艺中，一般在熔炼炉内先加入铝锭，再升温熔化铝锭，进一步升温至730～760℃，添加金属硅或中间合金，并保温用电磁搅拌均匀。待硅充分熔解后，再将其它成分的中间合金或单质添加到熔炼炉内，再在730～760℃的温度下用电磁搅拌彻底、均匀搅拌，以确保添加的原辅料完全熔解，使铝硅系铸造铝合金化学成份符合要求。对于难熔解的钛剂等成分，还需进一步将熔体升温至820℃以上才能充分熔解，否则温度偏低容易出现沉底，导致成分含量不够，而当温度足够高时，沉底的成分又熔解，造成合金成分含量偏高，引起产品质量波动。而且上述熔炼过程还存在多方面的问题：使用铝锭做为原料来熔炼合金，熔化铝锭的能源消耗较大，导致生产成本较高；传统的熔炼流程较长，存在多次转炉和升温，热量损耗大，能源消耗高；而且单炉的熔炼时间长，导致生产效率低；需要经过多次搅拌熔炼，金属损耗较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有具有工艺流程短、能耗低、金属收率和熔炼效率高、产品质量好的铝硅系合金高效节能熔炼方法。
本发明的目的是这样实现的：包括熔炼、精炼、静置步骤，具体步骤如下：
A、熔炼：在熔炼前，向经预热或熔炼结束后的节能熔炼炉中加入钛剂于加料包内，同时预加总量90%的金属硅或中间合金；或者在熔炼时，向经预热或熔炼结束后的节能熔炼炉中加入原铝液，同时在加料包内加入钛剂；在原铝液进了一半后，加入余量金属硅或中间合金，维持铝液温度在720~750℃且开启电磁搅拌；搅拌结束后加入易熔的熔炼添加剂并搅拌均匀；
B、精炼：向节能熔炼炉的铝液中加入铝熔体用粉末精炼剂并通入氮气，经除渣、除气，获得纯洁度较高的铝熔体；
C、静置：将精练后的铝熔体静置，然后铸造成锭，得到铝硅系合金。
本发明的有益效果：
1、本发明针对传统熔炼存在流程长、升温次数多、熔炼时间长、金属损耗大、安全隐患大等问题，通过采用节能熔炼炉，结合熔炼、精炼、静置的工艺优化，开发出“一炉三段”铝硅系合金的短流程快速熔炼工艺；相比传统工艺具有工艺流程短、可节省设备投资并能减少维护成本和人工，还能实现铝硅系合金的均匀化和细晶化，提高了最终合金的质量；而且还能减少转炉次数，降低熔体在转炉过程中的吸气造渣，从而较少金属的损耗并提升产品质量和熔炼效率。
2、本发明充分利用原铝液高温优势快速熔解难熔合金成分，可有效缩短单炉的熔炼时间，从而降低能源消耗和提高熔炼效率。通过冶炼工艺的优化并配合节能熔炼炉，可减少转炉的次数和搅拌熔炼的次数，从而有效减低金属损耗以提高金属收率。
3、本发明通过预放钛剂于熔炼炉的铝液加料包内，以加入的高温铝液充分熔解钛剂，其进料冲击搅拌便能使成分分布均匀，无需对炉内熔体升温和人工搅拌，降低了能源消耗和金属损耗，提高生产效率，降低劳动强度。
4、本发明通过在熔炼炉内预加90%的金属硅或中间合金再加入高温铝液，先通过熔炼炉内的蓄热预热金属硅或中间合金，不仅可缩短工艺流程，而且能使金属硅或中间合金的熔化时间提前，减少了熔炼时间和能源消耗；此外，高温铝液的流动搅拌，使金属硅或中间合金熔解充分、均匀，不仅降低了劳动强度，还能减少金属损耗；而且预加硅时，炉内无铝液，可有效保障操作人员的安全。
5、本发明在熔炼中采用新型的铝熔体用粉末添加剂，添加剂在加入到铝液后，可使局部发生剧烈反应，从而将金属元素均匀地分散到铝液中，减少成分偏析和金属烧损；而且反应释放的热量能使熔体局部温度升高，促进金属元素的快速熔解，从而提高金属收率并缩短熔炼时间。
附图说明
图1为实施例2得到的铝硅镁合金的金相图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。
本发明包括熔炼、精炼、静置步骤，具体步骤如下：
A、熔炼：在熔炼前，向经预热或熔炼结束后的节能熔炼炉中加入钛剂于加料包内，同时预加总量90%的金属硅或中间合金；或者在熔炼时，向经预热或熔炼结束后的节能熔炼炉中加入原铝液，同时在加料包内加入钛剂；在原铝液进了一半后，加入余量金属硅或中间合金，维持铝液温度在720~750℃且开启电磁搅拌；搅拌结束后加入易熔的熔炼添加剂并搅拌均匀；
B、精炼：向节能熔炼炉的铝液中加入铝熔体用粉末精炼剂并通入氮气，经除渣、除气，获得纯洁度较高的铝熔体；
C、静置：将精练后的铝熔体静置，然后铸造成锭，得到铝硅系合金。
所述节能熔炼炉包括一体浇注成型的炉衬、弧面结构的炉顶、加大的炉门、烟气余热循环系统，所述烟气余热循环系统用于收集熔炼及精练的烟气余热以加热助燃空气。
所述A步骤中的铝熔体用添加剂包括金属粉末和助熔剂，所述金属粉末包括钛、铜、锰、铁中的一种或任意组合，所述助熔剂包括氟铝酸钾、氢化钛和铝粉且质量比为8~12:1:2~4，所述金属粉末占粉末精炼剂总质量的75~85%。
所述金属粉末的粒度≤100目且纯度≥99%，所述助熔剂中的铝粉粒度≤200目且氢化钛粒度≤300目。
所述A步骤中，在熔炼前或在熔炼时，加入钛剂的同时还加入金属锰或中间合金的锰剂；所述易熔的熔炼添加剂包括金属镁、锌和/或中间合金；所述原铝液的温度不低于830℃。
所述铝硅系合金为硅、铁成分含量高的铝硅系合金，其中A步骤是向经预热或熔炼结束后的节能熔炼炉中加入原铝液，同时在节能熔炼炉加料包内加入钛剂、锰剂；在原铝液进了一半后开始升温至熔体温度＞800℃，然后加入铁和/或铜合金并电磁搅拌均匀；加入剩余的铝液，加入金属硅或中间合金，然后维持铝液温度在720~750℃并开启电磁搅拌；搅拌结束后加入金属镁、锌和/或中间合金并再次开启电磁搅拌均匀，最后将铝液进入精炼步骤。
所述加入铁和/或铜合金并搅拌25~35min，加入金属硅或中间合金后在720~750℃条件下电磁搅拌20 ~ 30min，加入金属镁、锌和/或中间合金后电磁搅拌10 ~ 20min。
所述C步骤是将精练后的铝熔体静置20 ~ 30min，然后铸造成锭。
所述铝硅系合金为铁、铜成分含量低的铝硅系合金，其中A步骤是在熔炼前，向经预热或熔炼结束后的节能熔炼炉中加入钛剂于加料包内，同时预加总量90%的金属硅或中间合金；然后向节能熔炼炉中加入原铝液；在原铝液进了一半后再继续加入剩余铝液的同时加入剩余的金属硅或中间合金，然后开启电磁搅拌；搅拌结束后加入金属镁、锌和/或中间合金并再次开启电磁搅拌均匀，最后将铝液进入精炼步骤。
所述加入剩余的铝液、金属硅或中间合金并搅拌25~35min，加入金属镁、锌和/或中间合金后电磁搅拌10 ~ 20min。
实施例1 硅、铁成分含量较高的铝硅系合金熔炼
S100：在熔炼时，向经预热或熔炼结束后的节能熔炼炉中加入原铝液，并尽量缩短进料时间以保持原铝液的高温热，加入原铝液的同时在节能熔炼炉的加料包内加入难熔且量小的钛剂、锰剂等；在原铝液进了一半后，升温至熔体温度＞800℃，然后加入难熔的铁和/或铜合金并电磁搅拌30min以确保成分均匀并熔解充分；加入剩余的铝液，加入金属硅或中间合金，然后维持铝液温度在720~750℃并开启电磁搅拌20 ~ 30min以加速金属硅的熔解；搅拌结束后加入易熔的金属镁、锌和/或中间合金等物料，再次开启电磁搅拌10 ~20min使成分均匀。
S200：向节能熔炼炉的铝液中加入铝熔体重量0.05 ~ 0.1%的粉末精炼剂并通入氮气，经除渣、除气，获得纯洁度较高的铝熔体。
S300：取样分析并调整成分，然后将精练的铝熔体静置20min，然后铸造成锭，得到铝硅系合金。
上述铝熔体用添加剂包括金属粉末和助熔剂，金属粉末占添加剂总质量的75；其中金属粉末为钛、铜、锰、铁中的一种或任意组合，金属粉末的粒度≤100目且纯度≥99%；其中助熔剂包括氟铝酸钾、氢化钛和铝粉且质量比为8:1:4，助熔剂中的铝粉粒度≤200目且氢化钛粒度≤300目。
上述的熔炼时间相比传统熔炼工艺缩短工序节拍约1h。
实施例2 铁、铜成分含量较低的铝硅系合金熔炼
S100：在熔炼前，向经预热或熔炼结束后的节能熔炼炉加料包内加入难熔且量小的钛剂、锰剂等，同时预加总量90%的金属硅或中间合金，利用节能熔炼炉内的热量余热预热金属硅或中间合金；然后向节能熔炼炉中加入原铝液，利用高达840℃的原铝液熔解钛剂等难熔成分，且原铝液的冲击力带动钛剂等扩散和熔解；在原铝液进了一半后，再继续加入剩余铝液的同时加入剩余的金属硅或中间合金，然后开启电磁搅拌25 ~ 35min，加速金属硅的熔解，待原铝液进完后，金属硅已基本熔解；搅拌结束后加入易熔的金属镁、锌和/或中间合金等物料，再次开启电磁搅拌10 ~ 20min。
S200：向节能熔炼炉的铝液中加入铝熔体重量0.05 ~ 0.1%的精炼剂并通入氮气，经除渣、除气，获得纯洁度较高的铝熔体。
S300：取样分析并调整成分，然后将精练的铝熔体静置30min，然后铸造成锭，得到铝硅系合金。
上述铝熔体用添加剂包括金属粉末和助熔剂，金属粉末占粉末精炼剂总质量的85%；其中金属粉末为钛、铜、锰、铁中的一种或任意组合，金属粉末的粒度≤100目且纯度≥99%；其中助熔剂包括氟铝酸钾、氢化钛和铝粉且质量比为12:1:2，助熔剂中的铝粉粒度≤200目且氢化钛粒度≤300目。
上述的熔炼时间相比传统熔炼工艺缩短工序节拍约0.5 ~ 1h，熔炼的铝硅系合金经检测各项指标与传统熔炼工艺相比明显提升：天然气单耗为5.85m3/t，降低能耗12%；熔炼时间缩短0.5~1h，提高生产效率20%；金属损耗不高于7kg/t，金属硅收率不低于98.4%，金属镁收率不低于97.5%，钛剂用量不高于1.50kg/t，金属损耗降低15%；铝硅合金针孔一级品率达到99%，晶粒度一级品率达90%，产品金相图见附图1所示。

Claims (9)

1.一种铝硅系合金的高效节能熔炼方法，其特征在于包括熔炼、精炼、静置步骤，具体步骤如下：
A、熔炼：在熔炼前，向经预热或熔炼结束后的节能熔炼炉中加入钛剂于加料包内，同时预加总量90%的金属硅或中间合金；或者在熔炼时，向经预热或熔炼结束后的节能熔炼炉中加入原铝液，同时在加料包内加入钛剂；在原铝液进了一半后，加入金属硅或中间合金，维持铝液温度在720~750℃且开启电磁搅拌；搅拌结束后加入易熔的熔炼添加剂并搅拌均匀；
B、精炼：向节能熔炼炉的铝液中加入铝熔体重量0.05~0.1%的粉末精炼剂并通入氮气，经除渣、除气，获得纯洁度较高的铝熔体；
C、静置：将精练后的铝熔体静置，然后铸造成锭，得到铝硅系合金。
2.根据权利要求1所述铝硅系合金的高效节能熔炼方法，其特征在于所述节能熔炼炉包括一体浇注成型的炉衬、弧面结构的炉顶、加大的炉门、烟气余热循环系统，所述烟气余热循环系统用于收集熔炼及精练的烟气余热以加热助燃空气。
3.根据权利要求1或2所述铝硅系合金的高效节能熔炼方法，其特征在于所述A步骤中的铝熔体用添加剂包括金属粉末和助熔剂，所述金属粉末包括钛、铜、锰、铁中的一种或任意组合，所述助熔剂包括氟铝酸钾、氢化钛和铝粉且质量比为8~12:1:2~4，所述金属粉末占粉末精炼剂总质量的75~85%。
4.根据权利要求3所述铝硅系合金的高效节能熔炼方法，其特征在于所述金属粉末的粒度≤100目且纯度≥99%，所述助熔剂中的铝粉粒度≤200目且氢化钛粒度≤300目。
5.根据权利要求3所述铝硅系合金的高效节能熔炼方法，其特征在于所述A步骤中，在熔炼前或在熔炼时，加入钛剂的同时还加入金属锰或中间合金的锰剂；所述易熔的熔炼添加剂包括金属镁、锌和/或中间合金；所述原铝液的温度不低于830℃。
6.根据权利要求5所述铝硅系合金的高效节能熔炼方法，其特征在于所述铝硅系合金为硅6.5~12%含量的铝硅系合金，其中A步骤是向经预热或熔炼结束后的节能熔炼炉中加入原铝液，同时在节能熔炼炉加料包内加入钛剂、锰剂；搅拌结束后加入金属硅或中间合金，然后维持铝液温度在720~750℃并开启电磁搅拌；搅拌结束后加入金属镁、锌和/或中间合金并再次开启电磁搅拌均匀，最后将铝液进入精炼步骤。
7.根据权利要求6所述铝硅系合金的高效节能熔炼方法，其特征在于所述加入铁和/或铜添加剂或中间合金并搅拌25~35min，加入金属硅或中间合金后在720~750℃条件下电磁搅拌20 ~ 30min，加入金属镁、锌和/或中间合金后电磁搅拌10 ~ 20min。
8.根据权利要求5所述铝硅系合金的高效节能熔炼方法，其特征在于所述铝硅系合金为铁、铜成分含量低的铝硅系合金，其中A步骤是在熔炼前，向经预热或熔炼结束后的节能熔炼炉中加入钛剂于加料包内，同时预加总量90%的金属硅或中间合金；然后向节能熔炼炉中加入原铝液；在原铝液进了一半后再继续加入剩余铝液的同时加入剩余的金属硅或中间合金，然后开启电磁搅拌；搅拌结束后加入金属镁、锌和/或中间合金并再次开启电磁搅拌均匀，最后将铝液进入精炼步骤。
9.根据权利要求8所述铝硅系合金的高效节能熔炼方法，其特征在于所述加入剩余的铝液、金属硅或中间合金并搅拌25~35min，加入金属镁、锌和/或中间合金后电磁搅拌10 ~20min。
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