CN112941348A

CN112941348A - 低氢含量铝合金锭的熔炼方法及真空感应炉

Info

Publication number: CN112941348A
Application number: CN202110120526.3A
Authority: CN
Inventors: 李胜; 王业双
Original assignee: Nasiway Technology Suzhou Co Ltd
Current assignee: Nasiway Technology Suzhou Co Ltd
Priority date: 2021-01-28
Filing date: 2021-01-28
Publication date: 2021-06-11

Abstract

本发明揭示了一种低氢含量铝合金锭的熔炼方法，包括：步骤1：原料处理，对用于制备铝合金锭的各原料表面进行清理，并使各原料的含水量不高于0.1％；步骤2：装炉，将处理后的原料置于真空感应炉的坩埚中，抽真空，使真空感应炉内的绝对真空度为0.1～100Pa；步骤3：烘料，将坩埚的温度升温至120～200℃，保温5～10min，并持续抽真空以维持真空感应炉内的真空度；步骤4：充气，停止抽真空，并向真空感应炉内充入保护气体，使得真空感应炉内的绝对真空度为60～80kPa；步骤5：熔炼；步骤6：浇铸。本发明提供的低氢含量铝合金锭的熔炼方法，通过熔炼前对原料的处理，并且避免了熔炼过程中和空气接触带来的增氢氧化等反应，得到的铝合金锭的品质得到大幅度提升。

Description

低氢含量铝合金锭的熔炼方法及真空感应炉

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种低氢含量铝合金锭的熔炼方法及真空感应炉。

背景技术

铝合金具有密度小、比強度高、易成形等优点，广泛应用于航空航天，交通运输，机械等领域。铝合金熔体中的气体主要是氢气，约占80-90％，当氢气压力大于表面张力和液体静压力时就形成气泡，进而导致铸件中产生针孔。另外，研究表明，氧化物夹杂含量高的铝合金熔体必然导致氢的含量高。因此，铝合金熔体中氢气的含量是铸件冶金质量和性能的表现，控制好氢气含量是提高铝合金铸件质量的有效手段。

现有技术中，一般采用先熔化后精炼净化的方法生产，大多数企业的铝液的净化采用惰性气体旋转除气然后打渣，该方法除气效果可以满足中低端产品的要求(0.2mL/100g)，但同时带来了氧化物夹杂不可控的问题。对要求较高的铝液，通过六氯乙烷进行处理，但六氯乙烷有毒，而且该方法得到的铝液氢含量只能达到中端件的要求(0.1mL/100g)。而真空除气法虽然除气效果明显，但由于除杂效果差以及设备技术不成熟，一直没有得到推广应用。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种低氢含量铝合金锭的熔炼方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低氢含量铝合金锭的熔炼方法及真空感应炉，以解决现有技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种低氢含量铝合金锭的熔炼方法，包括以下步骤：

步骤1：原料处理，对用于制备铝合金锭的各原料表面进行清理，并使各原料的含水量不高于0.1％；

步骤2：装炉，将处理后的原料置于真空感应炉的坩埚中，抽真空，使真空感应炉内的绝对真空度为0.1～100Pa；

步骤3：烘料，将坩埚的温度升温至120～200℃，保温5～10min，并持续抽真空以维持真空感应炉内的真空度；

步骤4：充气，停止抽真空，并向真空感应炉内充入保护气体，使得真空感应炉内的绝对真空度为60～80kPa；

步骤5：熔炼，将坩埚升温至熔炼温度使原料熔化成合金液，保温20～40min，并对合金液进行搅拌；

步骤6：浇铸，将合金液静置3～5min后，抽样检测，检测合格后降温至浇铸温度，并在感应炉内进行浇铸，即得到低氢含量的铝合金锭。

进一步地，所述铝合金锭的原料包括铝钛合金、工业纯铝、工业纯硅和工业纯镁。

进一步地，所述步骤5中的熔炼温度为800℃。

进一步地，所述步骤6中的浇铸温度为720℃。

进一步地，所述步骤4中充入的保护气体的纯度不低于99.99％。

进一步地，所述保护气体为氮气、氩气或氦气。

一种熔炼低氢含量铝合金锭的真空感应炉，包括：

炉体，具有相互连通的熔炼室和冷却室，所述熔炼室和冷却室之间设有用于开关所述冷却室的冷却阀门；

坩埚，设于所述炉体的熔炼室内，所述坩埚上设有浇注口，所述浇注口上设有用于开关所述浇注口的浇注阀门；

感应线圈，设于所述炉体的熔炼室内并用于加热所述坩埚；

真空机组，与所述炉体连通并可用于对所述炉体抽真空；

可移动的锭模，设于炉体内，所述锭模用于承接从所述坩埚的浇注口流出的合金液，并且所述锭模能够在所述熔炼室和冷却室内移动。

进一步地，所述坩埚架设于所述熔炼室内，所述浇注口设于所述坩埚的底部。

进一步地，所述炉体内还设有搅拌器，所述搅拌器的搅拌头设于所述坩埚内并可用于搅拌所述坩埚内的合金液。

进一步地，所述炉体上还设有真空取样机构和感应电源，所述真空取样机构用于对所述坩埚内的合金液进行取样检测，所述感应电源用于给所述感应线圈供电。

本发明有益效果：

与现有技术相比，本发明提供的低氢含量铝合金锭的熔炼方法，通过熔炼前对原料的处理，并且避免了熔炼过程中和空气接触带来的增氢氧化等反应，进而避免了现有工艺中的精炼除气等工艺环节，而且最后得到的铝合金锭的品质得到大幅度提升。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施方式中真空感应炉的结构示意图。

附图标记说明：1、炉体；11、熔炼室；12、冷却室；13、冷却阀门；2、坩埚；21、浇注口；22、浇注阀门；3、感应线圈；4、真空机组；5、锭模；6、搅拌器；61、搅拌头；7、真空取样机构；8、感应电源。

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步介绍和说明。

需要说明的是，以下的说明中，表示量的“％”和“份”只要无特别说明，则为重量基准。除非另外指明，否则本说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、数量和物理特性的所有数字均应该理解为在所有情况下均是由术语“约”来修饰的。因此，除非有相反的说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，本领域的技术人员能够利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，适当改变这些近似值。用端点表示的数值范围的使用包括该范围内的所有数字以及该范围内的任何范围，例如，1至5包括1、1.2、1.4、1.55、2、2.75、3、3.80、4和5等等。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素；术语“优选”指的是较优的选择方案，但不只限于所选方案。

本发明提供了一种低氢含量铝合金锭的熔炼方法，包括以下步骤：

其中，步骤4中的充入的保护气体的纯度不低于99.99％，保护气体优选为氮气、氩气和氦气中的一种。

请参照图1所示，本发明还提供了一种熔炼低氢含量铝合金锭的真空感应炉，该真空感应炉可用于实现前述低氢含量铝合金锭的熔炼方法，其包括：炉体1、坩埚2、感应线圈3、真空机组4和可移动的锭模5。

其中，炉体1具有相互连通的熔炼室11和冷却室12，所述熔炼室11和冷却室12之间设有用于开关冷却室12的冷却阀。坩埚2设于炉体1的熔炼室11内，所述坩埚2上设有浇注口21，该浇注口21上设有用于开关浇注口21的浇注阀门22。感应线圈3设于炉体1的熔炼室11内并用于加热所述坩埚2。真空机组4与炉体1连通并可用于对炉体1抽真空。可移动的锭模5设于炉体1内，该锭模5用于承接从坩埚2的浇注口21流出的合金液，并且该锭模5能够在所述熔炼室11和冷却室12内移动。

具体地，坩埚2被架设于炉体1的熔炼室11内，以使得坩埚2相对于炉体1的底部悬空设置。浇注口21则设于坩埚2的底部，使得锭模5能够移动至浇注口21的下方，用以承接从坩埚2的浇注口21流出的合金液。

具体地，炉体1内还设有搅拌器6，该搅拌器6的搅拌头61设于坩埚2内并可用于搅拌坩埚2内的合金液，通过搅拌头61的搅拌能够使坩埚2内的合金液混匀。

具体地，炉体1上还设有真空取样机构7和感应电源8，真空取样机构7用于对坩埚2内的合金液进行取样检测，以测试合金液的合金成分、氢含量和夹杂含量；感应电源8用于给所述感应线圈3供电，从而实现对坩埚2的感应加热。

实施例1

称取铝合金锭的各原料(铝钛合金70质量份、工业纯铝922质量份、工业纯硅4质量份、工业纯镁4质量份)，先对各原料的表面进行清洁处理，再烘干各原料使各原料的含水量低于0.1％。

将处理后的各原料置于真空感应炉的坩埚2中，打开冷却阀门13，通过真空机组4对炉体1进行抽真空，使得真空感应炉炉体1内的绝对真空度达到0.1Pa。

通过感应电源8给电，感应线圈3对坩埚2加热，使坩埚2的温度升至120℃，保温10min，以对坩埚2内的原料进行烘烤，在烘料的同时保持真空机组4持续对炉体1进行抽真空，以将炉体1内的绝对真空度维持在0.1Pa。

烘料完成后，停止抽真空，并向真空感应炉内充入纯度为99.99％的高纯氮气，并使得真空感应炉炉体1内的绝对真空度达到60kPa。

关闭冷却阀门13并将坩埚2升温至800℃，以将坩埚2内的原料熔炼成合金液，保温30min后，启动搅拌器6对合金液进行搅拌混匀，搅拌时间为2min。

完成搅拌后，将合金液静置5min，通过真空取样机构7对合金液进行抽样检测，检测合格后感应电源8停止供电，待合金液降温至720℃，打开浇注阀门22，使坩埚2内的合金液从浇注口21浇入到锭模5中；完成浇注后，打开冷却阀门13，将锭模5移入冷却室12后，再关闭冷却阀门13对锭模5进行冷却，冷却后即制得低氢含量铝合金锭。

实施例2

将处理后的各原料置于真空感应炉的坩埚2中，打开冷却阀门13，通过真空机组4对炉体1进行抽真空，使得真空感应炉炉体1内的绝对真空度达到100Pa。

通过感应电源8给电，感应线圈3对坩埚2加热，使坩埚2的温度升至150℃，保温8min，以对坩埚2内的原料进行烘烤，在烘料的同时保持真空机组4持续对炉体1进行抽真空，以将炉体1内的绝对真空度维持在100Pa。

烘料完成后，停止抽真空，并向真空感应炉内充入纯度为99.99％的高纯氮气，并使得真空感应炉炉体1内的绝对真空度达到80kPa。

对比例1

将处理后的各原料置于真空感应炉的坩埚2中，打开冷却阀门13，通过真空机组4对炉体1进行抽真空，使得真空感应炉炉体1内的绝对真空度达到1000Pa。

通过感应电源8给电，感应线圈3对坩埚2加热，使坩埚2的温度升至120℃，保温10min，以对坩埚2内的原料进行烘烤，在烘料的同时保持真空机组4持续对炉体1进行抽真空，以将炉体1内的绝对真空度维持在1000Pa。

烘料完成后，停止抽真空，并向真空感应炉内充入纯度为99.99％的高纯氮气，并使得真空感应炉炉体1内的绝对真空度达到90kPa。

对实施例1、实施例2和对比例1制得的铝合金锭进行成分测试，测试结果如下表：

成分	Si(％)	Mg(％)	H(mL/100g)	夹杂(ppm)
					实施例1	7	0.38	0.040	5
实施例2	6.9	0.4	0.043	5
					对比例1	6.9	0.33	0.055	7

根据上表结合实施例和对比例可知，通过本发明提供的低氢含量铝合金锭的熔炼方法所制得的铝合金锭，镁元素的烧损较少，氢含量能够控制在0.04mL/100g左右，且夹杂只有5ppm，完全满足高端产品的铝合金锭要求；当在装炉和烘料步骤中真空感应炉中的真空度降低到1000Pa时，镁元素烧的损略大，氢含量和夹杂含量增高。由此可见，在装炉和烘料步骤中真空感应炉中的真空度对铝合金锭的品质有较大影响。

综上所述，本发明提供的低氢含量铝合金锭的熔炼方法，通过熔炼前对原料的处理，并且避免了熔炼过程中和空气接触带来的增氢氧化等反应，进而避免了现有工艺中的精炼除气等工艺环节，而且最后得到的铝合金锭的品质得到大幅度提升。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种低氢含量铝合金锭的熔炼方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的低氢含量铝合金锭的熔炼方法，其特征在于，所述铝合金锭的原料包括铝钛合金、工业纯铝、工业纯硅和工业纯镁。

3.根据权利要求2所述的低氢含量铝合金锭的熔炼方法，其特征在于，所述步骤5中的熔炼温度为800℃。

4.根据权利要求3所述的低氢含量铝合金锭的熔炼方法，其特征在于，所述步骤6中的浇铸温度为720℃。

5.根据权利要求1所述的低氢含量铝合金锭的熔炼方法，其特征在于，所述步骤4中充入的保护气体的纯度不低于99.99％。

6.根据权利要求5所述的低氢含量铝合金锭的熔炼方法，其特征在于，所述保护气体为氮气、氩气或氦气。

7.一种熔炼低氢含量铝合金锭的真空感应炉，其特征在于，包括：

感应线圈，设于所述炉体的熔炼室内并用于加热所述坩埚；

真空机组，与所述炉体连通并可用于对所述炉体抽真空；

8.根据权利要求7所述的熔炼低氢含量铝合金锭的真空感应炉，其特征在于，所述坩埚架设于所述熔炼室内，所述浇注口设于所述坩埚的底部。

9.根据权利要求8所述的熔炼低氢含量铝合金锭的真空感应炉，其特征在于，所述炉体内还设有搅拌器，所述搅拌器的搅拌头设于所述坩埚内并可用于搅拌所述坩埚内的合金液。

10.根据权利要求9所述的熔炼低氢含量铝合金锭的真空感应炉，其特征在于，所述炉体上还设有真空取样机构和感应电源，所述真空取样机构用于对所述坩埚内的合金液进行取样检测，所述感应电源用于给所述感应线圈供电。