CN114273626B - 一种zl205a铝合金圆铸锭生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种ZL205A铝合金圆铸锭生产方法,其依次包括有如下步骤:(1)竖井铸造起步阶段;(2)竖井铸造第二阶段;(3)竖井铸造第三阶段。有益效果:本发明生产出的铝合金,其强度高,致密性好,质量好;有效提高硼元素实收率,降低偏析沉淀,使ZL205A铝合金圆铸锭中B含量达到成分要求;解决竖井铸造起步容易拉漏的问题;提高了铸锭成分均匀性,有效的提高了ZL205A铝合金圆铸锭的品质。
Description
技术领域:
本发明专利涉及一种铝合金圆铸锭的生产方法,具体涉及一种ZL205A铝合金圆铸锭生产方法。
背景技术:
ZL205A铝合金是由我国的刘伯操院士于20世纪60年代至70年代主持发明的一种铸造铝合金,并于20世纪80年代列入航标和国标。该合金具有强度高(T6状态的抗拉强度达到510MPa)、塑性好、硬度高、机械加工性优良等优点,也具有铸造性能差、易产生偏析、缩松和裂纹等铸造缺陷的缺点。
随着高性能飞行器的发展,以及世界各国对能源需求的日益扩大,高强度和高刚度材料是设计者和材料科技工作者追求的重要指标。对于航空、航天产品而言,结构部件减重是飞机、导弹等产品性能提升的重要因素。目前,世界各国研究的轻量化材料主要有:铝合金、镁合金、锂合金和钛合金等。由于铝的资源丰富,并且高强铝合金具有密度低、强度高、加工性能及焊接性能良好等特点,被广泛应用于航空、航天及其民用领域。铸造铝合金是航空产品主要结构材料之一,适用于铸造生产形状复杂、强度要求高的零件。轻量化是近年来铸造铝合金发展的主要推动力,以ZL205A铝合金为代表的高强度铸造铝合金实现了以铸代锻和以铝代钢的目的,大大降低零件的质量、节约能源、降低成本和减少环境污染。随着铸造技术、设备、工艺的不断发展,高强度铸造铝合金在航空、航天及重要民品上必将获得更广泛的应用。
现有的竖井铸造方式是铝合金熔体经过导流槽流到分流盘上,然后从出料孔流到引锭头上,在冷却水的冷却下,形成圆铸锭;采用上述方式存在以下问题:1、竖井铸造ZL205A铝合金圆铸锭时,引锭头以一定的速度下降,冷却水的用量固定,因此ZL205A铝合金圆铸锭起步成型困难,同时由于ZL205A铝合金圆铸锭的Cu含量较高使熔体在凝固末期阶段存在较大的热裂倾向,使凝固壳层的强度不足,进而造成铸造起步出现拉漏现象,导致ZL205A铝合金圆铸锭成品率差;2、目前熔炼铝合金熔体时,通过在熔炼炉出料口处设置喂丝机向熔炼后的铝合金熔体喂AlB5合金丝来实现添加B元素,但是由于喂丝机喂丝的位置比较靠近熔炼炉,进而导致AlB5合金丝添加到铝合金熔体中的温度过高,进而极易出现硼实收率低的问题,一般铸造出的ZL205A铝合金的硼含量低于100ppm,且容易偏析沉淀;同时使得竖井铸造出的ZL205A铝合金的成分均匀性较差;进而导致ZL205A铝合金产品的质量差,使用价值低。
发明内容:
本发明的目的在于提供一种提高产品质量的ZL205A铝合金圆铸锭生产方法。
本发明的目的由如下技术方案实施:一种ZL205A铝合金圆铸锭生产方法,其依次包括有如下步骤:
(1)竖井铸造起步阶段:铝合金熔体由密闭导流槽输送至竖井铸造机中的分流盘上,所述分流盘上的铝合金熔体通过出料孔流到下方的引锭头上,所述引锭头以40mm/min的速度下降,直至所述引锭头上引出4-7mm的铝合金圆铸锭,在此期间向所述出料孔的下方喷淋冷却水,所述冷却水的进水温度为20-30℃,所述冷却水的用量为20-24T/H;
(2)竖井铸造第二阶段:完成步骤(1)之后,所述引锭头再以80mm/min的速度下降,直至在步骤(1)中的铝合金圆铸锭上方形成38-42mm的铝合金圆铸锭,在此期间所述冷却水的用量为28-32T/H;
(3)竖井铸造第三阶段:完成步骤(2)之后,所述引锭头再以100mm/min的速度下降,直至铸造完成铝合金圆铸锭产品,在此期间所述冷却水的用量为28-32T/H,得到长度为2800mm的铝合金圆铸锭产品。
进一步的,在步骤(1)之前还包括以下步骤:对导流槽和分流盘进行预热,使导流槽和分流盘的盘面温度达到150℃-200℃。
进一步的,在步骤(1)中距离所述分流盘0.5m-1m处的所述导流槽侧设置双线喂丝机以600-800mm/min的速度将AlB5合金丝不断投加至温度为660℃-690℃的所述铝合金熔体中。
进一步的,在所述双线喂丝机与所述竖井铸造机之间的所述导流槽的上方设置有电磁能设备,使铝合金圆铸锭同一锯切面成分均匀,降低偏析。
进一步的,所述铝合金熔体按照质量百分比计包括以下元素:Si:<0.05%、Fe:<0.10%、Cu:4.6-5.3%、Mn:0.30-0.50%、Mg:<0.05%、Zn:<0.10%、Ti:0.15-0.25%、Cd:0.15-0.25%、V:0.05-0.30%、Zr:0.05-0.20%、B:0.01-0.06%。
进一步的,制备所述铝合金熔体的方法,具体包括以下步骤:
S1:原材料准备及熔炼:将铝锭与纯铜投入熔铝炉内熔炼,控制熔炼炉内铝合金熔体温度在760-770℃,熔炼120min-150min;
S2:铝合金熔体成分分析:将步骤S1中熔炼好的铝合金熔体搅拌均匀后进行取样分析,检测铝合金熔体中Cu元素及杂质元素含量;
S3:合金化处理:根据步骤S2的检测结果,Cu元素含量达到铝合金熔体质量的4.6%-5.3%后,向熔炼炉中加入75%Mn剂、75%Ti剂、AlV5中间合金、AlZr5中间合金;并搅拌10-20分钟,使铝合金熔体成分充分均匀;
S4:第一次精炼扒渣:完成步骤S3后,在铝合金熔体温度达到750-760℃时对熔炼炉内的熔体进行第一次净化处理,接着静置8-12分钟后,打开熔炼炉的扒渣门进行扒渣,将浮在铝合金熔体表面上的铝渣清理干净;
S5:加镉:完成步骤S4后,熔炼炉内的铝合金熔体温度控制在750-760℃时加入纯镉,然后熔炼炉内的铝合金熔体静置25-35min;
S6:第二次精炼扒渣:完成步骤S5后,在铝合金熔体温度达到750-760℃时对熔炼炉内的熔体进行第二次净化处理;接着静置8-12分钟后,打开熔炼炉的扒渣门进行扒渣,将浮在铝合金熔体表面上的铝渣清理干净,然后铝合金熔体在熔炼炉内静置30-40分钟,得到所述铝合金熔体。
进一步的,步骤S1中的所述铝锭的纯度大于99.85%,所述纯铜的纯度大于99.5%;步骤S5中的所述纯镉的纯度大于99.90%。
进一步的,所述步骤S4中的所述第一次净化处理具体包括:用氩气作为载体,将精炼剂通过精炼管吹入熔炼炉内的熔体中进行精炼,其中所述精炼剂用量为所述铝合金熔体质量的1-3‰,所述精炼管距离所述熔炼炉的炉底10-15cm;精炼时间控制在15-20min,氩气压力控制在100-200KPa。
进一步的,所述步骤S6中的所述第二次净化处理具体包括:将氩气通过精炼管送入到熔炼炉内的熔体中进行精炼,所述精炼管距离所述熔炼炉的炉底10-15cm,精炼时间控制在10-15min,氩气压力控制在100-200KPa。
进一步的,在步骤S6之后还包括以下步骤:对静置后的铝合金熔体进行取样分析,当铝合金熔体中的元素含量发生偏离时,及时进行调整,保证铝合金熔体中的各元素含量达到要求。
本发明的优点:本发明提供了一种ZL205A铝合金圆铸锭生产方法,将竖井铸造分为三个阶段,起步阶段通过控制引锭头的下降速度,以及冷却水的进水温度和进水量,进而在引锭头上形成5mm的铝合金圆铸锭,起步成型快速,成型效果好;然后第二阶段和第三阶段再次控制引锭头的下降速度,以及冷却水的进水温度和进水量,进而形成完整的ZL205A铝合金圆铸锭,成型效果好,不在出现拉漏的现象。
通过双线喂丝机将AlB5合金丝不断投加至输送的铝合金熔体中,控制AlB5合金丝的添加位置和添加温度,有效提高硼元素实收率,降低偏析沉淀,使ZL205A铝合金圆铸锭中B含量达到成分要求;
通过在铸造过程使用电磁能设备,提高了铸锭成分均匀性,有效的提高了ZL205A铝合金圆铸锭的品质。
附图说明:
图1为本发明实施例1制备的铝合金圆铸锭的实物照片。
图2为对比例2制备的铝合金圆铸锭的实物照片。
图3为本发明实施例1制备的铝合金圆铸锭的金相照片,(a)为50倍,(b)为200倍,(c)为500倍。
图4为对比例3制备的铝合金圆铸锭的金相照片,(a)为50倍,(b)为200倍,(c)为500倍。
图5为本发明竖井铸造的结构图。
熔炼炉1,导流槽2,双线喂丝机3,电磁能设备4,竖井铸造机5,分流盘51,出料孔511,引锭头52。
具体实施方式:
下面将通过实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1:一种ZL205A铝合金圆铸锭生产方法,其依次包括有如下步骤:
S1:原材料准备及熔炼:将1900kg纯度大于99.85%的铝锭与100kg纯度大于99.5%的纯铜投入熔铝炉内熔炼,控制熔炼炉1内铝合金熔体温度在760-770℃,熔炼135min。
S2:铝合金熔体成分分析:将步骤S1中熔炼好的2000kg铝合金熔体搅拌均匀后进行取样分析,检测铝合金熔体中Cu元素及杂质元素含量。
S3:合金化处理:根据步骤S2的检测结果,Cu元素含量达到铝合金熔体质量的5%后,向熔炼炉1中加入11kg的75%Mn剂、5.5kg的75%Ti剂、40kg的AlV5中间合金、40kg的AlZr5中间合金;并搅拌15分钟,使铝合金熔体成分充分均匀。
S4:第一次精炼扒渣:完成步骤S3后,在铝合金熔体温度达到750-760℃时对熔炼炉1内的熔体进行第一次净化处理,接着静置12分钟后,打开熔炼炉1的扒渣门进行扒渣,将浮在铝合金熔体表面上的铝渣清理干净;第一次净化处理具体包括:用氩气作为载体,将精炼剂通过精炼管吹入熔炼炉1内的熔体中进行精炼,达到铝合金熔体除气、除杂等净化处理的目的,其中精炼剂用量为4kg,精炼管距离熔炼炉1的炉底13cm;精炼时间控制在17min,氩气压力控制在100-200KPa。
S5:加镉:完成步骤S4后,熔炼炉1内的铝合金熔体温度控制在750-760℃时加入5kg纯度大于99.90%的纯镉,然后熔炼炉1内的铝合金熔体静置30min。
S6:第二次精炼扒渣:完成步骤S5后,在铝合金熔体温度达到750-760℃时对熔炼炉1内的熔体进行第二次净化处理;接着静置10分钟后,打开熔炼炉1的扒渣门进行扒渣,将浮在铝合金熔体表面上的铝渣清理干净,然后铝合金熔体在熔炼炉1内静置35分钟;第二次净化处理具体包括:将氩气通过精炼管送入到熔炼炉1内的熔体中进行精炼,第二次精炼目的是除气,只通入氩气是为了防止第二次精炼过程吸气,导致成品疏松,精炼管距离熔炼炉1的炉底13cm,这个值可以保证铝合金熔体得到充分精炼,且吸气少,精炼时间控制在17min,氩气压力控制在100-200KPa。
对静置后的铝合金熔体进行取样分析,铝合金熔体中的各元素含量(按质量百分比计)分别是:Si:0.04%、Fe:0.09%、Cu:4.9%、Mn:0.41%、Mg:0.03%、Zn:0.08%、Ti:0.21%、Cd:0.20%、V:0.10%、Zr:0.10%。
在距离分流盘510.7m处的导流槽2侧设置双线喂丝机3以700mm/min的速度将AlB5合金丝不断投加至温度为660℃-690℃的铝合金熔体中,温度过低AlB5合金丝不易熔化,温度过高AlB5合金丝容易被烧损,有效提高硼元素实收率,降低偏析沉淀,使ZL205A铝合金圆铸锭中B含量达到成分要求,即铝合金熔体中B含量达到0.03%;在双线喂丝机3与竖井铸造机5之间的导流槽2上方设置有电磁能设备4,电磁能设备4为专利CN108273972A公开的电磁能晶粒细化的装置;设定电磁能设备4的磁极与铝合金熔体的液面距离10mm,占空比为20%,磁极表面磁感应强度2T,电磁能发生频率为40Hz,电流为100A,磁场波形为矩形波,中空水冷铜线圈中冷却水的通入量为1L/s,对铝合金熔体进行电磁能处理,使铝合金圆铸锭同一锯切面成分均匀,降低偏析,经过电磁细化的铝合金熔体送至竖井铸造机5。
竖井铸造机5采用3T外导式钢丝绳竖井铸造机5,进行铸造前,先对导流槽2和分流盘51进行预热,使导流槽2和分流盘51的盘面温度达到150℃-200℃,然后进行竖井铸造,如图5所示,竖井铸造具体包括以下步骤:
(1)竖井铸造起步阶段:铝合金熔体由密闭导流槽2输送至竖井铸造机5中的分流盘51上,分流盘51上温度为660-690℃的铝合金熔体通过出料孔511流到下方的引锭头52上,引锭头52以40mm/min的速度下降,直至引锭头52上引出5mm的铝合金圆铸锭,在此期间向出料孔511的下方喷淋冷却水,冷却水的进水温度为20-30℃,冷却水的用量为20-24T/H;分流盘51表面上的铝合金熔体温度过高会出现拉漏的问题,进而通过控制熔炼炉1中铝合金熔体的温度,使得分流盘51上的铝合金熔体温度控制在660-690℃。
(2)竖井铸造第二阶段:完成步骤(1)之后,引锭头52再以80mm/min的速度下降,直至在步骤(1)中5mm的铝合金圆铸锭上方形成40mm的铝合金圆铸锭,在此期间冷却水的用量为28-32T/H。
(3)竖井铸造第三阶段:完成步骤(2)之后,引锭头52再以100mm/min的速度下降,直至铸造完成2800mm的铝合金圆铸锭产品,详见图1,在此期间冷却水的用量为28-32T/H。
实施例2:一种ZL205A铝合金圆铸锭生产方法,其依次包括有如下步骤:
S1:原材料准备及熔炼:将1905kg纯度大于99.85%的铝锭与95kg纯度大于99.5%的纯铜投入熔铝炉内熔炼,控制熔炼炉1内铝合金熔体温度在660℃-690℃,熔炼150min。
S2:铝合金熔体成分分析:将步骤S1中熔炼好的2000kg铝合金熔体搅拌均匀后进行取样分析,检测铝合金熔体中Cu元素及杂质元素含量。
S3:合金化处理:根据步骤S2的检测结果,Cu元素含量达到铝合金熔体质量的4.75%后,向熔炼炉1中加入8kg的75%Mn剂、4kg的75%Ti剂、20kg的AlV5中间合金、20kg的AlZr5中间合金;并搅拌20分钟,使铝合金熔体成分充分均匀。
S4:第一次精炼扒渣:完成步骤S3后,在铝合金熔体温度达到750-760℃时对熔炼炉1内的熔体进行第一次净化处理,接着静置12分钟后,打开熔炼炉1的扒渣门进行扒渣,将浮在铝合金熔体表面上的铝渣清理干净;第一次净化处理具体包括:用氩气作为载体,将精炼剂通过精炼管吹入熔炼炉1内的熔体中进行精炼,达到铝合金熔体除气、除杂等净化处理的目的,其中精炼剂用量为6kg,精炼管距离熔炼炉1的炉底15cm;精炼时间控制在20min,氩气压力控制在100-200KPa。
S5:加镉:完成步骤S4后,熔炼炉1内的铝合金熔体温度控制在750-760℃时加入3kg纯度大于99.90%的纯镉,然后熔炼炉1内的铝合金熔体静置35min。
S6:第二次精炼扒渣:完成步骤S5后,在铝合金熔体温度达到750-760℃时对熔炼炉1内的熔体进行第二次净化处理;接着静置12分钟后,打开熔炼炉1的扒渣门进行扒渣,将浮在铝合金熔体表面上的铝渣清理干净,然后铝合金熔体在熔炼炉1内静置40分钟;第二次净化处理具体包括:将氩气通过精炼管送入到熔炼炉1内的熔体中进行精炼,第二次精炼目的是除气,只通入氩气是为了防止第二次精炼过程吸气,导致成品疏松,精炼管距离熔炼炉1的炉底15cm,这个值可以保证铝合金熔体得到充分精炼,且吸气少,精炼时间控制在20min,氩气压力控制在100-200KPa。
对静置后的铝合金熔体进行取样分析,铝合金熔体中的各元素含量(按质量百分比计)分别是:Si:0.04%、Fe:0.09%、Cu:4.75%、Mn:0.30%、Mg:0.03%、Zn:0.08%、Ti:0.15%、Cd:0.15%、V:0.05%、Zr:0.05%。
在距离分流盘511m处的导流槽2侧设置双线喂丝机3以800mm/min的速度将AlB5合金丝不断投加至温度为660℃-690℃的铝合金熔体中,温度过低AlB5合金丝不易熔化,温度过高AlB5合金丝容易被烧损,有效提高硼元素实收率,降低偏析沉淀,使ZL205A铝合金圆铸锭中B含量达到成分要求,即铝合金熔体中B含量达到0.06%;在双线喂丝机3与竖井铸造机5之间的导流槽2上方设置有电磁能设备4,电磁能设备4为专利CN108273972A公开的电磁能晶粒细化的装置;设定电磁能设备4的磁极与铝合金熔体的液面距离10mm,占空比为20%,磁极表面磁感应强度2T,电磁能发生频率为40Hz,电流为100A,磁场波形为矩形波,中空水冷铜线圈中冷却水的通入量为1L/s,对铝合金熔体进行电磁能处理,使铝合金圆铸锭同一锯切面成分均匀,降低偏析,经过电磁细化的铝合金熔体送至竖井铸造机5。
竖井铸造机5采用3T外导式钢丝绳竖井铸造机5,进行铸造前,先对导流槽2和分流盘51进行预热,使导流槽2和分流盘51的盘面温度达到150℃-200℃,然后进行竖井铸造,如图5所示,竖井铸造具体包括以下步骤:
(1)竖井铸造起步阶段:铝合金熔体由密闭导流槽2输送至竖井铸造机5中的分流盘51上,分流盘51上温度为660-690℃的铝合金熔体通过出料孔511流到下方的引锭头52上,引锭头52以40mm/min的速度下降,直至引锭头52上引出4mm的铝合金圆铸锭,在此期间向出料孔511的下方喷淋冷却水,冷却水的进水温度为20-30℃,冷却水的用量为20-24T/H;分流盘51表面上的铝合金熔体温度过高会出现拉漏的问题,进而通过控制熔炼炉1中铝合金熔体的温度,使得分流盘51上的铝合金熔体温度控制在660-690℃。
(2)竖井铸造第二阶段:完成步骤(1)之后,引锭头52再以80mm/min的速度下降,直至在步骤(1)中4mm的铝合金圆铸锭上方形成38mm的铝合金圆铸锭,在此期间冷却水的用量为28-32T/H。
(3)竖井铸造第三阶段:完成步骤(2)之后,引锭头52再以100mm/min的速度下降,直至铸造完成2800mm的铝合金圆铸锭产品,在此期间冷却水的用量为28-32T/H。
实施例3:一种ZL205A铝合金圆铸锭生产方法,其依次包括有如下步骤:
S1:原材料准备及熔炼:将1899kg纯度大于99.85%的铝锭与101kg纯度大于99.5%的纯铜投入熔铝炉内熔炼,控制熔炼炉1内铝合金熔体温度在760-770℃,熔炼120min。
S2:铝合金熔体成分分析:将步骤S1中熔炼好的2000kg铝合金熔体搅拌均匀后进行取样分析,检测铝合金熔体中Cu元素及杂质元素含量。
S3:合金化处理:根据步骤S2的检测结果,Cu元素含量达到铝合金熔体质量的5.05%后,向熔炼炉1中加入13kg的75%Mn剂、6.7kg的75%Ti剂、120kg的AlV5中间合金、80kg的AlZr5中间合金;并搅拌10分钟,使铝合金熔体成分充分均匀。
S4:第一次精炼扒渣:完成步骤S3后,在铝合金熔体温度达到750-760℃时对熔炼炉1内的熔体进行第一次净化处理,接着静置8分钟后,打开熔炼炉1的扒渣门进行扒渣,将浮在铝合金熔体表面上的铝渣清理干净;第一次净化处理具体包括:用氩气作为载体,将精炼剂通过精炼管吹入熔炼炉1内的熔体中进行精炼,达到铝合金熔体除气、除杂等净化处理的目的,其中精炼剂用量为2kg,精炼管距离熔炼炉1的炉底10cm;精炼时间控制在15min,氩气压力控制在100-200KPa。
S5:加镉:完成步骤S4后,熔炼炉1内的铝合金熔体温度控制在750-760℃时加入3kg纯度大于99.90%的纯镉,然后熔炼炉1内的铝合金熔体静置25min。
S6:第二次精炼扒渣:完成步骤S5后,在铝合金熔体温度达到750-760℃时对熔炼炉1内的熔体进行第二次净化处理;接着静置8分钟后,打开熔炼炉1的扒渣门进行扒渣,将浮在铝合金熔体表面上的铝渣清理干净,然后铝合金熔体在熔炼炉1内静置30分钟;第二次净化处理具体包括:将氩气通过精炼管送入到熔炼炉1内的熔体中进行精炼,第二次精炼目的是除气,只通入氩气是为了防止第二次精炼过程吸气,导致成品疏松,精炼管距离熔炼炉1的炉底10cm,这个值可以保证铝合金熔体得到充分精炼,且吸气少;精炼时间控制在15min,氩气压力控制在100-200KPa。
对静置后的铝合金熔体进行取样分析,铝合金熔体中的各元素含量(按质量百分比计)分别是:Si:0.04%、Fe:0.09%、Cu:5.05%、Mn:0.50%、Mg:0.03%、Zn:0.08%、Ti:0.25%、Cd:0.25%、V:0.30%、Zr:0.20%。
在距离分流盘510.5m处的导流槽2侧设置双线喂丝机3以600mm/min的速度将AlB5合金丝不断投加至温度为660℃-690℃的铝合金熔体中,温度过低AlB5合金丝不易熔化,温度过高AlB5合金丝容易被烧损,有效提高硼元素实收率,降低偏析沉淀,使ZL205A铝合金圆铸锭中B含量达到成分要求,即铝合金熔体中B含量达到0.01%;在双线喂丝机3与竖井铸造机5之间的导流槽2上方设置有电磁能设备4,电磁能设备4为专利CN108273972A公开的电磁能晶粒细化的装置;设定电磁能设备4的磁极与铝合金熔体的液面距离10mm,占空比为20%,磁极表面磁感应强度2T,电磁能发生频率为40Hz,电流为100A,磁场波形为矩形波,中空水冷铜线圈中冷却水的通入量为1L/s,对铝合金熔体进行电磁能处理,使铝合金圆铸锭同一锯切面成分均匀,降低偏析,经过电磁细化的铝合金熔体送至竖井铸造机5。
竖井铸造机5采用3T外导式钢丝绳竖井铸造机5,进行铸造前,先对导流槽2和分流盘51进行预热,使导流槽2和分流盘51的盘面温度达到150℃-200℃,然后进行竖井铸造,如图5所示,竖井铸造具体包括以下步骤:
(1)竖井铸造起步阶段:铝合金熔体由密闭导流槽2输送至竖井铸造机5中的分流盘51上,分流盘51上温度为660-690℃的铝合金熔体通过出料孔511流到下方的引锭头52上,引锭头52以40mm/min的速度下降,直至引锭头52上引出7mm的铝合金圆铸锭,在此期间向出料孔511的下方喷淋冷却水,冷却水的进水温度为20-30℃,冷却水的用量为20-24T/H;分流盘51表面上的铝合金熔体温度过高会出现拉漏的问题,进而通过控制熔炼炉1中铝合金熔体的温度,使得分流盘51上的铝合金熔体温度控制在660-690℃。
(2)竖井铸造第二阶段:完成步骤(1)之后,引锭头52再以80mm/min的速度下降,直至在步骤(1)中7mm的铝合金圆铸锭上方形成42mm的铝合金圆铸锭,在此期间冷却水的用量为28-32T/H。
(3)竖井铸造第三阶段:完成步骤(2)之后,引锭头52再以100mm/min的速度下降,直至铸造完成2800mm的铝合金圆铸锭产品,在此期间冷却水的用量为28-32T/H。
对比例1:本方法与实施例1方法不同之处在于:竖井铸造的过程中,引锭头52以90mm/min的速度匀速下降,冷却水的进水温度为20-30℃,冷却水的用量为28-32T/H;具体包括有如下步骤:
S1:原材料准备及熔炼:将1900kg纯度大于99.85%的铝锭与100kg纯度大于99.5%的纯铜投入熔铝炉内熔炼,控制熔炼炉1内铝合金熔体温度在760-770℃,熔炼135min。
S2:铝合金熔体成分分析:将步骤S1中熔炼好的2000kg铝合金熔体搅拌均匀后进行取样分析,检测铝合金熔体中Cu元素及杂质元素含量。
S3:合金化处理:根据步骤S2的检测结果,Cu元素含量达到铝合金熔体质量的5%后,向熔炼炉1中加入11kg的75%Mn剂、5.5kg的75%Ti剂、40kg的AlV5中间合金、40kg的AlZr5中间合金;并搅拌15分钟,使铝合金熔体成分充分均匀。
S4:第一次精炼扒渣:完成步骤S3后,在铝合金熔体温度达到750-760℃时对熔炼炉1内的熔体进行第一次净化处理,接着静置12分钟后,打开熔炼炉1的扒渣门进行扒渣,将浮在铝合金熔体表面上的铝渣清理干净;第一次净化处理具体包括:用氩气作为载体,将精炼剂通过精炼管吹入熔炼炉1内的熔体中进行精炼,达到铝合金熔体除气、除杂等净化处理的目的,其中精炼剂用量为4kg,精炼管距离熔炼炉1的炉底13cm;精炼时间控制在17min,氩气压力控制在100-200KPa。
S5:加镉:完成步骤S4后,熔炼炉1内的铝合金熔体温度控制在750-760℃时加入5kg纯度大于99.90%的纯镉,然后熔炼炉1内的铝合金熔体静置30min。
S6:第二次精炼扒渣:完成步骤S5后,在铝合金熔体温度达到750-760℃时对熔炼炉1内的熔体进行第二次净化处理;接着静置10分钟后,打开熔炼炉1的扒渣门进行扒渣,将浮在铝合金熔体表面上的铝渣清理干净,然后铝合金熔体在熔炼炉1内静置35分钟;第二次净化处理具体包括:将氩气通过精炼管送入到熔炼炉1内的熔体中进行精炼,第二次精炼目的是除气,只通入氩气是为了防止第二次精炼过程吸气,导致成品疏松,精炼管距离熔炼炉1的炉底13cm,这个值可以保证铝合金熔体得到充分精炼,且吸气少,精炼时间控制在17min,氩气压力控制在100-200KPa。
对静置后的铝合金熔体进行取样分析,铝合金熔体中的各元素含量(按质量百分比计)分别是:Si:0.04%、Fe:0.09%、Cu:4.9%、Mn:0.41%、Mg:0.03%、Zn:0.08%、Ti:0.21%、Cd:0.20%、V:0.10%、Zr:0.10%。
在距离分流盘510.7m处的导流槽2侧设置双线喂丝机3以90mm/min的速度将AlB5合金丝不断投加至温度为660℃-690℃的铝合金熔体中,温度过低AlB5合金丝不易熔化,温度过高AlB5合金丝容易被烧损,有效提高硼元素实收率,降低偏析沉淀,使ZL205A铝合金圆铸锭中B含量达到成分要求,即铝合金熔体中B含量达到0.03%;在双线喂丝机3与竖井铸造机5之间的导流槽2上方设置有电磁能设备4,电磁能设备4为专利CN108273972A公开的电磁能晶粒细化的装置;设定电磁能设备4的磁极与铝合金熔体的液面距离10mm,占空比为20%,磁极表面磁感应强度2T,电磁能发生频率为40Hz,电流为100A,磁场波形为矩形波,中空水冷铜线圈中冷却水的通入量为1L/s,对铝合金熔体进行电磁能处理,使铝合金圆铸锭同一锯切面成分均匀,降低偏析,经过电磁细化的铝合金熔体送至竖井铸造机5。
竖井铸造机5采用3T外导式钢丝绳竖井铸造机5,进行铸造前,先对导流槽2和分流盘51进行预热,使导流槽2和分流盘51的盘面温度达到150℃-200℃,然后进行竖井铸造,竖井铸造具体包括以下步骤:
铝合金熔体由密闭导流槽2输送至竖井铸造机5中的分流盘51上,分流盘51上温度为660-690℃的铝合金熔体通过出料孔511流到下方的引锭头52上,引锭头52以90mm/min的速度下降,直至完成铝合金圆铸锭的铸造,在此期间向出料孔511的下方喷淋冷却水,冷却水的进水温度为20-30℃,冷却水的用量为28-32T/H,具体铝合金铸锭详见图2。
从图1中可以看出,采用实施例1制备的ZL205A铝合金圆铸锭成型质量高,效果好,而从图2中可以看出,采用对比例2中公开的竖井铸造技术铸造ZL205A铝合金圆铸锭,出现拉漏现象,成型效果差。
对比例2:本方法与实施例1方法不同之处在于:在熔炼炉1的出口处通过喂丝机添加AlB5合金丝;具体包括有如下步骤:
S1:原材料准备及熔炼:将1900kg纯度大于99.85%的铝锭与100kg纯度大于99.5%的纯铜投入熔铝炉内熔炼,控制熔炼炉1内铝合金熔体温度在760-770℃,熔炼135min。
S2:铝合金熔体成分分析:将步骤S1中熔炼好的2000kg铝合金熔体搅拌均匀后进行取样分析,检测铝合金熔体中Cu元素及杂质元素含量。
S3:合金化处理:根据步骤S2的检测结果,Cu元素含量达到铝合金熔体质量的5%后,向熔炼炉1中加入11kg的75%Mn剂、5.5kg的75%Ti剂、40kg的AlV5中间合金、40kg的AlZr5中间合金;并搅拌15分钟,使铝合金熔体成分充分均匀。
S4:第一次精炼扒渣:完成步骤S3后,在铝合金熔体温度达到750-760℃时对熔炼炉1内的熔体进行第一次净化处理,接着静置12分钟后,打开熔炼炉1的扒渣门进行扒渣,将浮在铝合金熔体表面上的铝渣清理干净;第一次净化处理具体包括:用氩气作为载体,将精炼剂通过精炼管吹入熔炼炉1内的熔体中进行精炼,达到铝合金熔体除气、除杂等净化处理的目的,其中精炼剂用量为4kg,精炼管距离熔炼炉1的炉底13cm;精炼时间控制在17min,氩气压力控制在100-200KPa。
S5:加镉:完成步骤S4后,熔炼炉1内的铝合金熔体温度控制在750-760℃时加入5kg纯度大于99.90%的纯镉,然后熔炼炉1内的铝合金熔体静置30min。
S6:第二次精炼扒渣:完成步骤S5后,在铝合金熔体温度达到750-760℃时对熔炼炉1内的熔体进行第二次净化处理;接着静置10分钟后,打开熔炼炉1的扒渣门进行扒渣,将浮在铝合金熔体表面上的铝渣清理干净,然后铝合金熔体在熔炼炉1内静置35分钟;第二次净化处理具体包括:将氩气通过精炼管送入到熔炼炉1内的熔体中进行精炼,第二次精炼目的是除气,只通入氩气是为了防止第二次精炼过程吸气,导致成品疏松,精炼管距离熔炼炉1的炉底13cm,这个值可以保证铝合金熔体得到充分精炼,且吸气少,精炼时间控制在17min,氩气压力控制在100-200KPa。
对静置后的铝合金熔体进行取样分析,铝合金熔体中的各元素含量(按质量百分比计)分别是:Si:0.04%、Fe:0.09%、Cu:4.9%、Mn:0.41%、Mg:0.03%、Zn:0.08%、Ti:0.21%、Cd:0.20%、V:0.10%、Zr:0.10%。
喂丝机将AlB5合金丝不断投加至熔炼炉1出口处的铝合金熔体中,此时的铝合金熔体温度为710-730℃,在双线喂丝机3与竖井铸造机5之间的导流槽2上方设置有电磁能设备4,电磁能设备4为专利CN108273972A公开的电磁能晶粒细化的装置;设定电磁能设备4的磁极与铝合金熔体的液面距离10mm,占空比为20%,磁极表面磁感应强度2T,电磁能发生频率为40Hz,电流为100A,磁场波形为矩形波,中空水冷铜线圈中冷却水的通入量为1L/s,对铝合金熔体进行电磁能处理,使铝合金圆铸锭同一锯切面成分均匀,降低偏析,经过电磁细化的铝合金熔体送至竖井铸造机5。
竖井铸造机5采用3T外导式钢丝绳竖井铸造机5,进行铸造前,先对导流槽2和分流盘51进行预热,使导流槽2和分流盘51的盘面温度达到150℃-200℃,然后进行竖井铸造,竖井铸造具体包括以下步骤:
(1)竖井铸造起步阶段:铝合金熔体由密闭导流槽2输送至竖井铸造机5中的分流盘51上,分流盘51上温度为660-690℃的铝合金熔体通过出料孔511流到下方的引锭头52上,引锭头52以40mm/min的速度下降,直至引锭头52上引出5mm的铝合金圆铸锭,在此期间向出料孔511的下方喷淋冷却水,冷却水的进水温度为20-30℃,冷却水的用量为20-24T/H;分流盘51表面上的铝合金熔体温度过高会出现拉漏的问题,进而通过控制熔炼炉1中铝合金熔体的温度,使得分流盘51上的铝合金熔体温度控制在660-690℃。
(2)竖井铸造第二阶段:完成步骤(1)之后,引锭头52再以80mm/min的速度下降,直至在步骤(1)中5mm的铝合金圆铸锭上方形成40mm的铝合金圆铸锭,在此期间冷却水的用量为28-32T/H。
(3)竖井铸造第三阶段:完成步骤(2)之后,引锭头52再以100mm/min的速度下降,直至在步骤(2)中45mm的铝合金圆铸锭上方形成70mm的铝合金圆铸锭,在此期间冷却水的用量为28-32T/H,得到长度为115mm的铝合金圆铸锭产品。
分别对实施例1所制备的铝合金圆铸锭和对比例2所制备的铝合金圆铸锭进行成分分析,发现实施例1所制备的铝合金圆铸锭的B元素成分含量为0.03%;对比例2所制备的铝合金圆铸锭的B元素成分含量为0.004%;而B元素要求成分含量范围为0.01-0.06%;由此可以看出采用本发明实施例1所制备的铝合金圆铸锭的B元素成分含量满足要求,有效提高硼元素实收率,降低了偏析沉淀。
对比例3:本方法与实施例1方法不同之处在于:不设置电磁能设备4;具体包括有如下步骤:
S1:原材料准备及熔炼:将1900kg纯度大于99.85%的铝锭与100kg纯度大于99.5%的纯铜投入熔铝炉内熔炼,控制熔炼炉1内铝合金熔体温度在760-770℃,熔炼135min。
S2:铝合金熔体成分分析:将步骤S1中熔炼好的2000kg铝合金熔体搅拌均匀后进行取样分析,检测铝合金熔体中Cu元素及杂质元素含量。
S3:合金化处理:根据步骤S2的检测结果,Cu元素含量达到铝合金熔体质量的5%后,向熔炼炉1中加入11kg的75%Mn剂、5.5kg的75%Ti剂、40kg的AlV5中间合金、40kg的AlZr5中间合金;并搅拌15分钟,使铝合金熔体成分充分均匀。
S4:第一次精炼扒渣:完成步骤S3后,在铝合金熔体温度达到750-760℃时对熔炼炉1内的熔体进行第一次净化处理,接着静置12分钟后,打开熔炼炉1的扒渣门进行扒渣,将浮在铝合金熔体表面上的铝渣清理干净;第一次净化处理具体包括:用氩气作为载体,将精炼剂通过精炼管吹入熔炼炉1内的熔体中进行精炼,达到铝合金熔体除气、除杂等净化处理的目的,其中精炼剂用量为4kg,精炼管距离熔炼炉1的炉底13cm;精炼时间控制在17min,氩气压力控制在100-200KPa。
S5:加镉:完成步骤S4后,熔炼炉1内的铝合金熔体温度控制在750-760℃时加入5kg纯度大于99.90%的纯镉,然后熔炼炉1内的铝合金熔体静置30min。
S6:第二次精炼扒渣:完成步骤S5后,在铝合金熔体温度达到750-760℃时对熔炼炉1内的熔体进行第二次净化处理;接着静置10分钟后,打开熔炼炉1的扒渣门进行扒渣,将浮在铝合金熔体表面上的铝渣清理干净,然后铝合金熔体在熔炼炉1内静置35分钟;第二次净化处理具体包括:将氩气通过精炼管送入到熔炼炉1内的熔体中进行精炼,第二次精炼目的是除气,只通入氩气是为了防止第二次精炼过程吸气,导致成品疏松,精炼管距离熔炼炉1的炉底13cm,这个值可以保证铝合金熔体得到充分精炼,且吸气少,精炼时间控制在17min,氩气压力控制在100-200KPa。
对静置后的铝合金熔体进行取样分析,铝合金熔体中的各元素含量(按质量百分比计)分别是:Si:0.04%、Fe:0.09%、Cu:4.9%、Mn:0.41%、Mg:0.03%、Zn:0.08%、Ti:0.21%、Cd:0.20%、V:0.10%、Zr:0.10%。
在距离分流盘510.7m处的导流槽2侧设置双线喂丝机3以90mm/min的速度将AlB5合金丝不断投加至温度为660℃-690℃的铝合金熔体中,温度过低AlB5合金丝不易熔化,温度过高AlB5合金丝容易被烧损,有效提高硼元素实收率,降低偏析沉淀,使ZL205A铝合金圆铸锭中B含量达到成分要求,即铝合金熔体中B含量达到0.03%,经过喂丝后的铝合金熔体送至竖井铸造机5。
竖井铸造机5采用3T外导式钢丝绳竖井铸造机5,进行铸造前,先对导流槽2和分流盘51进行预热,使导流槽2和分流盘51的盘面温度达到150℃-200℃,然后进行竖井铸造,竖井铸造具体包括以下步骤:
(1)竖井铸造起步阶段:铝合金熔体由密闭导流槽2输送至竖井铸造机5中的分流盘51上,分流盘51上温度为660-690℃的铝合金熔体通过出料孔511流到下方的引锭头52上,引锭头52以40mm/min的速度下降,直至引锭头52上引出5mm的铝合金圆铸锭,在此期间向出料孔511的下方喷淋冷却水,冷却水的进水温度为20-30℃,冷却水的用量为20-24T/H;分流盘51表面上的铝合金熔体温度过高会出现拉漏的问题,进而通过控制熔炼炉1中铝合金熔体的温度,使得分流盘51上的铝合金熔体温度控制在660-690℃。
(2)竖井铸造第二阶段:完成步骤(1)之后,引锭头52再以80mm/min的速度下降,直至在步骤(1)中5mm的铝合金圆铸锭上方形成40mm的铝合金圆铸锭,在此期间冷却水的用量为28-32T/H。
(3)竖井铸造第三阶段:完成步骤(2)之后,引锭头52再以100mm/min的速度下降,直至在步骤(2)中45mm的铝合金圆铸锭上方形成70mm的铝合金圆铸锭,在此期间冷却水的用量为28-32T/H,得到长度为115mm的铝合金圆铸锭产品。
分别对实施例1所制备的铝合金圆铸锭和对比例3所制备的铝合金圆铸锭进行成分分析,具体结果见表1和表2:
表1对比例3所制备的铝合金圆铸锭分析结果
注:试样编号1为圆铸锭中心,试样编号2为距圆铸锭中心1/2处,试样编号3为圆铸锭边部;
表2实施例1所制备的铝合金圆铸锭分析结果
注:试样编号1为圆铸锭中心,试样编号2为距圆铸锭中心1/2处,试样编号3为圆铸锭边部;
从表2和表1中可以看出,采用实施例1所制备的铝合金圆铸锭的各个成分的偏析度明显低于采用对比例3所制备的铝合金圆铸锭的各个成分的偏析度,因此采用实施例1所制备的铝合金圆铸锭成分明显均匀,有效的提高了ZL205A铝合金圆铸锭的品质。
分别对实施例1所制备的铝合金圆铸锭和以及对比例3所制备的铝合金圆铸锭进行金相制样,然后拍摄照片;图3为实施例1铝合金圆铸锭50倍、200倍和500倍金相照片,图4为对比例3铝合金圆铸锭50倍、200倍和500倍金相照片;从图3和图4中可以看出,采用本发明实施例1的方法所制备的铝合金圆铸锭相比对比例3制备出的铝合金圆黑色大片状较少,因此采用本发明实施例1的方法所制备的铝合金圆铸锭相比对比例3制备出的铝合金圆成分更均匀。
以上是本发明的优选实施方式,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种ZL205A铝合金圆铸锭生产方法,其特征在于,其依次包括有如下步骤:
(1)竖井铸造起步阶段:铝合金熔体由密闭导流槽输送至竖井铸造机中的分流盘上,所述分流盘上的铝合金熔体通过出料孔流到下方的引锭头上,所述引锭头以40mm/min的速度下降,直至所述引锭头上引出4-7mm的铝合金圆铸锭,在此期间向所述出料孔的下方喷淋冷却水,所述冷却水的进水温度为20-30℃,所述冷却水的用量为20-24T/H;
(2)竖井铸造第二阶段:完成步骤(1)之后,所述引锭头再以80mm/min的速度下降,直至在步骤(1)中的铝合金圆铸锭上方形成38-42mm的铝合金圆铸锭,在此期间所述冷却水的用量为28-32T/H;
(3)竖井铸造第三阶段:完成步骤(2)之后,所述引锭头再以100mm/min的速度下降,直至铸造完成铝合金圆铸锭产品,在此期间所述冷却水的用量为28-32T/H。
2.根据权利要求1所述的一种ZL205A铝合金圆铸锭生产方法,其特征在于,在步骤(1)之前还包括以下步骤:对导流槽和分流盘进行预热,使导流槽和分流盘的盘面温度达到150℃-200℃。
3.根据权利要求1所述的一种ZL205A铝合金圆铸锭生产方法,其特征在于,在步骤(1)中距离所述分流盘0.5m-1m处的所述导流槽侧设置双线喂丝机以600-800mm/min的速度将AlB5合金丝不断投加至温度为660℃-690℃的所述铝合金熔体中。
4.根据权利要求3所述的一种ZL205A铝合金圆铸锭生产方法,其特征在于,在所述双线喂丝机与所述竖井铸造机之间的所述导流槽的上方设置有电磁能设备。
5.根据权利要求1所述的一种ZL205A铝合金圆铸锭生产方法,其特征在于,所述铝合金熔体按照质量百分比计包括以下元素:Si:<0.05%、Fe:<0.10%、Cu:4.6-5.3%、Mn:0.30-0.50%、Mg:<0.05%、Zn:<0.10%、Ti:0.15-0.25%、Cd:0.15-0.25%、V:0.05-0.30%、Zr:0.05-0.20%、B:0.01-0.06%。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种ZL205A铝合金圆铸锭生产方法,其特征在于,制备所述铝合金熔体的方法,具体包括以下步骤:
S1:原材料准备及熔炼:将铝锭与纯铜投入熔铝炉内熔炼,控制熔炼炉内铝合金熔体温度在760-770℃,熔炼120min-150min;
S2:铝合金熔体成分分析:将步骤S1中熔炼好的铝合金熔体搅拌均匀后进行取样分析,检测铝合金熔体中Cu元素及杂质元素含量;
S3:合金化处理:根据步骤S2的检测结果,Cu元素含量达到铝合金熔体质量的4.6%-5.3%后,向熔炼炉中加入75%Mn剂、75%Ti剂、AlV5中间合金、AlZr5中间合金;并搅拌10-20分钟,使铝合金熔体成分充分均匀;
S4:第一次精炼扒渣:完成步骤S3后,在铝合金熔体温度达到750-760℃时对熔炼炉内的熔体进行第一次净化处理,接着静置8-12分钟后,打开熔炼炉的扒渣门进行扒渣,将浮在铝合金熔体表面上的铝渣清理干净;
S5:加镉:完成步骤S4后,熔炼炉内的铝合金熔体温度控制在750-760℃时加入纯镉,然后熔炼炉内的铝合金熔体静置25-35min;
S6:第二次精炼扒渣:完成步骤S5后,在铝合金熔体温度达到750-760℃时对熔炼炉内的熔体进行第二次净化处理;接着静置8-12分钟后,打开熔炼炉的扒渣门进行扒渣,将浮在铝合金熔体表面上的铝渣清理干净,然后铝合金熔体在熔炼炉内静置30-40分钟,得到所述铝合金熔体。
7.根据权利要求6所述的一种ZL205A铝合金圆铸锭生产方法,其特征在于,步骤S1中的所述铝锭的纯度大于99.85%,所述纯铜的纯度大于99.5%;步骤S5中的所述纯镉的纯度大于99.90%。
8.根据权利要求6所述的一种ZL205A铝合金圆铸锭生产方法,其特征在于,所述步骤S4中的所述第一次净化处理具体包括:用氩气作为载体,将精炼剂通过精炼管吹入熔炼炉内的熔体中进行精炼,其中所述精炼剂用量为所述铝合金熔体质量的1-3‰,所述精炼管距离所述熔炼炉的炉底10-15cm;精炼时间控制在15-20min,氩气压力控制在100-200KPa。
9.根据权利要求6所述的一种ZL205A铝合金圆铸锭生产方法,其特征在于,所述步骤S6中的所述第二次净化处理具体包括:将氩气通过精炼管送入到熔炼炉内的熔体中进行精炼,所述精炼管距离所述熔炼炉的炉底10-15cm,精炼时间控制在10-15min,氩气压力控制在100-200KPa。
10.根据权利要求6所述的一种ZL205A铝合金圆铸锭生产方法,其特征在于,在步骤S6之后还包括以下步骤:对静置后的铝合金熔体进行取样分析,当铝合金熔体中的元素含量发生偏离时,及时进行调整,保证铝合金熔体中的各元素含量达到要求。
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