CN115233009A - 一种阶梯分层式铝合金精炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明铝合金铸造技术领域，公开了一种阶梯分层式铝合金精炼方法，所述方法包括以下步骤：步骤一：当所有中间合金在坩埚内熔化完毕后，保持合金熔液温度在第一温度，并在距离坩埚底部10cm～20cm处，使用精炼器进行第一次吹气精炼，气体流速：25‑30L/min，时间8‑12min；步骤二：保持合金熔液温度在第二温度，在熔液表面以下50cm～60cm处，使用精炼器进行第二次吹气精炼，气体流速：15‑20L/min，时间4‑8min；步骤三：将合金熔液温度降温至第三温度，控制精炼器在坩埚底部至液面以下20cm～30cm区间范围内循环升降，进行第三次吹气精炼，气体流速：10‑15L/min，在5‑8min内完成7‑8组循环升降。
Description
技术领域
本发明属于铝合金精炼技术领域，提供了一种阶梯分层式铝合金精炼方法。
背景技术
精炼是浇注前最后一道工序，良好的精炼过程直接影响着铸件的冶金质量，现有的气体精炼法为向金属液中通入氩气，利用上浮的氩气带走合金液中的杂质及有害气体，但目前精炼吹头往往只针对在金属液中的某一特定高度下、特定的气体流量进行精炼。这种单一的，机械的精炼方式无法保证大容量铝液的精炼质量，且难以克服重金属元素的分层问题。随着铸件的尺寸增大，结构复杂，所需要的铝液质量也不断增加，现有的同一位置，同一气流量的精炼方已经无法满足大容量的铝液的精炼需求。
发明内容
发明目的：本发明针对ZL105A铝合金的熔炼过程，提供一种阶梯分层式铝合金精炼方法,可以有效解决重金属元素分层、大容量金属液除气除渣不充分的问题，对超过800kg的铝液除氢除渣尤其效果明显。
本发明的技术方案是：
一种阶梯分层式铝合金精炼方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一：当所有中间合金在坩埚内熔化完毕后，保持合金熔液温度在第一温度，并在距离坩埚底部10cm～20cm处，使用精炼器进行第一次吹气精炼；
步骤二：保持合金熔液温度在第二温度，在熔液表面以下50cm～60cm处，使用精炼器进行第二次吹气精炼；
步骤三：将合金熔液温度降温至第三温度，控制精炼器在距离坩埚底部10cm～20cm处至液面以下20cm～30cm区间范围内循环升降，进行第三次吹气精炼。
第一步中在距坩埚底部10-20cm进行精炼,是为了使坩埚中所有铝液都参与到精炼过程；第二步在距离液面以下50-60cm处进行精炼，目的是为了去除上浮到液面上层区域的杂质和气体，使其上浮到液面；第三步在坩埚底部10cm-20cm至液面以下20cm-30cm区间范围内循环是为了进行最后一步补充精炼，确保铝液纯净度。
进一步，所述步骤一中，第一温度为720℃～740℃。
进一步，所述步骤一中，第一次吹气精炼时间为8min～12min，气体流速为25L/min～30L/min。第一步精炼可以使得铝液中溶解的氢气和夹渣初步上浮。由于第一次精炼时铝液的质量最大，气体流速选择使用25-30L/min，时间8-12min既可以防止液面内部产生涡流，也能保证精炼过程中的气体损耗。
进一步，所述步骤二中，第二温度为720℃～740℃。
进一步，所述步骤二中，第二次吹气精炼时间为4min～8min，气体流速为15L/min～20L/min。第二次精炼的目的是为了去除上浮到液面上层区域的杂质和气体，使其上浮到液面，因为该步骤中杂质上浮距离短，气体损失较第一步明显降低。故气体流速采用15-20L/min，时间4-8min，便可让液面上层的杂质和溶解在铝液中的气体充分上浮到液面；同时也避免了铝液长时间精炼自身产生的一次氧化夹渣。
进一步，所述步骤三中，第三温度为700℃～720℃。最后一步精炼的目的就是为了降低溶解在铝液中的氢气，因为氢气在铝液的溶解度对温度十分敏感，同时最后一步精炼后即可开始浇注，因此降温精炼既可以通过精炼的方式使最后的残余杂质去除，也可以通过降温的方式先析出一部分氢气。最后一步精炼的目的也是为了去除降温20℃所析出的氢气。
进一步，所述步骤三中，第三次吹气精炼时间为5min～8min，气体流速为10L/min～15L/min。第三次精炼前，大部分杂质已经排除，上下循环精炼很容易在溶液内部产生氧化夹渣，所以要降低气流速度，缩短时间，保证能去除降温产生的氢气和残余夹渣即可。
进一步，所述步骤三中，第三次吹气精炼时控制精炼器在5min～8min内完成7～8组循环升降。
进一步，所述精炼方法适用对象为50kg～1000kg的铝合金。
本发明具有以下有益效果：
本发明提出的阶梯分层式铝合金精炼方式解决了上层金属液精炼不充分，除气不完全的问题，为了保证氩气含量能满足精炼质量，现有技术往往通过大气流量来保证精炼效果，但气泡的除渣除气能力会随着其上浮逐渐降低，且这种精炼方法会导致液面浮动较大，发生迸溅产生大量一次氧化夹渣。本申请通过分层、阶梯式的精炼方式，气流量逐层递减，可以控制不同层面所需的气流量，保证液面平稳，且最后的除气步骤可以有效排出溶解在铝液中的氢气，降低针孔缺陷。
本发明提出的阶梯分层式铝合金精炼方式可以有效去除铝液中的氢含量，50批真空测氢试样密度值平均值大于2.65g/cm3，最低值大于2.63g/cm3。
具体实施方式
本部分是本发明的实施例，用于解释和说明本发明的技术方案。
一种阶梯分层式铝合金精炼方法，包括以下步骤：
步骤一、夹渣上浮：
当所有中间合金熔化完毕后，保持720-740℃时，在距坩埚底部10-20cm处，使用旋转精炼器，或其他具有精炼功能的精炼器，气体流量：15-20L/min，时间8-12min；
步骤二、表面精炼：
保持720-740℃时，在距液面以下50-60cm，使用旋转精炼器，或其他具有精炼功能的精炼器，气体流量：25-30L/min，时间4-8min；
步骤三、除气：
温度降低至700-720℃，在坩埚底部至距上液面20-30cm区间，使用旋转精炼器，或其他具有精炼功能的精炼器，气体流量：10-15L/min，在5-8min内完成7-8组循环升降。
优选地，精炼过后还包括对金属液的含氢量进行检测，对断口进行检测。
优选地，被精炼金属为铝合金，重量为50-1000kg；
优选地，夹渣上浮精炼时间为9-10min；
优选地，表面精炼时间为4-5min；
优选地，除气温度为700-710℃；
优选地，除气时间为7-8min。
原理：
第一步精炼，在距坩埚底部10-20cm是为了使坩埚中所有铝液都参与到精炼过程；使铝液中溶解的氢气和夹渣初步上浮。由于第一步精炼铝液的质量最大，气体流速选择使用25-30L/min，时间8-12min既可以防止液面内部产生涡流，也能保证精炼过程中的气体损耗。
第二步在距离液面以下50-60cm处，目的是为了去除上浮到液面上层区域的杂质和气体，使其上浮到液面。第二步在距离液面以下50-60cm处，因为该步骤杂质上浮距离短，气体损失较第一步明显降低。气体流速采用15-20L/min，时间4-8min，在保证了液面上层的杂质和溶解在铝液中的气体充分排到液面的同时，也避免了铝液长时间精炼自身产生的一次氧化夹渣。
第三步坩埚底部10cm-20cm至液面以下20cm-30cm区间范围内是为了进行最后一步补充精炼，确保铝液纯净度。同时因为氢气在铝液的溶解度对温度十分敏感，而最后一步精炼后即可开始浇注，因此降温精炼既可以通过精炼的方式使最后的残余杂质去除，也可以通过降温的方式先析出一部分氢气。并通过最后一步精炼去除降温20℃所析出的氢气。
第三次精炼前，大部分杂质已经排除，上下循环精炼很容易在溶液内部产生氧化夹渣，所以要降低气流速度，缩短时间，保证能去除降温产生的氢气和残余夹渣即可。
实施例一
步骤一、夹渣上浮
当所有中间合金熔化完毕后，保持在725℃时，在距坩埚底部15cm处，使用旋转精炼器精炼ZL114A合金，气体流量：25L/min，时间10min；
步骤二、表面精炼：
保持725℃，在距液面以下50cm，使用旋转精炼器，气体流量：20L/min，时间5min；
步骤三、除气：
温度降低至710℃，在坩埚底部至距上液面30cm间，使用旋转精炼器，气体流量：12L/min，在7min内完成7组循环升降。
ZL114A合金精炼后断口等级一级，测氢试样密度值2.662g/cm3。
实施例2
步骤一、夹渣上浮：
当所有中间合金熔化完毕后，保持730℃时，在距坩埚底部17cm处，使用球头精炼器，气体流量：26L/min，时间8-12min；
步骤二、表面精炼：
保持720℃时，在距液面以下53cm，使用球头精炼器，气体流量：19L/min，时间6min；
步骤三、除气：
温度降低至700℃，在坩埚底部至距上液面30cm间，使用球头精炼器，气体流量：12L/min，在8min内完成8组循环升降。
ZL105合金精炼后断口等级一级，测氢试样密度值2.671g/cm3。
实施例3
步骤一、夹渣上浮：
当所有中间合金熔化完毕后，保持732℃时，在距坩埚底部17cm处，使用旋转精炼器，气体流量：27L/min，时间10min；
步骤二、表面精炼：
保持734℃时，在距液面以下57cm，使用旋转精炼器，气体流量：18L/min，时间5min；
步骤三、除气：
温度降低至715℃，在坩埚底部至距上液面30cm间，使用旋转精炼器，气体流量：10L/min，在8min内完成7组循环升降。
ZL105A合金精炼后断口等级一级，测氢试样密度值2.673g/cm3。
Claims (9)
1.一种阶梯分层式铝合金精炼方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤一：当所有中间合金在坩埚内熔化完毕后，保持合金熔液温度在第一温度，并在距离坩埚底部10cm～20cm处，使用精炼器进行第一次吹气精炼；
步骤二：保持合金熔液温度在第二温度，在熔液表面以下50cm～60cm处，使用精炼器进行第二次吹气精炼；
步骤三：将合金熔液温度降温至第三温度，控制精炼器在距离坩埚底部10cm～20cm处至液面以下20cm～30cm区间范围内循环升降，进行第三次吹气精炼。
2.根据权利要求1所述的阶梯分层式铝合金精炼方法，其特征在于：所述步骤一中，第一温度为720℃～740℃。
3.根据权利要求1所述的阶梯分层式铝合金精炼方法，其特征在于：所述步骤一中，第一次吹气精炼时间为8min～12min，气体流速为25L/min～30L/min。
4.根据权利要求3所述的阶梯分层式铝合金精炼方法，其特征在于：所述步骤二中，第二温度为720℃～740℃。
5.根据权利要求4所述的阶梯分层式铝合金精炼方法，其特征在于：所述步骤二中，第二次吹气精炼时间为4min～8min，气体流速为15L/min～20L/min。
6.根据权利要求1所述的阶梯分层式铝合金精炼方法，其特征在于：所述步骤三中，第三温度为700℃～720℃。
7.根据权利要求1所述的阶梯分层式铝合金精炼方法，其特征在于：所述步骤三中，第三次吹气精炼时间为5min～8min，气体流速为10L/min～15L/min。
8.根据权利要求1所述的阶梯分层式铝合金精炼方法，其特征在于：所述步骤三中，第三次吹气精炼时控制精炼器在5min～8min内完成7～8组循环升降。
9.根据权利要求1所述的阶梯分层式铝合金精炼方法，其特征在于：所述精炼方法适用对象为50kg～1000kg的铝合金。
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