CN116426776A - 再生铝在a356铝合金制备中的应用 - Google Patents

再生铝在a356铝合金制备中的应用 Download PDF

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孙芳芳
霍臣明
葛素静
刘永昌
毛贻国
钱伟涛
李作平
李海军
左李庆
宗福春
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Abstract

本发明公开了一种再生铝在A356铝合金制备中的应用,属于A356铝合金制备技术领域。所述再生铝的原料包括废旧铝合金轮毂、废旧铝线和A356铝屑中的一种或多种。本发明可通过以废旧铝合金轮毂、废旧铝线和A356铝屑等铝合金废料为原料,制备A356铝合金,通过制备工艺的控制,使制得的A356铝合金性能与以电解铝为原料制备的A356铝合金性能相当。本发明提供的A356铝合金可作为制作A356铝合金轮毂的原料,供汽车轮毂生产企业使用。

Description

再生铝在A356铝合金制备中的应用
技术领域
本发明涉及A356铝合金制备技术领域,特别涉及一种再生铝在A356铝合金制备中的应用。
背景技术
铝合金车轮轮毂的生产一直以A356.2合金为原料,A356.2合金除铝之外的主要元素是硅和镁,该合金中除铝之外的各元素之和低于8wt%,为保证轮毂质量,一直选用A00电解铝锭作为原料生产A356.2铝合金。使用再生铝替代电解铝每吨可节电13000kw/h,减少CO2排放1.4吨,减少固体废料20吨。
然而要以再生铝替代A00电解铝,存在以下问题:
1、再生铝的比表面积比A00电解铝锭大,一般是几倍甚至上百倍,比表面积大的结果是表面氧化物多,经过重熔后熔体非金属夹杂加倍,若不清除,首先会影响轮毂的力学性能,其次抛光后镜面效应弱化,影响轮毂美观,研发工作主要围绕清除非金属夹杂物开展。
2、再生铝中含有铁等对A356.2有害的金属件,若不清除,一旦进入铝合金中,轻则影响合金力学性能和耐蚀性能,重则某些元素含量超标造成全炉报废,因此清除这些有害元素同样是研发工作的重要内容。
3、再生铝表面往往附着大量的油污、泥土等脏物,这些脏物对铝合金生产极其有害,以油污为例,油主要成分是碳氢化合物,经燃烧产生CO2和H2O,在高温下H2O和Al反应:2Al+3H2O→Al2O3+6[H+],H+溶入铝熔体中形成间隙原子,铝凝固时这些原子聚集,少量的使铸件疏松,严重时形成气泡,这些铸造缺陷严重影响轮毂性能,甚至报废。经计算约2g油就可使1000kgA356.2铝液含气量超标。因此,清除油污和对铝液精炼除气同样是研发工作重要课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种再生铝在A356铝合金制备中的应用,以克服上述利用再生铝替代A00电解铝制备A356铝合金时所存在的问题。再生铝表面氧化物多的缺陷通过分步多次精炼,并最终进行含渣量检测确认精炼工艺以克服;再生铝中的有害金属件则通过前期规范性的拆解去除;对于再生铝表面附着的油污、泥土等脏物,可通过烘干、抛丸等手段去除。
为实现上述目的,本发明提供了如下技术方案:
本发明技术方案之一:提供一种再生铝在A356铝合金制备中的应用,所述再生铝的原料包括废旧铝合金轮毂、废旧铝线和A356铝屑中的一种或多种;
按质量百分数计,所述A356铝合金的标准成分为:Si 6.5~7.5%、Mg 0.25~0.45%、Ti 0.08~0.20%、Sr 0.01~0.02%、Fe≤0.2%、Mn≤0.1%、Zn≤0.07%,余量为铝和其他不可避免的杂质,其他单个杂质≤0.05%,其他杂质总和≤0.15%。
优选地,所述废旧铝合金轮毂回收后先去除轮毂中的配件,然后去除轮毂表面的油污及涂层。
优选地,所述废旧铝线为废旧纯铝线。
优选地,所述A356铝屑中的杂质含量不超过A356铝合金的标准成分。
优选地,利用废旧铝合金轮毂和废旧铝线制备再生铝,当纯铝导线直径≥10mm时,纯铝导线的加入量≤50wt.%;当纯铝导线直径<10mm时,纯铝导线的加入量≤30wt.%,具体步骤包括:
(1)废旧铝合金轮毂回收后先去除轮毂中的配件,然后去除轮毂表面的油污及涂层;
(2)废旧铝线去除外层包括材料及接线端子,得到纯铝导线;
(3)加入熔炼炉体积30%的废旧铝合金轮毂,加热熔化后加入金属硅,搅拌至金属硅完全熔化,分次加入剩余废旧铝合金轮毂,每次废旧铝合金轮毂加入后均进行精炼,再加入纯铝导线,精炼,加入其他配料,熔化后取样检测,至化学成分符合A356铝合金的标准;
(4)利用氮气对熔体进行精炼,当铝液密度≥2.63g/cm3时,检测铝液化学成分,达到要求后静置,铸造,得到A356铝合金。
优选地,利用废旧铝合金轮毂和A356铝屑制备再生铝,A356铝屑的加入量≤30wt.%,具体步骤包括:
(1)废旧铝合金轮毂回收后先去除轮毂中的配件,然后去除轮毂表面的油污及涂层;
(2)选择杂质含量不超过A356铝合金的标准成分的A356铝屑;
(3)加入炉料量30wt.%的废旧铝合金轮毂,加热熔化后加入炉内铝液重量50%的废旧铝合金轮毂,完全熔化后精炼;重复之前的过程,直至废旧铝合金轮毂加完,升温后分次加入A356铝屑,每次A356铝屑加入后于铝液液面加入覆盖剂,扒渣,取样检测,至化学成分符合A356铝合金的标准;
(4)利用氮气对熔体进行精炼,当铝液密度≥2.63g/cm3时,检测铝液化学成分,达到要求后静置,铸造,得到A356铝合金。
更优选地,在步骤(3)的化学成分检测阶段,当Fe质量分数为0.15~0.20%时,加入锰元素,且锰质量分数的质量分数不超过0.1%。
本发明技术方案之二:提供一种再生铝在A356铝合金轮毂制备中的应用,所述A356铝合金轮毂所用A356铝合金的制备方法,与上述再生铝在A356铝合金制备中的应用所用A356铝合金的制备方法相同。
本发明的有益技术效果如下:
本发明可通过以废旧铝合金轮毂、废旧铝线和A356铝屑等铝合金废料为原料,制备A356铝合金,通过制备工艺的控制,使制得的A356铝合金性能与以电解铝为原料制备的A356铝合金性能相当。
本发明提供的A356铝合金可作为制作A356铝合金轮毂的原料,供汽车轮毂生产企业使用。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式,该详细说明不应认为是对本发明的限制,而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式,并非用于限制本发明。
另外,对于本发明中的数值范围,应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值,以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明,否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料,但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等,均为开放性的用语,即意指包含但不限于。
本发明实施例中所述A356铝合金的标准成分为:Si 6.5~7.5%、Mg 0.25~0.45%、Ti 0.08~0.20%、Sr 0.01~0.02%、Fe≤0.2%、Mn≤0.1%、Zn≤0.07%,余量为铝和其他不可避免的杂质,其他单个杂质≤0.05%,其他杂质总和≤0.15%(中国国家标准)。
本发明所用的精炼剂和覆盖剂具体为:
精炼剂:NaCl(30-45)KCl(30-45)K3AlF6(10-15);
覆盖剂:NaCl(50)KCl(50)。
实施例1
以废旧铝合金轮毂和废旧铝线制备A356铝合金:
(1)废旧铝合金轮毂回收后首先进行分选、拆解:通过外观分选出镀铜、镀镍等存在特殊处理的轮毂;拆解轮毂上残存的螺丝、平衡块、镶件、气门嘴等;分选拆解完成后使用抛丸机对轮毂进行抛丸处理,除去轮毂表面的油污及涂层等物质;处理完成后放置在通风干燥处备用;
(2)铝线经过剥皮后将残留的少量接线端子等杂物清理掉后,得到纯铝导线即可使用;
(3)以步骤(1)处理得到的废旧铝合金轮毂6份和步骤(2)处理得到的纯铝导线(直径>10mm)4份为原料:
先将炉子容量30%的废旧铝合金轮毂加入炉内熔化,当熔化后的铝液温度达到740±10℃时,按配料量加入工业硅,升温到760±10℃,用搅拌耙搅拌10min左右,若有硅块,需继续升温,直至金属硅全部熔化,用搅拌耙扒干净表面浮渣,再加入预先干燥好的废旧铝合金轮毂,每次加入铝液重量的30%,用搅拌耙把废旧铝合金轮毂压入铝液内,在液面均匀撒入铝液重量0.2%的精炼剂,继续升温至740±10℃,搅拌5min,扒净表面浮渣,继续前面操作,直到将废旧铝合金轮毂加完,当铝液温度再次达到740±10℃,将配料计算的废旧纯铝导线加入,并用搅拌耙压入铝液内,升温至740±10℃,加入铝液量0.15%的精炼剂,搅拌5min,扒净表面浮渣,加入配料计算的Mg、Ti、Sr,搅拌5min,取样用光谱仪检测化学成分,若不符合规定,补料,至成分符合A356铝合金的标准成分,同时确认铝液中Fe含量范围,若Fe含量较高(0.15wt%-0.20wt%)则补充少量Mn元素(≤0.1wt%);
(4)化学成分合格后,当铝液温度降至730±5℃时,将熔炼炉内铝液通过流槽转至保温炉,采用除气耙将纯度>99.99%氮气通过管道输进熔体,氮气压力视炉内铝液深浅而调整,一般在0.3±0.05Mpa波动,除气一段时间后,用减压密度检测仪进行密度检测,当密度≥2.63g/m3时视为合格,停止除气,取出除气耙,并扒净铝液表面浮渣,再次取样并补料至成分符合A356铝合金的标准成分;
(5)对步骤(4)所得铝液采用链带式铸造机铸造,开动链带铸造机并调整铸造速度,在保温炉浇眼到铝液分流器之间加过滤箱,其内置30ppi陶瓷过滤板,铸造前将铝液分流器和过滤箱温度加热至≥600℃;当保温炉内铝液温度在700±10℃时,同时铸造准备就绪后,打开浇眼,调整铸造机铸速,进行铸造;铸造过程中由刮脸机器人或人工刮除锭面氧化皮,并在铸锭表面打印合金牌号及炉号;同时随机取成品锭打断口,检测针孔度及成分;各项检测合格后,即可作为A356铝合金汽车轮毂的原料。
制备过程中夹杂物含量控制:1、采用分步添加分步精炼的方式,即添加一部分再生料后进行一次精炼,同时根据材料比表面的不同控制再生料的加入量,即比表面积越小的料添加比例可以越大。2、最终精炼结束后采用Prefile法检测铝液中夹杂物含量,现场检测过滤速率大于6g/s,金相法检测含渣量小于0.05mm2/kg,以此指导工艺过程中精炼次数及时间。
杂质元素控制:使用再生铝经过筛选及拆解后主要杂质元素为Fe,但Fe元素不会超过0.2%,当Fe含量小于0.15%时,对铝液质量无影响,当Fe含量在0.15%-0.20%之间时,添加适当的Mn元素(不超过0.1%),可保证杂质Fe不会对材料性能产生影响。
实施例2
以废旧铝合金轮毂和A356铝屑制备A356铝合金:
(1)废旧铝合金轮毂回收后首先进行分选、拆解:通过外观分选出镀铜、镀镍等存在特殊处理的轮毂;拆解轮毂上残存的螺丝、平衡块、镶件、气门嘴等;分选拆解完成后使用抛丸机对轮毂进行抛丸处理,除去轮毂表面的油污及涂层等物质;处理完成后放置在通风干燥处备用;
(2)回收的A356铝屑每10吨为一批次,分散取样10kg,使用试验炉熔化后检测成分,杂质含量不得超过A356合金标准成分的要求含量,每批次检测合格后放至通风干燥处待用;
(3)以步骤(1)处理得到的废旧铝合金轮毂8份和步骤(2)检测合格的A356铝屑2份为原料:
先将炉料量30wt%废旧铝合金轮毂加入炉内熔化,当熔化后的铝液温度达到740±10℃时,用耙扒净液面浮渣,再将干燥的轮毂按炉内铝液重量的50%加入,用耙将轮毂压入熔体后,在液面上均匀的撒入铝液重量0.2%的精炼剂覆盖,继续升温至740±10℃,扒净液面浮渣,继续重复前面加废旧铝合金轮毂的步骤,直至将预设的废旧铝合金轮毂加完,继续升温,当铝液温度达到750±10℃时,将预设的A356铝屑分2次加入,精炼前后各加入一半,当A356铝屑加入炉内后,立即用耙将A356铝屑压入熔体,并搅拌至液面无固体铝屑为止,并在液面上均匀的撒上覆盖剂覆盖,加入量为铝液重量的0.2%,继续升温,当温度达到750±10℃时,重复上次加铝屑工艺操作,继续升温至740±10℃,彻底扒净液面浮渣,对熔体搅拌5min,取样检测,按分析结果补料,补料后再次搅拌5min,并再次取样检测,至成分符合A356铝合金的标准成分;
(4)化学成分合格后,当铝液温度降至730±5℃时,将熔炼炉内铝液通过流槽转至保温炉,采用除气耙将纯度>99.99%氮气通过管道输进熔体,氮气压力视炉内铝液深浅而调整,一般在0.3±0.05Mpa波动,除气一段时间后,用减压密度检测仪进行密度检测,当密度≥2.63g/m3时视为合格,停止除气,取出除气耙,并扒净铝液表面浮渣,再次取样并补料至成分符合A356铝合金的标准成分;
(5)对步骤(4)所得铝液采用链带式铸造机铸造,开动链带铸造机并调整铸造速度,在保温炉浇眼到铝液分流器之间加过滤箱,其内置30ppi陶瓷过滤板,铸造前将铝液分流器和过滤箱温度加热至≥600℃;当保温炉内铝液温度在700±10℃时,同时铸造准备就绪后,打开浇眼,调整铸造机铸速,进行铸造;铸造过程中由刮脸机器人或人工刮除锭面氧化皮,并在铸锭表面打印合金牌号及炉号;同时随机取成品锭打断口,检测针孔度及成分;各项检测合格后,即可作为A356铝合金汽车轮毂的原料。
制备过程中夹杂物含量控制:1、采用分步添加分步精炼的方式,即添加一部分再生料后进行一次精炼,同时根据材料比表面的不同控制再生料的加入量,即比表面积越小的料添加比例可以越大。2、最终精炼结束后采用Prefile法检测铝液中夹杂物含量,现场检测过滤速率大于6g/s,金相法检测含渣量小于0.05mm2/kg,以此指导工艺过程中精炼次数及时间。
杂质元素控制:使用再生铝经过筛选及拆解后主要杂质元素为Fe,但Fe元素不会超过0.2%,当Fe含量小于0.15%时,对铝液质量无影响,当Fe含量在0.15%-0.20%之间时,添加适当的Mn元素(不超过0.1%),可保证杂质Fe不会对材料性能产生影响。
对比例1
以电解铝为原料制备A356铝合金。
1、将电解铝厂电解铝矿石后生产的铝液(铝含量99.75wt%-99.85wt%)通过转运包转至生产用炉内。
2、根据电解铝液重量计算所用工业硅、镁锭、AlTi10、AlSr10。
3、电解铝液升温至760℃,加入工业硅、AlTi10,使用搅拌耙将其压入铝液进行搅拌,充分搅拌后静置40min。
4、使用喷粉机将精炼剂均匀喷入铝液精炼20min。
5、扒去表面浮渣,加入镁锭、AlSr10,搅拌5min后取样检测成分,根据A356成分标准进行调整。
6、成分合格后使用除气耙除气20min,检测铝液密度(≥2.63g/cm3)及再次检测成分。
7、密度成分合格后出炉、铸锭,采用链带式铸造机铸造,开动链带铸造机并调整铸造速度,在保温炉浇眼到铝液分流器之间加过滤箱,其内置30ppi陶瓷过滤板,铸造前将铝液分流器和过滤箱温度加热至≥600℃;当保温炉内铝液温度在700±10℃时,同时铸造准备就绪后,打开浇眼,调整铸造机铸速,进行铸造;铸造过程中由刮脸机器人或人工刮除锭面氧化皮,并在铸锭表面打印合金牌号及炉号;同时随机取成品锭打断口,检测针孔度及成分。
在重力浇铸,T6处理状态下检测实施例1-2及对比例1制备的A356铝合金的性能,结果见表1:
表1
Figure SMS_1
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种再生铝在A356铝合金制备中的应用,其特征在于,所述再生铝的原料包括废旧铝合金轮毂、废旧铝线和A356铝屑中的一种或多种;
按质量百分数计,所述A356铝合金的标准成分为:Si6.5~7.5%、Mg0.25~0.45%、Ti0.08~0.20%、Sr0.01~0.02%、Fe≤0.2%、Mn≤0.1%、Zn≤0.07%,余量为铝和其他不可避免的杂质,其他单个杂质≤0.05%,其他杂质总和≤0.15%。
2.根据权利要求1所述的再生铝在A356铝合金制备中的应用,其特征在于,所述废旧铝合金轮毂回收后先去除轮毂中的配件,然后去除轮毂表面的油污及涂层。
3.根据权利要求1所述的再生铝在A356铝合金制备中的应用,其特征在于,所述废旧铝线为废旧纯铝线。
4.根据权利要求1所述的再生铝在A356铝合金制备中的应用,其特征在于,所述A356铝屑中的杂质含量不超过A356铝合金的标准成分。
5.根据权利要求1所述的再生铝在A356铝合金制备中的应用,其特征在于,利用废旧铝合金轮毂和废旧铝线制备再生铝,当纯铝导线直径≥10mm时,纯铝导线的加入量≤50wt.%;当纯铝导线直径<10mm时,纯铝导线的加入量≤30wt.%,具体步骤包括:
(1)废旧铝合金轮毂回收后先去除轮毂中的配件,然后去除轮毂表面的油污及涂层;
(2)废旧铝线去除外层包裹材料及接线端子,得到纯铝导线;
(3)加入熔炼炉体积30%的废旧铝合金轮毂,加热熔化后加入硅,搅拌至硅完全熔化,分次加入剩余废旧铝合金轮毂,每次废旧铝合金轮毂加入后均进行精炼,再加入纯铝导线,精炼,加入其他配料,熔化后取样检测,至化学成分符合A356铝合金的标准;
(4)利用氮气对熔体进行精炼,当铝液密度≥2.63g/cm3时,检测铝液化学成分,达到要求后静置,铸造,得到A356铝合金。
6.根据权利要求1所述的再生铝在A356铝合金制备中的应用,其特征在于,利用废旧铝合金轮毂和A356铝屑制备再生铝,A356铝屑的加入量≤30wt.%,具体步骤包括:
(1)废旧铝合金轮毂回收后先去除轮毂中的配件,然后去除轮毂表面的油污及涂层;
(2)选择杂质含量不超过A356铝合金的标准成分的A356铝屑;
(3)加入炉料量30wt.%的废旧铝合金轮毂,加热熔化后加入炉内铝液重量50%的废旧铝合金轮毂,完全熔化后精炼;重复之前的过程,直至废旧铝合金轮毂加完,升温后分次加入A356铝屑,每次A356铝屑加入后于铝液液面加入覆盖剂,扒渣,取样检测,至化学成分符合A356铝合金的标准;
(4)利用氮气对熔体进行精炼,当铝液密度≥2.63g/cm3时,检测铝液化学成分,达到要求后静置,铸造,得到A356铝合金。
7.根据权利要求5或6所述的再生铝在A356铝合金制备中的应用,其特征在于,在步骤(3)的化学成分检测阶段,当Fe质量分数为0.15~0.20%时,加入锰元素,且锰质量分数的质量分数不超过0.1%。
8.一种再生铝在A356铝合金轮毂制备中的应用,其特征在于,所述A356铝合金轮毂所用A356铝合金的制备方法与权利要求5、6或7相同。
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