CN117165794A - 一种铝合金熔体配料方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铝合金的生产技术领域，公开一种铝合金熔体配料方法及其应用。本发明基于多种回炉料进行，包括装炉和合金化配料工序；在装炉工序中，先将回炉料、纯铝锭和高熔点预加合金一起装入炉内熔融，然后加入低熔点预加合金使物料元素含量接近目标合金的标准含量要求。本发明根据不同回炉料中各元素的平均含量及目标合金中不同元素的标准含量要求快速预估出多种回炉料的加入量，可以最大限定的利用回炉料并确保熔体质量和生产效率。同时，通过计算合理的预加合金，缩短配料过程，减少高温熔体在高温下的停留时间，降低金属损耗。

Description

一种铝合金熔体配料方法及其应用

技术领域

本发明涉及铝合金的生产技术领域，尤其涉及一种配料准确的铝合金熔体配料简易控制方法及其应用。

背景技术

铝合金具有重量轻、比强度高、成形性好、耐腐蚀等优点，已成为汽车及工业领域轻量化产品的主要材料之一。合金成分是铝合金最重要的性能指标，铝合金的合金成分一般通过铝合金熔体配料来实现。铝合金熔体配料就是通过加入合金元素使其含量达到目标要求，从而保证材料性能的过程。随着绿色、环保理念不断提高，为满足铝合金材料可持续发展要求，铝合金生产过程中，回炉料的使用比例越来越高，装炉时熔体成分依靠经验预估，不同合金回炉料装炉存在成分预估不准确，成分超差、配料困难等问题，导致熔体质量不合格而反复熔炼，熔炼时间长，生产成本增大，降低企业效益。

一篇公开号为CN112708793A的中国发明专利公开一种铸造铝硅合金配料熔炼方法，包括以下步骤：1）使用连续熔解炉熔化铝硅母合金；2）根据坩埚保温炉的容量，确定坩埚保温炉的容量与后续转运浇包的容量相同；3）将连续熔解炉熔炼好的母合金液，按需要单次合金铝液总量的70％，通过流槽放入坩埚保温炉内，保温处理；4）将回炉料及配料的总量控制为30％，采用室温装入坩埚锅，搅拌均匀后保温；5）根据生产产品的成份要求及产品的产量需要，设计配料中各元素的最佳含量。计算公式如下：硅的添加量＝目标合金液质量×目标合金硅含量的中值-母合金液质量×母合金硅含量-回炉料质量×回炉料合金中硅的含量，当计算值为负时，不需要加硅，仅加铝。铝的添加量＝目标合金液质量×目标合金铝含量的中值-母合金液质量×母合金铝含量-回炉料质量×回炉料合金中铝的含量，当计算值为负时，不需要加铝，仅加硅。铜的添加量＝目标合金液质量×目标合金Cu含量的中值-回炉料质量×回炉料合金中铜的含量。镁的添加量＝目标合金液质量×目标合金Mg含量的上限值-回炉料质量×回炉料合金中Mg的含量。其它元素的添加量＝目标合金液质量×目标合金其它元素的含量-回炉料质量×回炉料合金中其它元素的含量。

上述发明虽然公开了一种利用了回炉料的铸造铝硅合金配料熔炼方法，但回炉料比例较低，不高于30％，若加入过多的回炉料容易导致熔体质量不合格而反复熔炼。

发明内容

本发明的目的在于提供一种回炉料用量大、能够运用多种回炉料并快速得出多种回炉料加入量的铝合金熔体配料方法，为解决现有技术中存在的一个或多个技术问题至少提供一种或多种有益选择。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。

一种铝合金熔体配料方法，其基于多种回炉料进行，包括装炉和合金化配料工序；在装炉工序中，先将回炉料、纯铝锭和高熔点预加合金一起装入炉内熔融，然后加入低熔点预加合金使物料元素含量接近目标合金的标准含量要求；包括如下步骤。

1）回炉料用量预估：11）测定各种回炉料中每个元素的含量平均值，12）根据目标合金中不同元素的标准含量要求预估出需要加入的不同种类的回炉料的量；预估时，设定一个接近阈值，以回炉料用量最大且最接近的元素含量不超出阈值为准。

2）预加合金量预估：根据预估的回炉料用量计算出各个元素的含量与元素标准含量的差值、并根据该差值计算预加合金量，使其他元素含量也接近阈值。

3）铝液合金化配料，在铝合金装炉熔融且铝液温度达到工艺要求时进行精炼作业，精炼后取样化验成分化验，根据化验结果进行合金化配料。

更为优选的是，所述接近阈值为元素标准含量要求的80-90%。

更为优选的是，回炉料用量的预估方法为：假设目标合金中有n种元素1#、2#、3#、4#、...、n#，各元素的标准含量要求分别为1#%、2#%、3#%、4#%...n#%；生产现场有几种不同的回炉料，种类分别为A、B、C…，A回炉料中每个元素的含量平均值是A1%，A2%，A3%，A4%，...，An%，B回炉料中每个元素的含量平均值是B1%，B2%，B3%，B4%，...，Bn%，C回炉料中每个元素的含量平均值是C1%，C2%，C3%，C4%，...，Cn%；以此类推。

假设纯铝锭加入量为Xal，不同种类回炉料A、B、C、…的加入量分别为Xa、Xb、Xc、……；则可根据公式1.1-1.n分别计算得到各元素的预估含量。

1#元素预估含量= (1.1)。

2#元素预估含量= (1.2)。

3#元素预估含量= (1.3)。

4#元素预估含量= (1.4)。

……。

n#元素预估含量= (1.n)。

根据各元素的预估含量调整不同种类回炉料用量，使回炉料用量最大且最接近的元素含量不超出阈值。

更为优选的是，预加合金量的预估方法为。

假设1#元素预加合金所使用的合金为Q1，Q1中1#元素的含量为Q1#%，2#元素预加合金所使用的合金为Q2，Q2中2#元素的含量为Q2#%，...，n#元素预加合金所使用的合金为Qn，Qn中n#元素的含量为Qn#%；则可根据公式2.1-2.n分别计算得到各元素的预加合金量。

1#元素预加合金量= (2.1)。

2#元素预加合金量= (2.2)。

3#元素预加合金量= (2.3)。

4#元素预加合金量= (2.4)。

……。

n#元素预加合金量= (2.n)。

更为优选的是，铝液合金化配料方法为：假设1#元素合金化配料所使用的合金为Q1，Q1中1#元素的含量为Q1#%，2#元素合金化配料所使用的合金为Q2，Q2中2#元素的含量为Q2#%，...，n#元素合金化配料所使用的合金为Qn，Qn中n#元素的含量为Qn#%；则可根据公式3.1-3.n分别计算配料合金化的加入量。

1#元素合金化重量= (3.1)。

2#元素合金化重量= (3.2)。

3#元素合金化重量= (3.3)。

4#元素合金化重量= (3.4)。

……。

n#元素合金化重量= (3.n)。

更为优选的是，合金化配料后进行第二次精炼搅拌，取样化学成分化验，分析配料结果是否符合要求。

更为优选的是，取样化学成分化验是通过光谱仪元素分析来实现的。

另一方面，本发明还提供如上所述的一种铝合金熔体配料方法在制备铝合金铸锭中的应用。

本发明采用以上技术方案至少具有以下优点或有益效果。

一、根据不同回炉料中各元素的平均含量及目标合金中不同元素的标准含量要求快速预估出多种回炉料的加入量，可以最大限定的利用回炉料并确保熔体质量和生产效率。

二、通过计算合理的预加合金，缩短配料过程，减少高温熔体在高温下的停留时间，降低金属损耗。

三、本发明提供的铝合金熔体配料方法实现简易，可以借助Excel等办公软件自动计算，实现自动化、系统化，不同操作者均可计算得出稳定准确的计算值，易于在生产中推广普及，利于工业化生产。

具体实施方式

为方便本领域普通技术人员更好地理解本发明的实质，下面对本发明的具体实施方式进行详细阐述。

一种铝合金熔体配料方法，其基于多种回炉料进行，包括装炉和合金化配料工序；在装炉工序中，先将回炉料、纯铝锭和高熔点预加合金一起装入炉内熔融，然后加入低熔点预加合金使物料元素含量接近标准含量要求；具体步骤如下。

1）回炉料用量预估：11）测定各种回炉料中每个元素的含量平均值，12）根据目标合金中不同元素的标准含量要求预估出需要加入的不同种类的回炉料（废料）的量；预估时，以各元素的预估含量不超出元素标准含量要求的80%且回炉料用量最大为准。

具体的预估方法为：假设目标合金中有n种元素1#、2#、3#、4#、...、n#，各元素的标准含量要求分别为1#%、2#%、3#%、4#%...n#%；生产现场有几种不同的回炉料，种类分别为A、B、C…，A回炉料中每个元素的含量平均值是A1%，A2%，A3%，A4%，...，An%，B回炉料中每个元素的含量平均值是B1%，B2%，B3%，B4%，...，Bn%，C回炉料中每个元素的含量平均值是C1%，C2%，C3%，C4%，...，Cn%；以此类推。

假设纯铝锭加入量为Xal，不同种类回炉料A、B、C的加入量分别为Xa、Xb、Xc；则可根据公式1.1-1.n分别计算得到各元素的预估含量。

1#元素预估含量= (1.1)。

2#元素预估含量= (1.2)。

3#元素预估含量= (1.3)。

4#元素预估含量= (1.4)。

……。

n#元素预估含量= (1.n)。

需要说明的是，根据计算结果已经超出合金元素标准含量要求时，可以适当减少某种或多种回炉料，直至加入量不超出元素标准含量要求的80%（该值可根据实际需要的不同适当调整）。

2）预加合金量预估：根据预估含量与元素标准含量的差值计算预加合金量。

预加合金是指将高熔点合金元素在装炉工序按照一定比例提前加入炉内，低熔点合金元素在物料熔化为液态后按照一定比例提前加入炉内，使物料元素含量接近标准要求，从而减少铝液合金化工序的元素加入量，提高生产效率和合金化配料的准确性，为防止合金元素超出标准要求，预加合金按照合金元素标准含量要求的80%计算（该值可根据实际需要的不同适当调整）。例如，合金元素标准含量要求为1#%，则预加合金加入量按照80%*1#%计算。

假设1#元素合金化过程使用的合金为Q1，Q1中1#元素的含量为Q1#%，2#元素合金化过程使用的合金为Q2，Q2中2#元素的含量为Q2#%，...，n#元素合金化过程使用的合金为Qn，Qn中n#元素的含量为Qn#%。则可根据公式2.1-2.n分别计算得到各元素的预加合金量。

1#元素预加合金量= (2.1)。

2#元素预加合金量= (2.2)。

3#元素预加合金量= (2.3)。

4#元素预加合金量= (2.4)。

……。

n#元素预加合金量= (2.n)。

3）铝液合金化配料，在铝合金装炉熔融且铝液温度达到工艺要求时进行精炼作业，精炼后取样化验成分，根据化验结果进行合金化配料。配料合金化加入量计算公式为。

1#元素合金化重量= (3.1)。

2#元素合金化重量= (3.2)。

3#元素合金化重量= (3.3)。

4#元素合金化重量= (3.4)。

……。

n#元素合金化重量= (3.n)。

需要说明是，铝液合金化配料所采用的合金与预加合金一致，在一些实施例中，预加合金和合金化配料可以采用不同的合金来实现。

实施例

使用25吨产线生产6082合金，目标合金成分含量为：Si=0.95%-1.00%，Fe≤0.15%，Mn=0.45%-0.50%，Mg=0.75%-0.80%，其他元素控制＜0.10%，Si元素合金化过程使用的合金中Si元素含量为12%，Fe元素合金化过程使用的合金中Fe元素含量为10%，Mn元素合金化过程使用的合金中Mn元素含量为75%，Mg元素合金化过程使用的合金中Mg元素含量为100%。已知现场回炉料成分为：A回炉料对应元素含量为Si=2.0%，Fe=0.20%，其他元素＜0.1%可不予考虑；B回炉料对应元素含量为Si=0.7%，Fe=0.13%，Mn=0.1%，Cu=0.2%，Mg=0.6%，Cr=0.1%，其他元素＜0.1%可不予考虑；C回炉料对应元素含量为Si=0.5%，Mn=0.3%，Fe=0.15%，Mg=0.6%，其他元素＜0.1%可不予考虑；纯铝锭成分为Al=99.7%，Fe=0.12%，其他元素＜0.1%，可不予考虑。

在进行回炉料用量预估时，保证成分不超出目标合金含量要求80%的情况下尽可能多的使用回炉料，并且优先使用A回炉料，其次是B回炉料，最后是C回炉料。

1）装炉成分预估，按公式1.1计算Si元素的预估含量，按公式1.2计算Fe元素的预估含量，按公式1.3计算Mn元素的预估含量，按公式1.4计算Mg元素的预估含量，按照公式多次测算可得出不同种类回炉料的加入量。

经计算A回炉料加入5000kg，B回炉料加入8000kg，C回炉料加入8000kg，纯铝锭加入4000kg，此时在保证成分不超出目标合金要求的情况下回炉料使用最多，回炉料使用量为装炉量的84%。

Si预估含量=%。

Fe预估含量=%。

Mn预估含量=%。

Mg预估含量=%。

2）预加合金，按公式2.1计算Si元素的预加量，按公式2.2计算Fe元素的预加量，按公式2.3计算Mn元素的预加量，按公式2.4计算Mg元素的预加量。

Si元素预加重量=。

Fe元素满足目标要求，不用预加合金。

Mn元素预加重量=。

Mg元素预加重量=。

3）装炉，按照计算结果，A回炉料加入5000kg，B回炉料加入8000kg，C回炉料加入8000kg，纯铝锭加入4000kg，预加合金Si元素30kg在装炉时加入，装炉后按照工艺要求升温加热，物料熔化完成后预加Mn元素90kg，Mg元素64kg，然后进行精炼搅拌，取样化验炉前成分结果。

经光谱仪元素分析，炉前结果为：Si=0.779%，Fe=0.139%，Mg=0.681%，Mn=0.363%，实际成分与预估成分偏差≤0.04%，符合生产要求。

4）铝液合金化配料，按公式3.1计算Si元素的配料量，按公式3.2计算Fe元素的配料量，按公式3.3计算Mn元素的配料量，按公式3.4计算Mg元素的配料量。

Si元素配料量=。

Fe元素满足目标要求，不用合金化配料。

Mn元素配料量=。

Mg元素配料量=。

按照计算结果加入合金元素配料，然后进行第二次精炼搅拌，取样化学成分，经光谱仪元素分析，炉后结果为：Si=0.991%，Fe=0.139%，Mn=0.493，Mg=0.788，配料结果符合标准要求。

实施效果

1）本实施例能快速准确的预估多种回炉料情况下熔体的合金成分，根据预估成分合理控制回炉料加入量，对生产更具指导作用，实用性更强。

2）缩短配料过程，实现简易化操作，减少熔体在高温下的停留时间，降低金属损耗及能源消耗，提高生产效率。

3）该方法可借助EXCEL等办公软件自动计算，易于在生产实践中推广普及，利于工业化生产。

4）实际生产中，使用该方法计算合金成分，减少质量波动，过程稳定可靠。

另外需要说明的是， 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种铝合金熔体配料方法，其特征在于，基于多种回炉料进行，包括装炉和合金化配料工序；在装炉工序中，先将回炉料、纯铝锭和高熔点预加合金一起装入炉内熔融，然后加入低熔点预加合金使物料元素含量接近目标合金的标准含量要求；包括步骤如下：

1）回炉料用量预估：11）测定各种回炉料中每个元素的含量平均值，12）根据目标合金中不同元素的标准含量要求预估出需要加入的不同种类的回炉料的量；预估时，设定一个接近阈值，以回炉料用量最大且最接近的元素含量不超出阈值为准；

2）预加合金量预估：根据预估的回炉料用量计算出各个元素的含量与元素标准含量的差值、并根据该差值计算预加合金量，使其他元素含量也接近阈值；

3）铝液合金化配料，在铝合金装炉熔融且铝液温度达到工艺要求时进行精炼作业，精炼后取样化验成分化验，根据化验结果进行合金化配料。

2.根据权利要求1所述的一种铝合金熔体配料方法，其特征在于，所述接近阈值为元素标准含量要求的80-90%。

3.根据权利要求1所述的一种铝合金熔体配料方法，其特征在于，回炉料用量的预估方法为：假设目标合金中有n种元素1#、2#、3#、4#、...、n#，各元素的标准含量要求分别为1#%、2#%、3#%、4#%...n#%；生产现场有几种不同的回炉料，种类分别为A、B、C…，A回炉料中每个元素的含量平均值是A1%，A2%，A3%，A4%，...，An%，B回炉料中每个元素的含量平均值是B1%，B2%，B3%，B4%，...，Bn%，C回炉料中每个元素的含量平均值是C1%，C2%，C3%，C4%，...，Cn%；以此类推；

假设纯铝锭加入量为Xal，不同种类回炉料A、B、C、…的加入量分别为Xa、Xb、Xc、……；则可根据公式1.1-1.n分别计算得到各元素的预估含量；

1#元素预估含量= (1.1)；

2#元素预估含量= (1.2)；

3#元素预估含量= (1.3)；

4#元素预估含量= (1.4)；

……；

n#元素预估含量= (1.n)；

根据各元素的预估含量调整不同种类回炉料用量，使回炉料用量最大且最接近的元素含量不超出阈值。

4.根据权利要求3所述的一种铝合金熔体配料方法，其特征在于，预加合金量的预估方法为：

假设1#元素预加合金所使用的合金为Q1，Q1中1#元素的含量为Q1#%，2#元素预加合金所使用的合金为Q2，Q2中2#元素的含量为Q2#%，...，n#元素预加合金所使用的合金为Qn，Qn中n#元素的含量为Qn#%；则可根据公式2.1-2.n分别计算得到各元素的预加合金量；

1#元素预加合金量= (2.1)；

2#元素预加合金量= (2.2)；

3#元素预加合金量= (2.3)；

4#元素预加合金量= (2.4)；

……；

n#元素预加合金量= (2.n)。

5.根据权利要求3所述的一种铝合金熔体配料方法，其特征在于，铝液合金化配料方法为：

假设1#元素合金化配料所使用的合金为Q1，Q1中1#元素的含量为Q1#%，2#元素合金化配料所使用的合金为Q2，Q2中2#元素的含量为Q2#%，...，n#元素合金化配料所使用的合金为Qn，Qn中n#元素的含量为Qn#%；则可根据公式3.1-3.n分别计算配料合金化的加入量：

1#元素合金化重量= (3.1)；

2#元素合金化重量= (3.2)；

3#元素合金化重量= (3.3)；

4#元素合金化重量= (3.4)；

……；

n#元素合金化重量= (3.n)。

6.根据权利要求1所述的一种铝合金熔体配料方法，其特征在于，合金化配料后进行第二次精炼搅拌，取样化学成分化验，分析配料结果是否符合要求。

7.根据权利要求1或6所述的一种铝合金熔体配料方法，其特征在于，取样化学成分化验是通过光谱仪元素分析来实现的。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种铝合金熔体配料方法在制备铝合金铸锭中的应用。