專利名稱:一種鋁鎂硅系鋁合金的微合金化熔煉工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種鋁合金熔煉工藝,特別是涉及一種鋁鎂硅系鋁合金的微合金化熔 煉工藝。
背景技術(shù):
鋁鎂硅系鋁合金屬于中等強(qiáng)度鋁合金,不僅具有優(yōu)良的熱塑性、耐蝕性及理想的 力學(xué)性能,而且易于氧化著色,因而被廣泛用于工業(yè)型材和建筑型材領(lǐng)域。鋁鎂硅系鋁合金 的主要合金化元素是鎂和硅,主要強(qiáng)化相是Mg2Si相,還有少量的過剩Si相和AlFeSi相。 這些強(qiáng)化相的形狀、尺寸及其分布特征決定著合金材料的加工性能和最終產(chǎn)品的力學(xué)性 能。隨著人們質(zhì)量意識的不斷提高,鋁加工企業(yè)及下游客戶都對該類合金材料的合金化效 果提出了更高的要求。目前,提高合金化效果的主要措施是控制爐料加入方式、控制熔煉工 藝和鑄造工藝。對于鋁鎂硅系鋁合金而言,目前實(shí)現(xiàn)配料加硅的方法主要有(1)熔煉爐內(nèi) 加AlSi20中間合金,(2)熔煉爐內(nèi)加速溶硅,(3)熔煉爐內(nèi)加工業(yè)硅;實(shí)現(xiàn)配料加鎂的方法 主要是熔煉爐內(nèi)壓入或攪拌鎂錠。第(1)種加硅方法的缺點(diǎn)是需要單獨(dú)制備AlSi20中間 合金,延長了工藝流程,增加了能耗和金屬燒損;第(2)種加硅方法的缺點(diǎn)是速溶硅表面 的助熔劑增加了鋁和硅的燒損,容易造成夾漁,而且硅元素的溶解、擴(kuò)散及吸收需要較長的 時間;第(3)種加硅方法的缺點(diǎn)是硅元素的溶解與擴(kuò)散速度非常慢,合金化時間較長,而 且容易造成成分偏析。目前采用壓入或攪拌法加鎂的缺點(diǎn)是金屬燒損大,容易產(chǎn)生夾渣,而 且鎂元素的溶解、擴(kuò)散需要較長時間,容易造成成分偏析。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鋁鎂硅系鋁合金的微合金化熔煉工藝,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程 的短流程、低成本、高效優(yōu)質(zhì)化運(yùn)行,滿足國內(nèi)外對高質(zhì)量鋁鎂硅系鋁合金材料的需求。本發(fā)明的目的通過以下方式實(shí)現(xiàn)一種鋁鎂硅系鋁合金的微合金化熔煉工藝,包 括以下步驟(1)將電解鋁液(要求Al化學(xué)成分質(zhì)量百分含量> 99. 70%)轉(zhuǎn)入熔煉爐, 加入固態(tài)冷料并調(diào)整鋁液溫度為730-750°C ; (2)將另一部分電解鋁液轉(zhuǎn)入中頻感應(yīng)爐,加 入工業(yè)硅(要求Si化學(xué)成分質(zhì)量百分含量> 99. 60%)配制AlSil2液態(tài)中間合金(簡稱 AlSil2鋁液);(3)對AlSil2鋁液進(jìn)行精煉處理;(4)調(diào)整AlSil2鋁液溫度為750°C ; (5) 將AlSil2鋁液在流槽內(nèi)沖刷鎂錠,再流入熔煉爐與步驟(1)處理的電解鋁液混合;(6)開 啟電磁攪拌裝置攪拌鋁液;(7)取爐前樣分析并進(jìn)行成分微調(diào);(8)精煉;(9)靜置;(10)在 線加入Α1-5 -Β晶粒細(xì)化劑線桿;(11)玻璃絲布過濾和雙級陶瓷過濾板過濾;(12)油氣 潤滑半連續(xù)鑄造;(13)成品入庫。所述步驟(1)中固態(tài)冷料為鑄錠切頭、重熔鋁錠及同類合金的擠壓型材幾何廢料 等回爐料中的一種或幾種。所述步驟(1)中固態(tài)冷料添加比例為電解鋁液質(zhì)量的20-40 %。所述步驟(2)中中頻感應(yīng)爐容量為800_1200Kg,額定功率為350-500KW。
所述步驟(2)中AlSil2液態(tài)中間合金為共晶鋁硅合金,其中Si元素的化學(xué)成分 質(zhì)量百分含量控制為10-13%。所述步驟(2)中AlSil2鋁液的配制工藝流程為先將工業(yè)硅裝入中頻感應(yīng)爐 爐底,再加入電解鋁液,啟動電源加熱20-50分鐘,利用中頻感應(yīng)爐的快速升溫特點(diǎn)和電 磁攪拌作用,促進(jìn)硅的溶解、擴(kuò)散和均勻性分布;所述工業(yè)硅的加入量為電解鋁液重量的 11-15%。所述步驟(5)中流槽為具有一定傾角(流槽與水平面傾角為40-50° )的L型流 道,其兩端開口且四周密封(其結(jié)構(gòu)如圖3-4所示),既保證了鋁液具有較快的流速,促進(jìn)了 鎂元素的溶解、擴(kuò)散和吸收,又避免了鋁液翻滾造成的氧化燒損及夾渣。所述步驟(6)中電磁攪拌采用間歇式運(yùn)行,共攪拌3次,每次攪拌時間為10-12分 鐘,間歇時間為5分鐘。所述步驟(8)中精煉為爐內(nèi)噴粉精煉,精煉溫度為730-750°C,精煉劑(行業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)YS/T 491-2005中規(guī)定牌號為RJ1-1)用量為l_3Kg/T_Al (每噸鋁),精煉氣體為純度 99. 99% (ν/ν)以上的氮?dú)饣驓鍤?,爐內(nèi)精煉器的設(shè)計(jì)及制作采用公司現(xiàn)有實(shí)用新型專利 技術(shù)(專利號200920240655. 0)。所述步驟(11)中雙級陶瓷過濾板的目數(shù)分別為30目、50目。本發(fā)明專利利用電解鋁液在中頻感應(yīng)爐內(nèi)配制AlSil2液態(tài)中間合金,代替現(xiàn)有 的配料加硅方式(如熔煉爐內(nèi)加AlSi20中間合金或加速溶硅或加工業(yè)硅),這樣有利于硅 元素的溶解、擴(kuò)散及吸收,避免了生產(chǎn)AlSi20中間合金錠的流程,減少了金屬燒損和能耗, 降低了鋁合金中的不溶硬質(zhì)點(diǎn)及夾渣含量。本發(fā)明專利利用AlSil2液態(tài)中間合金沖刷鎂 錠,通過特殊的L型流槽流入熔煉爐內(nèi)與已有電解鋁液混合,此合金化過程增加了鎂元素 與硅元素的接觸機(jī)會,有利于Mg2Si強(qiáng)化相質(zhì)點(diǎn)的形成,同時L型流槽設(shè)計(jì)特點(diǎn)促進(jìn)了鎂元 素的溶解、擴(kuò)散和吸收并避免了鋁液翻滾造成的氧化燒損及夾渣。本發(fā)明專利利用間歇式 電磁攪拌方法提高鋁液中合金元素的分布均勻性。鋁鎂硅系鋁合金中鎂、硅等主要合金元 素在鋁液中溶解、擴(kuò)散及生成Mg2Si強(qiáng)化相質(zhì)點(diǎn)都需要一定的時間,間歇式電磁攪拌方法明 顯地加快了這個過程,同時避免了合金元素的成分偏析。本發(fā)明專利采用爐內(nèi)噴粉精煉及 雙級陶瓷過濾板在線過濾,保證了鋁液中具有較低的含氫量及含渣量,采用油氣潤滑鑄造 工藝改善了鑄造結(jié)晶條件,提高了鑄錠的晶粒細(xì)化效果,這些工藝進(jìn)一步保證了產(chǎn)品具有 良好的合金化效果。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明方法所涉及的鋁鎂硅系鋁合金微合金化熔煉工藝具 有工藝流程短、生產(chǎn)成本低(可實(shí)現(xiàn)噸鋁生產(chǎn)成本降低320元)、產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)的顯著特點(diǎn),因 而該發(fā)明專利具有極高的應(yīng)用價(jià)值。
圖1為本發(fā)明方法生產(chǎn)的6063鋁合金微觀組織;圖2為傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的6063鋁 合金微觀組織;圖3為本發(fā)明流槽的主視結(jié)構(gòu)示意圖;圖4為本發(fā)明流槽的俯視結(jié)構(gòu)示意 圖。圖3和圖4中附圖標(biāo)記說明1、熔煉爐,2、水平上蓋,3、傾斜上蓋,4、豎直上蓋,5、注液 口,6、豎直段流槽,7、傾斜段流槽,8、水平段流槽。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例旨在說明本發(fā)明而非對本發(fā)明的進(jìn)一步限制。實(shí)施例1 本發(fā)明的6063鋁合金成分包括為=Si 0. 38-0. 42%, Mg 0. 5-0. 55%, Fe ^ 0. 20%, Ti :0. 010-0. 015%,余量為鋁。(1)將11噸電解鋁液轉(zhuǎn)入熔煉爐,加入3噸 的固態(tài)冷料(A199. 70重熔鋁錠),調(diào)整鋁液溫度至740°C ; (2)將700Kg電解鋁液轉(zhuǎn)入中頻 感應(yīng)爐,加入95Kg工業(yè)硅,開啟電源加熱20-30分鐘,中頻感應(yīng)爐在快速升溫的同時依靠自 身具有的電磁攪拌作用促進(jìn)了硅元素的溶解、擴(kuò)散和吸收,保證了所配制AlSil2液態(tài)中間 合金(以下簡稱AlSi 12鋁液)的成分均勻性;(3)對AlSi 12鋁液進(jìn)行精煉處理;精煉溫度 為730-750°C,精煉劑(行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YS/T 491-2005中規(guī)定牌號為RJ1-1)用量為2Kg/T_Al,精 煉氣體為純度達(dá)到99. 99%以上的氮?dú)猓?4)調(diào)整AlSi 12鋁液溫度至750°C;(5)將AlSi 12 鋁液在L型流槽內(nèi)沖刷鎂錠(鎂錠加入量為83Kg),再流入熔煉爐與步驟(1)處理的電解 鋁液混合;(6)開啟電磁攪拌裝置攪拌鋁液,電磁攪拌采用間歇式運(yùn)行,共攪拌3次,每次攪 拌時間為10分鐘,間歇時間為5分鐘;(7)取爐前樣分析并進(jìn)行成分微調(diào);(8)爐內(nèi)噴粉精 煉,精煉溫度為730-750°C,精煉劑(行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YS/T 491-2005中規(guī)定牌號為RJ1-1)用量 為2. 5Kg/T-Al,精煉氣體為純度99. 99%以上的氮?dú)猓?9)靜置20-30分鐘;(10)按2. 5Kg/ T-Al的比例在線加入Al-5Ti-B晶粒細(xì)化劑線桿;(11)玻璃絲布過濾和雙級陶瓷過濾板過 濾(30目+50目);(12)油氣潤滑半連續(xù)鑄造;(13)成品入庫。實(shí)施例2 本發(fā)明的6005鋁合金成分包括為=Si 0. 75-0. 80%, Mg 0. 5-0. 55%, Fe ^ 0. 20%, Ti :0. 010-0. 015%,余量為鋁。(1)將11噸電解鋁液轉(zhuǎn)入熔煉爐,加入3噸 的固態(tài)冷料(A199. 70鋁錠),調(diào)整鋁液溫度至740°C ; (2)將990Kg電解鋁液轉(zhuǎn)入中頻感應(yīng) 爐,加入135Kg工業(yè)硅,開啟電源加熱30-40分鐘,配制AlSil2液態(tài)中間合金(以下簡稱 AlSil2鋁液);(3)對AlSil2鋁液進(jìn)行精煉處理,精煉溫度為730-750°C,精煉劑(行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) YS/T 491-2005中規(guī)定牌號為RJ1-1)用量為2Kg/T_Al,精煉氣體為純度達(dá)到99. 99%以上 的氬氣;(4)調(diào)整々15112鋁液溫度至7501;(5)將AlSil2鋁液在L型流槽內(nèi)沖刷鎂錠(鎂 錠加入量為84Kg),再流入熔煉爐與步驟(1)處理的電解鋁液混合;(6)開啟電磁攪拌裝置 攪拌鋁液,電磁攪拌采用間歇式運(yùn)行,共攪拌3次,每次攪拌時間為12分鐘,間歇時間為5 分鐘;(7)取爐前樣分析并進(jìn)行成分微調(diào);(8)爐內(nèi)噴粉精煉,精煉溫度為730-750°C,精煉 劑(行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YS/T 491-2005中規(guī)定牌號為RJ1-1)用量為2. 5Kg/T_Al,精煉氣體為純度 99. 99%以上的氬氣;(9)靜置20-30分鐘;(10)按2. 5Kg/T_Al的比例在線加入Α1-5Τ -Β 晶粒細(xì)化劑線桿;(11)玻璃絲布過濾和雙級陶瓷過濾板過濾(30目+50目);(12)油氣潤 滑半連續(xù)鑄造;(13)成品入庫。采用本發(fā)明方法(實(shí)施例1)生產(chǎn)的6063鋁合金圓鑄錠內(nèi)部組織均勻致密,晶粒 細(xì)小,強(qiáng)化相分布彌散,無明顯疏松、夾渣、偏析等缺陷,如圖1所示。采用傳統(tǒng)熔煉方法(熔 煉爐內(nèi)加入AlSi20中間合金錠,攪拌加入鎂錠)生產(chǎn)的6063鋁合金圓鑄錠內(nèi)部晶界上容 易聚集粗大的Mg2Si相、過剩硅相及AlFeSi相等硬質(zhì)點(diǎn),如圖2所示。采用本發(fā)明方法制備的6063鋁合金圓鑄錠與采用傳統(tǒng)方法制備的6063鋁合金圓 鑄錠經(jīng)過同樣的均勻化退化、擠壓加工、熱處理等工藝處理,所得擠壓型材的各項(xiàng)性能對比 數(shù)據(jù)如表1所示。表1不同方法制備6063鋁合金擠壓型材各項(xiàng)性能對比數(shù)據(jù)
制備方法Α全 η i 狀態(tài)壁厚 (mm)抗拉強(qiáng)度 (MPa)屈服強(qiáng)度 (MPa)延伸率 (%)本發(fā)明方法T6<102322089.8傳統(tǒng)方法T6<102151929.2鋁合金建筑型材第1部 分基材(GB5237.1-2004)T6所有>205>180>8由表1對比數(shù)據(jù)可知,本發(fā)明方法生產(chǎn)的6063鋁合金圓鑄錠與傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的 6063鋁合金圓鑄錠經(jīng)擠壓加工后型材各項(xiàng)性能均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)(GB5237. 1-2004),而且前 者的各項(xiàng)性能均優(yōu)于后者。本發(fā)明方法所涉及的鋁鎂硅系鋁合金微合金化熔煉工藝具有工藝流程短、生產(chǎn)成 本低、產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)的顯著特點(diǎn),因而該發(fā)明專利具有極高的應(yīng)用價(jià)值。實(shí)施例3如圖3和圖4所示,本發(fā)明流槽的結(jié)構(gòu)包括流槽本體,所述的流槽本體包括水平段 流槽8、傾斜段流槽7和豎直段流槽6,所述的水平段流槽8和豎直段流槽6分別設(shè)置在傾 斜段流槽7的兩端,所述的水平段流槽8的另一端與熔煉爐1相連,所述的流槽本體的上部
設(shè)置有保溫蓋。所述的保溫蓋與流槽本體鉸接,所述的保溫蓋為分段式結(jié)構(gòu),包括水平上蓋2、傾 斜上蓋3和豎直上蓋4,所述的水平上蓋2、傾斜上蓋3和豎直上蓋4分別設(shè)置在水平段流 槽8、傾斜段流槽7和豎直段流槽6的上部,所述的豎直上蓋4與豎直段流槽6之間構(gòu)成注 液口 5。所述的傾斜段流槽7與水平面的傾角為40° -50°。這樣提高了鋁液在流槽本體 內(nèi)的流速,增加了鋁液對鎂錠的沖刷力度,有利于鎂元素的溶解、擴(kuò)散和吸收,保證了鋁合 金成分的均勻性。所述的流槽本體的上部設(shè)置有保溫蓋,保證流槽本體內(nèi)部不僅有良好的保溫性 能,而且空間相對密閉,這樣既有助于減少鋁液熱量散失,提高鋁液流動性,同時也有利于 鎂元素的溶解、吸收,減少鎂元素的氧化燒損。保溫蓋為分段式結(jié)構(gòu),使用方便。使用時,將傾斜段流槽7上部的傾斜上蓋3打開,將鎂錠置于傾斜段流槽7內(nèi),然 后關(guān)閉傾斜上蓋3,此時,從注液口 5開始向流槽本體內(nèi)注入鋁液,從而使鋁液對鎂錠進(jìn)行 沖刷,有利于鎂元素的溶解、擴(kuò)散和吸收,提高了鎂元素的合金化效果。
權(quán)利要求
1.一種鋁鎂硅系鋁合金的微合金化熔煉工藝,其特征是,包括以下步驟(1)將電解 鋁液轉(zhuǎn)入熔煉爐,加入固態(tài)冷料并調(diào)整鋁液溫度為730-750°C ; (2)將另一部分電解鋁液轉(zhuǎn) 入中頻感應(yīng)爐,加入工業(yè)硅配制AlSil2鋁液;(3)對AlSil2鋁液進(jìn)行精煉處理;(4)調(diào)整 AlSil2鋁液溫度為750°C;(5)將AlSil2鋁液在流槽內(nèi)沖刷鎂錠,再流入熔煉爐與步驟(1) 處理的電解鋁液混合;(6)開啟電磁攪拌裝置攪拌鋁液;(7)取爐前樣分析并進(jìn)行成分微 調(diào);⑶精煉;(9)靜置;(10)在線加入Α1-5 -Β晶粒細(xì)化劑線桿;(11)玻璃絲布過濾和雙 級陶瓷過濾板過濾;(12)油氣潤滑半連續(xù)鑄造;(13)成品入庫。
2.如權(quán)利要求1所述的鋁鎂硅系鋁合金的微合金化熔煉工藝,其特征是,所述步 驟(1)中固態(tài)冷料為回爐料中的一種或幾種;所述固態(tài)冷料添加比例為電解鋁液質(zhì)量的 20-40%。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鋁鎂硅系鋁合金的微合金化熔煉工藝,其特征是,所述步驟 (2)中AlSil2鋁液為共晶鋁硅合金,其中Si元素的化學(xué)成分質(zhì)量百分含量為10-13%。
4.如權(quán)利要求3所述的鋁鎂硅系鋁合金的微合金化熔煉工藝,其特征是,所述步驟(2) 中AlSil2鋁液的配制工藝流程為先將工業(yè)硅裝入中頻感應(yīng)爐爐底,再加入電解鋁液,啟 動電源加熱20-50分鐘;所述工業(yè)硅的加入量為電解鋁液重量的11-15%。
5.如權(quán)利要求1或4所述的鋁鎂硅系鋁合金的微合金化熔煉工藝,其特征是,所述步驟 (2)中中頻感應(yīng)爐容量為800-1200Kg,額定功率為350-500KW。
6.如權(quán)利要求1或4所述的鋁鎂硅系鋁合金的微合金化熔煉工藝,其特征是,所述步驟 (5)中流槽為與水平面傾角呈40-50°度角的L型流道,其兩端開口且四周密封。
7.如權(quán)利要求1或4所述的鋁鎂硅系鋁合金的微合金化熔煉工藝,其特征是,所述步 驟(6)中電磁攪拌采用間歇式運(yùn)行,共攪拌3次,每次攪拌時間為10-12分鐘,間歇時間為 5分鐘。
8.如權(quán)利要求1或4所述的鋁鎂硅系鋁合金的微合金化熔煉工藝,其特征是,所述步 驟(8)中精煉為爐內(nèi)噴粉精煉,精煉溫度為730-750°C,精煉劑用量為l_3Kg/T-Al,精煉氣 體為純度99. 99% (ν/ν)以上的氮?dú)饣驓鍤狻?br>
9.如權(quán)利要求1或4所述的鋁鎂硅系鋁合金的微合金化熔煉工藝,其特征是,所述步驟 (11)中雙級陶瓷過濾板的目數(shù)分別為30目、50目。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁鎂硅系鋁合金的微合金化熔煉工藝,屬于鋁產(chǎn)品加工領(lǐng)域。本發(fā)明利用電解鋁液和工業(yè)硅在中頻爐內(nèi)配制AlSi12液態(tài)中間合金,并利用此液態(tài)中間合金在專用流槽內(nèi)沖刷鎂錠,混合后的鋁液在熔煉爐內(nèi)稀釋得到合金化效果良好的鋁鎂硅系鋁合金熔體。該工藝可代替目前常用的在熔煉爐內(nèi)加工業(yè)硅或速溶硅或鋁硅中間合金的加硅方式以及攪拌或壓入鎂錠的加鎂方式,有助于Mg、Si元素的充分溶解、擴(kuò)散和吸收,有利于Mg2Si強(qiáng)化相的形成及其均勻性分布,從而提高了擠壓鑄錠產(chǎn)品質(zhì)量及其加工性能。
文檔編號C22C21/02GK102140589SQ20111011522
公開日2011年8月3日 申請日期2011年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月5日
發(fā)明者孟祥永, 崔華清, 崔立新 申請人:山東創(chuàng)新金屬科技股份有限公司