2xxx系鋁合金大規格鑄錠除氣精煉的方法

2023-07-12 01:29:16

2xxx系鋁合金大規格鑄錠除氣精煉的方法
【專利摘要】本發明涉及一種2XXX系鋁合金大規格鑄錠除氣精煉的方法,其方法包括熔煉、精煉、一級在線除氣和二級在線除氣等步驟，採用多種工藝相結合，可以將2XXX系鋁合金大規格鑄錠中的H含量控制在0.07ml/100gAl以下，能夠顯著提高除氣效率和除氣質量，得到無裂紋、疏鬆、針狀氣孔、夾雜等鑄造缺陷2XXX系鋁合金大規格鑄錠，使鑄錠成品率達到90%以上。
【專利說明】2XXX系鋁合金大規格鑄錠除氣精煉的方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鋁合金加工領域，具體涉及一種2XXX系鋁合金大規格鑄錠除氣 精煉的方法。

【背景技術】
[0002] 鋁及鋁合金材料由於具有密度小、比強度高、比剛度高、彈性好、抗衝擊性能良好、 耐腐蝕、耐磨、高導電、高導熱、易表面著色、易加工、可回收再生等優良特性，廣泛用於交通 運輸、包裝容器、建築裝飾、航空航天、機械電器、電子通訊、石油化工等行業。尤其在航空航 天工業中，由於鋁材是首選的輕量化結構材料，因此用量非常大。在飛機用材中，鋁材用量 約佔80%以上。航空太空飛行器具有高機動性、高載荷、高抗壓和高耐疲勞及高速與高可靠性的 特點，因此對鋁合金冶金質量要求嚴格。
[0003] 隨著國內大飛機國產化進程的加快和載人航天工程的推進，對大規格高性能航空 航天用2XXX系鋁合金產品質量要求越來越高，不但要求鑄錠要有好的鑄造成型性能和冶 金質量，而且對氣體(氫）等冶金質量缺陷的控制越來越嚴。氣體(氫）的存在會直接影響到 鋁合金產品的強度、塑性變形性能及最終的使用性能。鋁合金的高效除氫精煉一直是國內 外鋁加工業攻克的難題，在線除氣技術也是在各大鋁合金企業得到了重點的發展和研究。
[0004] 目前鋁熔體在線除氫淨化方法較好的主要有：如美國聯合碳化物公司SNIF法，法 國彼西涅公司ALPUR法，英國聯合鋁業公司RDU法，Alcoa469法，Alcoal81法，英國鋁業公 司FILD法，美國聯合鋁業公司MINT法等多種方法；這些方法各有特色，其主要是通過鋁熔 體直接與吸附劑(各種氣體、液體、固體精煉劑及過濾介質）相接觸，使吸附劑與熔體中的氣 體與固體氧化夾雜物發生物理化學的，物理的或機械的作用，達到除氣除雜的目的，但除氣 效果差別不顯著。20世紀 9〇年代以來，國內鋁熔體潔淨化技術有了較大的提高，硬鋁中的 氫含量能達到〇· 12-0. 14ml/100g*Al水平，10 μ m夾渣可除去90%以上；實驗室的水平更高 一些。西南鋁業（集團）有限責任公司的在線除氣和氫含量檢測等技術在國內是先進的。 但在整體上，我國鋁熔體潔淨化技術與水平同國際先進水平相比，還有較大差距。
[0005] 國內現在使用的在線除氫淨化技術如傳統的吹氣法(氣泡浮遊法）只能滿足某方 面的條件，難以滿足淨化的各項要求。而過濾法雖然可以去除熔體中的夾雜物，但除氫效果 甚微。溶劑法是使用的比較廣泛的除氣方法，但是各種覆蓋劑、除氣劑的重複使用造成溶劑 成本增高，同時也會人為的增加引入新的雜質的機率。真空處理是降低鋁熔體中氫含量的 最有效的辦法，但其所需真空設備價格昂貴，同時造成熔體溫度損失較大，除雜能力也極為 有限，在工業生產中很少採用，目前國內的除氫技術主要來源於發達國家，自主創新的技術 不多。


【發明內容】

[0006] 本發明的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種能夠顯著提高除氣效率和除 氣質量，消除2XXX系鋁合金大規格鑄錠的裂紋、縮孔、針狀氣孔、夾雜等鑄造缺陷的方法， 使鋁熔體除氫率達到7〇%以上，鑄錠成品率達到90%以上。
[0007] 本發明是這樣實現的： 一種2XXX系鋁合金大規格鑄錠除氣精煉的方法，其特徵在於：包括熔煉、精煉、一級在 線除氣和二級在線除氣等步驟，步驟如下： (I)熔煉：將純度達99. 75%及以上的鋁錠投入熔煉爐中進行熔煉，按配比稱重好並裝 爐後，採用熱能效率和密閉性好的蓄熱式噴嘴熔鋁爐進行熔煉，在熔煉過程中用電磁攪拌 加速熔煉速度，並用扒渣車對鋁液夾渣進行扒渣操作，扒渣時間小於45分鐘，扒渣後取樣 進行成分分析，然後調整合金成分，使其合金成分達到要求，鋁液在熔煉爐內時間低於8h。
[0008] (2)精煉：將鋁液加熱至720?760?後轉至保溫爐內保溫、靜置，並進行易燒 損合金元素的添加，再進行爐內精煉；鋁液轉入保溫爐後，開啟電磁攪拌，並重新加熱 至720?760Γ，合金成分合格後進行初級精煉，採用氯氣和氬氣混合氣體精煉,氯氣流 量· 01-0. 18m3/h，氯氣壓力為5〇_65〇Kpa,氬氣流量〇· l-l〇m3/h,氬氣壓力100-980Kpa,精煉 時間為10?30min，精煉過程中需要對鋁液表面的浮渣進行清理，精煉完成後停止電磁攪 拌。
[0009] (3)-級在線除氣：爐內精煉完成後，在一級鋁液流槽使用在線測氫儀測定鋁熔體 的液態氫含量，將鋁液轉至一級除氣裝置，一級除氣裝置將氯氣和氬氣混合氣體通過轉子 進行攪拌形成微小彌散的氣泡，氣泡上浮過程中吸附鋁液中的游離氫和有害物質，除氣過 程中鋁液溫度保持在720?750°C之間，完成一級在線除氣除渣。
[0010] (4)二級在線除氣：鋁液經過一級除氣裝置後，將鋁液轉至二級除氣裝置，二級除 氣裝置將氬氣通過轉子進行攪拌形成微小彌散的氣泡，氣泡上浮過程中吸附鋁液中的游離 氫和有害物質，除氣過程中鋁液溫度保持在720?750?之間，完成二級在線除氣除渣，最 後在二級鋁液流槽中使用在線測氫儀測定鋁熔體的液態氫含量。
[0011] 以上所述的一級在線除氣的工藝條件為：轉子轉速300-500Rpm，氯氣壓力 2〇_3〇OKpa，氯氣流量 〇· 〇l-2m3/h，氬氣壓力 50-500Kpa,氬氣流量 0· 〇5_6m3/h。
[0012] 以上所述的二級在線除氣的工藝條件為：轉子轉速300-500Rpm，氬氣壓力 50_500Kpa，氬氣流量 〇. 〇5_6m3/h。
[0013] 本發明2XXX系鋁合金大規格鑄錠除氣精煉的設備，其特徵在於：包括傾動式保溫 爐、除氣櫃、一級鋁液流槽、一級在線除氣裝置、二級在線除氣裝置、二級鋁液流槽和在線過 濾槽，所述的傾動式保溫爐、一級鋁液流槽、一級在線除氣裝置、二級在線除氣裝置、二級鋁 液流槽和在線過濾槽依次連接，在傾動式保溫爐內設有精煉槍；除氣精煉設備還包括除氣 櫃，所述的精煉槍通過精煉混合氣體管路與除氣櫃連接。
[0014] 以上所述的一級在線除氣裝置通過除氣混合氣體管路與除氣櫃連接，所述的二級 在線除氣裝置通過除氣氬氣管路與除氣櫃連接。
[0015] 以上所述的在線過濾槽內設有陶瓷過濾板。
[0016] 本發明的突出的實質性特點和顯著的進步是： 1、本發明的2XXX系鋁合金大規格鑄錠除氣精煉的方法在除氣過程中採用二級除氣， 使得除氣的效果更好，可以將2XXX系鋁合金大規格鑄錠中的Η含量控制在〇· 〇7ml/10〇gAl 以下，能夠滿足未來航空航天用鋁合金質量要求。
[0017] 2、本發明的2XXX系鋁合金大規格鑄錠除氣精煉的方法採用多種工藝相結合，能 夠顯著提高除氣效率和除氣質量，得到無裂紋、疏鬆、針狀氣孔、夾雜等鑄造缺陷2XXX系鋁 合金大規格鑄錠，使鑄錠成品率達到90%以上。
[0018] 3、本發明的2XXX系鋁合金大規格鑄錠除氣精煉設備結構設計合理，製作成本低， 使用壽命長，維修方便。

【專利附圖】

【附圖說明】 >
[0019] 圖1是本發明2XXX系鋁合金大規格鑄錠除氣精煉設備結構示意簡圖。
[0020] 附圖標記名稱及序號說明： 傾動式保溫爐1、精煉槍2、除氣櫃3、一級鋁液流槽4、一級在線除氣裝置5、二級在線除 氣裝置6、二級鋁液流槽7、在線過濾槽8、除氣混合氣體管路9、除氣氬氣管路10、精煉混合 氣體管路11。

【具體實施方式】
[0021] 以下結合附圖及實施例對本發明2XXX系鋁合金大規格鑄錠除氣精煉的方法作進 一步的說明。
[0022] 如圖1所示，為2XXX系鋁合金大規格鑄錠除氣精煉設備，包括傾動式保溫爐1、精 煉槍2、除氣櫃3、一級鋁液流槽4、一級在線除氣裝置5、二級在線除氣裝置6、二級鋁液流槽 7、在線過濾槽8、除氣混合氣體管路9、除氣氬氣管路10和精煉混合氣體管路11，所述的傾 動式保溫爐1、一級鋁液流槽4、一級在線除氣裝置5、二級在線除氣裝置6、二級鋁液流槽7 和在線過濾槽8依次連接，在傾動式保溫爐1內設有精煉槍2,所述的精煉槍2通過精煉混 合氣體管路11與除氣櫃3連接，所述的一級在線除氣裝置5通過除氣混合氣體管路 9與除 氣櫃3連接，所述的二級在線除氣裝置6通過除氣氬氣管路10與除氣櫃3連接，所述的在 線過濾槽8內設有陶瓷過濾板。
[0023] 實施例1 以生產2219鋁合金為例： (1)熔煉：將純度達99· 75%及以上的鋁錠投入熔煉爐中進行熔煉，按配比稱重好並裝 爐後，採用熱能效率和密閉性好的蓄熱式噴嘴熔鋁爐進行熔煉，在熔煉過程中用電磁攪拌 加速熔煉速度，並用扒渣車對鋁液夾渣進行扒渣操作，扒渣時間42分鐘，扒渣後取樣進行 成分分析，然後調整合金成分，使其合金成分達到要求，鋁液在熔煉爐內時間低於7。
[0024] (2)精煉：將鋁液加熱至720?後轉至保溫爐內保溫、靜置，並進行易燒損合金元 素的添加，再進行爐內精煉；鋁液轉入保溫爐後，開啟電磁攪拌，並重新加熱至720°C，合金 成分合格後進行初級精煉，米用氯氣和氬氣混合氣體精煉，氯氣流量0· 01m3/h,氯氣壓力為 50Kpa，氬氣流量0. lm3/h，氬氣壓力lOOKpa，精煉時間為lOmin，精煉過程中需要對鋁液表面 的浮渣進行清理，精煉完成後停止電磁攪拌。
[0025] (3)-級在線除氣：爐內精煉完成後，在一級鋁液流槽使用在線測氫儀測定鋁熔體 的液態氫含量，將鋁液轉至一級除氣裝置，一級除氣裝置將氯氣和氬氣混合氣體通過轉子 進行攪拌形成微小彌散的氣泡，氣泡上浮過程中吸附鋁液中的游離氫和有害物質，除氣過 程中鋁液溫度保持在72〇°c，完成一級在線除氣除渣，工藝條件為：轉子轉速 300Rpm，氯氣 壓力20Kpa，氯氣流量0· 01m3/h，氬氣壓力5〇Kpa,氬氣流量〇. 05m3/h。
[0026] (4)二級在線除氣：鋁液經過一級除氣裝置後，將鋁液轉至二級除氣裝置，二級除 氣裝置將氬氣通過轉子進行攪拌形成微小彌散的氣泡，氣泡上浮過程中吸附鋁液中的游離 氫和有害物質，除氣過程中鋁液溫度保持在720°C，完成二級在線除氣除渣，工藝條件為： 轉子轉速300Rpm，氬氣壓力50Kpa，氬氣流量0. 05m3/h，最後在二級鋁液流槽中使用在線測 氫儀測定鋁熔體的液態氫含量。
[0027] 實施例2 以生產2219鋁合金為例： (1)熔煉：將純度達99. 75%及以上的鋁錠投入熔煉爐中進行熔煉，按配比稱重好並裝 爐後，採用熱能效率和密閉性好的蓄熱式噴嘴熔鋁爐進行熔煉，在熔煉過程中用電磁攪拌 加速熔煉速度，並用扒渣車對鋁液夾渣進行扒渣操作，扒渣時間40分鐘，扒渣後取樣進行 成分分析，然後調整合金成分，使其合金成分達到要求，鋁液在熔煉爐內時間低於7. 5。 [0028] (2)精煉：將鋁液加熱至730°C後轉至保溫爐內保溫、靜置，並進行易燒損合金元 素的添加，再進行爐內精煉；鋁液轉入保溫爐後，開啟電磁攪拌，並重新加熱至730?，合金 成分合格後進行初級精煉，採用氯氣和氬氣混合氣體精煉，氯氣流量〇. l〇m3/h，氯氣壓力為 150Kpa，氬氣流量2m3/h，氬氣壓力300Kpa，精煉時間為20min，精煉過程中需要對鋁液表面 的浮渣進行清理，精煉完成後停止電磁攪拌。
[0029] (3)-級在線除氣：爐內精煉完成後，在一級鋁液流槽使用在線測氫儀測定鋁熔體 的液態氫含量，將鋁液轉至一級除氣裝置，一級除氣裝置將氯氣和氬氣混合氣體通過轉子 進行攪拌形成微小彌散的氣泡，氣泡上浮過程中吸附鋁液中的游離氫和有害物質，除氣過 程中鋁液溫度保持在730°C，完成一級在線除氣除渣，工藝條件為：轉子轉速350Rpm，氯氣 壓力lOOKpa，氯氣流量0.5m 3/h，氬氣壓力l5〇Kpa，氬氣流量2m3/h。
[0030] (4)二級在線除氣：鋁液經過一級除氣裝置後，將鋁液轉至二級除氣裝置，二級除 氣裝置將氬氣通過轉子進行攪拌形成微小彌散的氣泡，氣泡上浮過程中吸附鋁液中的游離 氫和有害物質，除氣過程中鋁液溫度保持在730°C，完成二級在線除氣除渣，工藝條件為： 轉子轉速380Rpm,氬氣壓力200Kpa,氬氣流量2m 3/h，最後在二級鋁液流槽中使用在線測氫 儀測定鋁熔體的液態氫含量。
[0031] 實施例3 以生產2124鋁合金為例： (1)熔煉：將純度達99. 75%及以上的鋁錠投入熔煉爐中進行熔煉，按配比稱重好並裝 爐後，採用熱能效率和密閉性好的蓄熱式噴嘴熔鋁爐進行熔煉，在熔煉過程中用電磁攪拌 加速熔煉速度，並用扒渣車對鋁液夾渣進行扒渣操作，扒渣時間35分鐘，扒渣後取樣進行 成分分析，然後調整合金成分，使其合金成分達到要求，鋁液在熔煉爐內時間低於6. 5h。
[0032] (2)精煉：將鋁液加熱至740°C後轉至保溫爐內保溫、靜置，並進行易燒損合金元 素的添加，再進行爐內精煉；鋁液轉入保溫爐後，開啟電磁攪拌，並重新加熱至740°C，合金 成分合格後進行初級精煉，採用氯氣和氬氣混合氣體精煉，氯氣流量〇· 15m3/h，氯氣壓力為 400Kpa，氬氣流量5m3/h，氬氣壓力600Kpa，精煉時間為25min，精煉過程中需要對鋁液表面 的浮渣進行清理，精煉完成後停止電磁攪拌。
[0033] (3)-級在線除氣：爐內精煉完成後，在一級鋁液流槽使用在線測氫儀測定鋁熔體 的液態氫含量，將鋁液轉至一級除氣裝置，一級除氣裝置將氯氣和氬氣混合氣體通過轉子 進行攪拌形成微小彌散的氣泡，氣泡上浮過程中吸附鋁液中的游離氫和有害物質，除氣過 程中鋁液溫度保持在740°C，完成一級在線除氣除渣，工藝條件為：轉子轉速400Rpm，氯氣 壓力200Kpa，氯氣流量lm 3/h，氬氣壓力400Kpa，氬氣流量4m3/h。
[0034] (4)二級在線除氣：鋁液經過一級除氣裝置後，將鋁液轉至二級除氣裝置，二級除 氣裝置將氬氣通過轉子進行攪拌形成微小彌散的氣泡，氣泡上浮過程中吸附鋁液中的游離 氫和有害物質，除氣過程中鋁液溫度保持在740°c，完成二級在線除氣除渣，工藝條件為： 轉子轉速400Rpm，氬氣壓力400Kpa，氬氣流量4m 3/h，最後在二級鋁液流槽中使用在線測氫 儀測定鋁熔體的液態氫含量。
[0035] 實施例4 以生產2124鋁合金為例： (1)熔煉：將純度達99. 75%及以上的鋁錠投入熔煉爐中進行熔煉，按配比稱重好並裝 爐後，採用熱能效率和密閉性好的蓄熱式噴嘴熔鋁爐進行熔煉，在熔煉過程中用電磁攪拌 加速熔煉速度，並用扒渣車對鋁液夾渣進行扒渣操作，扒渣時間38分鐘，扒渣後取樣進行 成分分析，然後調整合金成分，使其合金成分達到要求，鋁液在熔煉爐內時間低於6h。
[0036] (2)精煉：將鋁液加熱至760?後轉至保溫爐內保溫、靜置，並進行易燒損合金元 素的添加，再進行爐內精煉；鋁液轉入保溫爐後，開啟電磁攪拌，並重新加熱至760?，合金 成分合格後進行初級精煉，採用氯氣和氬氣混合氣體精煉，氯氣流量0. 18tn3/h，氯氣壓力為 650Kpa，氬氣流量10m3/h，氬氣壓力980Kpa，精煉時間為30min，精煉過程中需要對鋁液表面 的浮渣進行清理，精煉完成後停止電磁攪拌。
[0037] ( 3 ) -級在線除氣：爐內精煉完成後，在一級鋁液流槽使用在線測氫儀測定鋁熔體 的液態氫含量，將鋁液轉至一級除氣裝置，一級除氣裝置將氯氣和氬氣混合氣體通過轉子 進行攪拌形成微小彌散的氣泡，氣泡上浮過程中吸附鋁液中的游離氫和有害物質，除氣過 程中鋁液溫度保持在750°C，完成一級在線除氣除渣，工藝條件為：轉子轉速500Rpm，氯氣 壓力300Kpa，氯氣流量2m 3/h,氬氣壓力500Kpa,氬氣流量6m3/h。
[0038] (4)二級在線除氣：鋁液經過一級除氣裝置後，將鋁液轉至二級除氣裝置，二級除 氣裝置將氬氣通過轉子進行攪拌形成微小彌散的氣泡，氣泡上浮過程中吸附鋁液中的游離 氫和有害物質，除氣過程中鋁液溫度保持在75(TC，完成二級在線除氣除渣，工藝條件為： 轉子轉速500Rpm，氬氣壓力500Kpa，氦氣流量6m 3/h,最後在二級錯液流槽中使用在線測氣 儀測定鋁熔體的液態氫含量。
[0039]本發明2XXX系鋁合金熔體除氣前後氫含量的對比：

【權利要求】
1. 一種2XXX系鋁合金大規格鑄錠除氣精煉的方法，其特徵在於：包括熔煉、精煉、一 級在線除氣和二級在線除氣等步驟，步驟如下： (1) 熔煉：將純度達99. 75%及以上的鋁錠投入熔煉爐中進行熔煉，按配比稱重好並裝 爐後，採用熱能效率和密閉性好的蓄熱式噴嘴熔鋁爐進行熔煉，在熔煉過程中用電磁攪拌 加速熔煉速度，並用扒渣車對鋁液夾渣進行扒渣操作，扒渣時間小於45分鐘，扒渣後取樣 進行成分分析，然後調整合金成分，使其合金成分達到要求，鋁液在熔煉爐內時間低於8h ; (2) 精煉：將鋁液加熱至720?760°C後轉至保溫爐內保溫、靜置，並進行易燒損 合金元素的添加，再進行爐內精煉；鋁液轉入保溫爐後，開啟電磁攪拌，並重新加熱至 720?760°C，合金成分合格後進行初級精煉，採用氯氣和氬氣混合氣體精煉，氯氣流 量· 01-0. 18m3/h，氯氣壓力為50-650Kpa，氬氣流量0· l-10m3/h，氬氣壓力100-980Kpa，精煉 時間為10?30min，精煉過程中需要對鋁液表面的浮渣進行清理，精煉完成後停止電磁攪 拌； (3) -級在線除氣：爐內精煉完成後，在一級鋁液流槽使用在線測氫儀測定鋁熔體的液 態氫含量，將鋁液轉至一級除氣裝置，一級除氣裝置將氯氣和氬氣混合氣體通過轉子進行 攪拌形成微小彌散的氣泡，氣泡上浮過程中吸附鋁液中的游離氫和有害物質，除氣過程中 鋁液溫度保持在720?750°C之間，完成一級在線除氣除渣； (4) 二級在線除氣：鋁液經過一級除氣裝置後，將鋁液轉至二級除氣裝置，二級除氣裝 置將氬氣通過轉子進行攪拌形成微小彌散的氣泡，氣泡上浮過程中吸附鋁液中的游離氫和 有咅物質，除氣過程中錯液溫度保持在720?750 C之間，完成_級在線除氣除漁，最後在 二級鋁液流槽中使用在線測氫儀測定鋁熔體的液態氫含量。
2. 根據權利要求1所述的2XXX系鋁合金大規格鑄錠除氣精煉的方法，其特徵在於： 所述的一級在線除氣的工藝條件為：轉子轉速300-500Rpm，氯氣壓力20-300Kpa，氯氣流量 0· 01-2m3/h，氬氣壓力 50-500Kpa，氬氣流量 0· 05-6m3/h。
3. 根據權利要求1所述的2XXX系鋁合金大規格鑄錠除氣精煉的方法，其特徵在於： 所述的二級在線除氣的工藝條件為：轉子轉速300-500Rpm，氬氣壓力50-500Kpa，氬氣流量 0· 05-6m3/h。
【文檔編號】C22C1/06GK104232968SQ201410451481
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月8日 優先權日:2014年9月8日
【發明者】唐露華, 楊文 , 樂永康, 何克準, 周文標 申請人:廣西南南鋁加工有限公司