CN106086489A - 一种用宽度可调倒角结晶器铸造大宽厚比铝合金扁锭的方法 - Google Patents

一种用宽度可调倒角结晶器铸造大宽厚比铝合金扁锭的方法 Download PDF

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Abstract

一种用宽度可调倒角结晶器铸造大宽厚比铝合金扁锭的方法，属于金属加工技术领域。本发明包括如下步骤：（1）配料；（2）熔炼；（3）保温、精炼、静置；（4）在线精炼；（5）晶粒细化；（6）过滤；（7）铸造；（8）均热。本发明在铸造的过程中使用了倒角结晶器，宽度可调，能提高设备利用率，节约设备与维护成本，减少扁锭铣削量，提高成品率，实现了宽厚比达4.13‑4.67，扁锭宽度达2270‑2570mm尺寸的铝合金扁锭，能满足不同客户需求。

Description

一种用宽度可调倒角结晶器铸造大宽厚比铝合金扁锭的方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金扁锭的铸造方法，特别涉及一种用宽度可调倒角结晶器铸造大宽厚比铝合金扁锭的方法。
背景技术
工业生产中，铸造铝合金扁锭容易出现较多缺陷，如成分超标与偏析、晶粒度粗大、氧化物夹杂、气泡、缩松、表面偏析瘤、裂纹、锭尾塌陷通裂等缺陷，导致成品率很难保障。尤其铸造大规格扁锭，其角部在二维冷却区作用下易于进入第三脆性区，从而产生大量的角部裂纹缺陷，目前解决的办法是采用带圆弧的结晶器以及对电磁铸造、wagstaff和低液位铸造法过程的调控与改进。
圆弧结晶器能缓解直角结晶器边角处横裂纹，但其加工难度大，尺寸难保证，在后续维护中成本较高。同时，铸造出的圆弧扁锭在铣削时铣削量更大，成品率低。电磁铸造采用电磁结晶器，铸造出的铸锭宏观组织细小均匀，表面光滑、偏析层薄，但由于其技术设备与专利使用费用高昂，工业生产中应用并不广泛。wagstaff和低液位铸造法在生产中运用较广，由于铸造中的冷却水水质、水流量、铸造温度、铝液温度以及铸锭与结晶器的种类与规格不同，实际铸造出的铝合金扁锭质量并不均匀稳定，铸造容易出现大量废品。传统铸造加工中采用固定式结晶器铸造，宽度单一，设备利用率低。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的不足，提供一种用宽度可调倒角结晶器铸造大宽厚比铝合金扁锭的方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种用宽度可调倒角结晶器铸造大宽厚比铝合金扁锭的方法，具体包括如下步骤：
（1）配料：根据目标合金成分计算重熔用铝锭和返回料以及各中间合金的用量，返回料占总投入量的质量百分比为0-80%，称取原料；
（2）熔炼：将原料投入熔炼炉，熔炼温度为680-760℃，搅拌，熔炼后得到铝合金熔体，将铝合金熔体转注到保温炉；
（3）保温、精炼、静置：向保温炉中的铝合金熔体通入Ar-Cl2混合气体进行精炼，氩气与氯气通入流量的体积比为4-60：1，精炼时间为10-50分钟，精炼后在保温炉对铝合金熔体静置10-60分钟；
（4）在线精炼：采用在线除气精炼装置对步骤（3）保温静置后的铝合金熔体进行精炼，通入氯气和氩气，氩气与氯气通入流量的体积比为7-80：1，控制气体流量计的转子转速为100-650Rpm，精炼温度为700-735℃，得到精炼后的铝合金熔体，精炼后的铝合金熔体中的氢浓度≤0.12mg/100g；
（5）晶粒细化：向步骤（4）精炼后的铝合金熔体中连续添加Al-Ti-B丝进行晶粒细化处理，添加速度为80-150 cm/min，得到晶粒细化后的铝合金熔体；
（6）在线过滤：对步骤（5）得到的铝合金熔体进行过滤除渣；
（7）铸造：将步骤（6）中过滤后所得的铝合金熔体用宽幅调节范围为2270-2570 mm，宽厚比范围为4.13-4.67的倒角结晶器铸造，控制浇铸温度为680～720℃，水流量为10-90m2/h，水压为2.0-7.0 bar，铸造速度为20-55 mm/min，得到铝合金扁锭半成品；
（8）均热：将铸造后的铝合金扁锭半成品进行均热处理，得到铝合金扁锭。
上述技术方案中，所述步骤（2）还包括铝合金熔体成分调整的过程：所有原料投炉后，当熔炼温度到达710-～740℃后再熔炼5-20分钟，取铝合金熔体进行检测，根据检测结果对合金各成分进行调整，向熔炼炉补充原料继续熔化，当达到目标合金成分时，将熔化完成后得到的铝合金熔体转注到保温炉。
上述技术方案，所述步骤 （2）中，搅拌时使用电磁搅拌器进行搅拌。
上述技术方案，所述步骤 （6）中，过滤方式采用20-50ppi泡沫陶瓷过滤板进行过滤。
上述技术方案，所述步骤 （8）中，均热方式为单级均热或者双级均热，能有效消除扁锭枝晶偏析。
上述技术方案中，所述铝合金扁锭宽厚比为4.13-4.67，宽度尺寸为2270-2570mm。
上述技术方案中，所述返回料包括铝合金扁锭的铣削尾料、加工不合格的铝合金扁锭等。
有益效果：本发明用宽度可调倒角结晶器铸造铝合金扁锭的方法，通过对铝合金熔体成分的调整，能精确控制铝合金扁锭成分；选择适宜的除气精炼工艺参数，能有效控制铝合金扁锭的化学成分含量、氢含量和杂质含量，改善铝合金扁锭质量缺陷，有效防止传统方法中出现的铸造裂纹、表面偏析瘤、晶粒度粗大等铸造缺陷，提高铸造成功率。
本发明使用倒角结晶器代替圆弧结晶器，宽幅调节范围为2270-2570mm，宽度可调范围大，能提高设备利用率，节约设备与维护成本，尺寸方便铣削，减少扁锭铣削量，提高成品率，实现了宽厚比达4.13-4.67，扁锭宽度达2270-2570mm尺寸的铝合金扁锭，能满足不同客户需求。
本发明在铝合金的加工过程中，在铸造工序前采用20-50ppi泡沫陶瓷过滤板对铝合金熔液进行过滤。铝合金熔液处理的好坏会影响到铸锭的产品质量，进而影响到后续加工材的产品质量，因此，铝熔体过滤技术是铝加工材生产技术中重要的一环。尽管除气装置也能部分的去除杂质，对高精产品生产来说，远远不能满足其对熔铸产品质量的要求。通过30-40ppi陶瓷过滤板对铝合金熔液的过滤，能使后续铸造的铝合金扁锭质量高，提高成品率。
本发明解决了传统的固定式结晶器生产铝合金扁锭宽厚比较小而加大后续轧制难度与增大边部与头尾废料、固定式结晶器宽度单一、设备利用率低等问题。
附图说明
图1a、图1b为5182铝合金扁锭成品图。
图2a为5182铝合金中心部位的显微组织图。
图2b为5182铝合金1/4对角线部位的显微组织图。
图2c为5182铝合金边缘部位的显微组织图。
图3a为3003铝合金中心部位的显微组织图。
图3b为3003铝合金1/4对角线部位的显微组织图。
图3c为3003铝合金边缘部位的显微组织图。
具体实施方式
实施例1：
生产2570×550 mm规格的5182合金，按如下步骤进行：
一、配料：按质量分数为Si：0.05-0.20%、Fe：0.10-0.35%、Cu：0.01-0.14%、Mn：0.20-0.45%、Mg：4.20-4.80%、Cr：0.01-0.09%、Zn：0.01-0.25%，余量为铝，称取重熔用铝锭、返回料、纯Mg锭、纯Zn锭、Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金，重熔用铝锭的铝纯度为99.70%，严格控制重熔用铝锭和5xxx系合金返回料用量，5xxx合金返回料用量占投炉总量0-80%。
二、熔炼：将步骤一称取的原料投入50T熔炼炉中，在690-750℃条件下用电磁搅拌器搅拌熔炼。所有合金投炉后，当熔炼温度到达710-～740℃后再熔炼5-20分钟，取熔体进行直读光谱测试，根据检测结果对合金各成分进行调整，向熔炼炉补充原料继续熔化，当达到目标合金成分时，得到的铝合金熔体。通过对铝合金成分的调整，能精确控制扁锭成分，改善扁锭质量缺陷，提高铸造成功率。
三、保温、精炼、静置：将步骤二得到的铝合金熔体转注到60T保温炉，用Ar-Cl2混合气体精炼，通入氩气与氯气流量的体积比为4-60：1，精炼时间为10-50分钟，精炼结束后静置10-60分钟。
四、在线精炼：静置完成后倾动保温炉使铝合金熔体流经在线精炼控制装置，通入氩气与氯气，氩气与氯气流量的体积比为7-80：1，控制气体流量计的转子转速为100-650Rpm，除气精炼温度为700-735℃。精炼后铝合金熔体中的氢浓度≤0.12mg/100g，铝合金熔体中的氧化物、非金属夹杂物和其他有害金属杂质显著减少，能有效防止铸造裂纹、表面偏析瘤、晶粒度粗大等铸造缺陷。
五、晶粒细化：经步骤四精炼后的铝合金熔体进入到流槽，借助喂丝机向流槽中连续添加Al-Ti-B丝进行晶粒细化处理，喂丝速度控制为80-150 cm/min，得到精炼后的铝合金熔液。
六、过滤：用40ppi泡沫陶瓷过滤板将步骤五所得的铝合金熔液过滤除渣。
七、铸造：将步骤六中过滤后的铝合金熔液用宽幅调节范围为2270-2570 mm，宽厚比范围为4.13-4.67的倒角结晶器铸造，浇铸温度为690～710°C；水流量为10-85m2/h，水压为2.0-4.5bar；铸造速度为30-50mm/min；铝液分配袋规格：6×5×18inch，得到铝合金扁锭半成品。
八、均热：将铝合金扁锭半成品进行双级均热，第一级保温温度400-440℃，保温时间2-4h；第二级保温温度490-530℃，保温时间10-15h。
由上述步骤铸造出2570×550×8000mm规格的5182合金扁锭，宽厚比为4.67，晶粒度为一级。
实施例2：
生产2470×550mm规格的3003合金，按如下步骤进行：
一、配料：按质量分数为Si：0.05-0.60%、Fe：0.05-0.70%、Cu：0.05-0.18%、Mn：1.10-1.40%、Mg：0.01-0.04%，Zn：0.01-0.09%，余量为铝，称取重熔用铝锭、返回料、纯Mg锭、纯Zn锭、Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金，重熔用铝锭的铝纯度为99.70%，精确控重熔用铝锭和3xxx系合金返回料用量，3xxx系合金返回料用量占投炉总量的0-80%。
二、熔炼：将步骤一称取的原料投入50T熔炼炉中，在700-760℃条件下用电磁搅拌器搅拌熔炼。所有合金投炉后，当熔炼温度到达710-～740℃后再熔炼5-20分钟，取熔体进行直读光谱测试，根据检测结果对合金各成分进行调整，向熔炼炉补充原料继续熔化，当达到目标合金成分时，得到的铝合金熔体。
三、保温、精炼、静置：将步骤二得到的铝合金熔体转注到60T保温炉， 用Ar-Cl2混合气体精炼，通入氩气与氯气流量的体积比为10-50：1，精炼时间为10-50分钟，精炼结束后静置10-60分钟。
四、在线精炼：静置完成后倾动保温炉使铝合金熔体流经在线精炼控制装置，通入氩气与氯气，氩气与氯气流量的体积比为7-80：1，控制气体流量计的转子转速为400-600Rpm，除气精炼温度700-735℃。
五、晶粒细化：经步骤四精炼后的铝合金熔体进入到流槽，借助喂丝机向流槽中连续添加Al-Ti-B丝进行晶粒细化处理，喂丝速度控制为80-130 cm/min，得到精炼后的铝合金熔液。
六、过滤：用30ppi泡沫陶瓷过滤板将步骤五所得的铝合金熔液过滤除渣。
七、铸造：将步骤六中过滤后的铝合金熔液用宽幅调节范围为2270-2570 mm，宽厚比范围为4.13-4.67的倒角结晶器铸造，浇铸温度为680～720°C；水流量为15-90m2/h，水压为1.5-5.5bar；铸造速度为20-55mm/min；铝液分配袋规格：6×5×18inch，得到铝合金扁锭半成品。
八、均热：将铝合金扁锭半成品进行单级均热， 均热处理保温温度为590-620℃，保温时间为8-25h。
由上述步骤铸造出2470×550×8100mm规格的3003合金扁锭，宽厚比达4.49，晶粒度为一级。
从图1a和图1b可以看出，采用实施1所生产的5182铝合金扁锭表面完整光滑，无铸造裂纹、表面偏析瘤等铸造缺陷。
图2a、2b、2c分别为采用实施例1所生产的5182铝合金的中心部位、1/4对角线部位、边缘部位的显微组织图，晶粒度检测结果为：扁锭中心部位晶粒级别指数为G1.5（平均尺寸为210μm），无过烧现象；扁锭1/4对角线部位晶粒级别指数为G2.0（平均尺寸为180μm），无过烧现象；扁锭边缘部位晶粒级别指数为G3.5（平均尺寸为105μm），无过烧现象。该产品无过烧现象，晶粒度较小，质量好。
图3a、3b、3c分别为采用实施例2所生产的3003铝合金的中心部位、1/4对角线部位、边缘部位的显微组织图，晶粒度检测结果为：扁锭中心部位晶粒级别指数为G1.0（平均尺寸为250μm），无过烧现象；扁锭1/4对角线部位晶粒级别指数为G1.5（平均尺寸为210μm），无过烧现象；扁锭边缘部位晶粒级别指数为G2.0（平均尺寸为180μm），无过烧现象。该产品无过烧现象，晶粒度较小，质量好。

Claims (6)

1.一种用宽度可调倒角结晶器铸造大宽厚比铝合金扁锭的方法，包括如下步骤：
（1）配料：根据目标合金成分计算重熔用铝锭和返回料以及各中间合金的用量，返回料占总投入量的质量百分比为0-80%，称取原料；
（2）熔炼：将原料投入熔炼炉，熔炼温度为680-760℃，搅拌，熔炼后得到铝合金熔体，将铝合金熔体转注到保温炉；
（3）保温、精炼、静置：向保温炉中的铝合金熔体通入Ar-Cl2混合气体进行精炼，氩气与氯气通入流量的体积比为4-60：1，精炼时间为10-50分钟，精炼后对在保温炉中进行铝合金熔体静置10-60分钟；
（4）在线精炼：采用在线除气精炼装置对步骤（3）保温静置后的铝合金熔体进行精炼，通入氯气和氩气，氩气与氯气通入流量的体积比为7-80：1，控制气体流量计的转子转速为100-650Rpm，精炼温度为700-735℃，得到精炼后的铝合金熔体，精炼后的铝合金熔体中的氢浓度≤0.12mg/100g；
（5）晶粒细化：向步骤（4）精炼后的铝合金熔体中连续添加Al-Ti-B丝进行晶粒细化处理，添加速度为80-150 cm/min，得到晶粒细化后的铝合金熔体；
（6）在线过滤：对步骤（5）得到的铝合金熔体进行过滤除渣；
（7）铸造：将步骤（6）中过滤后所得的铝合金熔体用宽幅调节范围为2270-2570 mm，宽厚比范围为4.13-4.67的倒角结晶器铸造，控制浇铸温度为680～720℃，水流量为10-90m2/h，水压为2.0-7.0 bar，铸造速度为20-55 mm/min，得到铝合金扁锭半成品；
（8）均热：将铸造后的铝合金扁锭半成品进行均热处理，得到铝合金扁锭。
2.根据权利要求1所述的用宽度可调倒角结晶器铸造大宽厚比铝合金扁锭的方法，所述步骤（2）还包括铝合金熔体成分调整的过程：所有原料投炉后，当熔炼温度到达710-～740℃后再熔炼5-20分钟，取铝合金熔体进行检测，根据检测结果对合金各成分进行调整，向熔炼炉补充原料继续熔化，当达到目标合金成分时，将熔化完成后得到的铝合金熔体转注到保温炉。
3.根据权利要求1所述的用宽度可调倒角结晶器铸造大宽厚比铝合金扁锭的方法，所述步骤 （2）中，搅拌时使用电磁搅拌器进行搅拌。
4.根据权利要求1所述的用宽度可调倒角结晶器铸造大宽厚比铝合金扁锭的方法，所述步骤 （6）中，过滤方式采用20-50ppi泡沫陶瓷过滤板进行过滤。
5.根据权利要求1所述的用宽度可调倒角结晶器铸造大宽厚比铝合金扁锭的方法，所述步骤 （8）中，均热方式为单级均热或者双级均热。
6.根据权利要求1所述的用宽度可调倒角结晶器铸造大宽厚比铝合金扁锭的方法，所述铝合金扁锭宽厚比为4.13-4.67，宽度尺寸为2270-2570mm。
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