一種一次鑄造不同規格鋁合金扁錠的方法與流程

本發明屬于鋁合金制造技術領域，尤其涉及一種一次鑄造不同規格鋁合金扁錠的方法。

背景技術：

鋁合金扁錠是高質量鋁合金板、帶、箔材的主要原料。隨著經濟的發展，我國對高質量鋁合金板、帶、箔的需求增加，鋁合金扁錠也隨之需求旺盛。在扁錠生產方面，裝備技術的引進較快，工藝技術的發展則需要一個循序漸進的過程。由于工藝技術中各參數的影響，同一爐次鑄造出來的鋁合金扁錠尺寸規格必須一致，以避免鑄造過程中出現漏鋁、拉裂以及扁錠內部組織疏松等缺陷。

目前，鋁合金熔煉爐和保溫爐容量普遍為幾十噸甚至一百多噸，導致小訂單無法滿足滿爐生產。通常將多個小訂單湊單生產，幾個訂單湊成一爐，以其最大規格來鑄造鋁合金扁錠，多鑄的鑄錠造成金屬積壓，湊單生產需要增加工序，增加了產品缺陷幾率，對生產效率和經濟效益均造成影響。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發明提供一種一次鑄造不同規格鋁合金扁錠的方法，通過單獨控制鑄造面水流量、水壓，合理調控結晶器的鋁液填充以及液位高度，實現一次鑄造不同規格鋁合金扁錠，能滿足客戶多規格鋁合金扁錠的一次鑄造，減少加工工序，提高生產效率和成品率。

本發明是通過如下的技術方案來解決上述技術問題的：一種一次鑄造不同規格鋁合金扁錠的方法，具體包括如下工藝步驟：

（1）配料：根據目標鋁合金成分按照質量百分比計算重熔用鋁錠和返回料以及各中間合金的用量，然后進行混合配料，返回料用量占總投入量的質量百分比為0-60%；

（2）熔煉：將配料投入熔煉爐，在熔煉溫度為680-760℃條件下，使用電磁攪拌器攪拌熔煉，得到的鋁合金熔體；

（3）成分調整：取鋁合金熔體進行直讀光譜測試，根據檢測結果對鋁合金各成分進行調整，并補充原料繼續熔化，直到達到目標鋁合金成分；通過對鋁合金成分的調整，達到精確控制扁錠成分的目的，改善扁錠質量缺陷，提高鑄造成功率；

（4）保溫、精煉、靜置：將鋁合金熔體轉注到保溫爐，通入Ar-Cl₂混合氣體進行精煉，氬氣與氯氣通入流量的體積比為4-60：1，精煉時間10-100min，精煉后在保溫爐對鋁合金熔體靜置10-60min；

（5）在線精煉：采用在線除氣精煉裝置對步驟（4）保溫靜置后的鋁合金熔體進行精煉，通入流量體積比為7-80:1的氬氣與氯氣，將氣體流量計的轉子速度控制在100-650Rpm之內，除氣溫度為680-735℃，精煉后鋁合金熔體中氫濃度≤0.12mg/100g，精煉后鋁合金熔體中的氧化物、非金屬夾雜物和其他有害金屬雜質顯著減少，減少對斷裂韌性和耐蝕性的不利影響；

（6）晶粒細化：經過步驟（5）精煉后的鋁合金熔體進入流槽內，借助喂絲機向流槽中連續添加Al-Ti-B合金進行晶粒細化處理，喂絲速度為80-300 cm/min，得到晶粒細化后的鋁合金熔體；

（7）在線過濾：對步驟（6）得到的鋁合金熔體采用泡沫陶瓷過濾板進行過濾除渣；

（8）結晶器布設：結晶器布設優先以對稱、大規格排在外側一圈為原則；

（9）鑄造：根據鑄造的各塊扁錠不同規格的情況，每根結晶器供水管設有單獨水流量控制閥，結晶器水流量通過測量桶進行測量；單個結晶器水流量大小為該結晶器截面積與最大結晶器截面積之比乘以0.8-1.2，鑄造速度為全部結晶器的平均鑄造速度乘以0.7-1.1，結晶器液位為全部結晶器的平均液位乘以1.0-1.3；

控制銷開啟，將過濾后的鋁合金熔體注入結晶器內，結晶器下方的引錠頭緩緩下降，鑄造進入正常階段，單獨調控鑄造面水流量和水壓，對應規格扁錠的鑄造面水流量為10-90m²/h，水壓為2.0-7.0 bar，控制結晶器的鋁液填充及液位高度，并且控制澆鑄溫度為680～720°C，鑄造速度根據扁錠規格的差異控制為20-60 mm/min，直至鑄造成預定規格扁錠半成品；

（10）均熱：將鑄造后的鋁合金扁錠半成品進行均熱處理，得到鋁合金扁錠，以消除扁錠枝晶偏析。

進一步的，所述步驟（3）中直讀光譜測試采用光電直讀光譜儀，所述光電直讀光譜儀包括控制電極激發樣品發出特征光譜的激發光源、產生基體線的Hg燈，光電轉換器件以及用于數據處理的控制器和電源開關，所述電源開關分別與激發光源、Hg燈、光電轉換器件和控制器連接。

進一步的，所述步驟（5）中的在線除氣精煉裝置包括箱體、熔體加熱保溫裝置以及永磁攪拌器；所述箱體通過隔板分為前后箱體，所述永磁攪拌器穿過前箱體的頂蓋并固定，對熔體進行非接觸式攪拌，所述永磁攪拌器的上端與氣體入口管道連接；所述前箱體側壁的上部設有熔體入口，所述后箱體側壁的上部設有熔體出口；所述熔體加熱保溫裝置采用U型硅碳棒，并安置在箱體頂蓋，通過輻射加熱；所述箱體的兩側壁的下部設有清渣口，不用啟動頂蓋即可完成爐內清渣，延長箱體的使用壽命。

進一步的，所述步驟（10）中的均熱處理方式為單級均熱或雙級均熱。

與現有技術相比，本發明所提供的一次鑄造不同規格鋁合金扁錠的方法，通過單獨調控鑄造面水流量、水壓，合理調控結晶器的鋁液填充及液位高度，實現了寬度變化范圍在350mm內，厚度變化范圍在100mm內的高質量鋁合金扁錠的混合鑄造，并且減少了加工工序，提高了生產效率和成品率，能滿足不同客戶訂單需求；通過精煉、靜置、過濾凈化扁錠的成分，改善了扁錠質量缺陷，提高了鑄造成功率；所述扁錠鑄造方法有效防止了鑄造裂紋、表面偏析瘤以及晶粒度粗大等鑄造缺陷。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一個實施例，對于本領域普通技術人員來說，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1a為5083鋁合金中心部位的顯微組織圖；

圖1b為5083鋁合金1/4對角線部位的顯微組織圖；

圖1c為5083鋁合金邊緣部位的顯微組織圖；

圖2a為3003鋁合金中心部位的顯微組織圖；

圖2b為3003鋁合金1/4對角線部位的顯微組織圖；

圖2c為3003鋁合金邊緣部位的顯微組織圖。

具體實施方式

下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

實施例1

混合鑄造2570×550 mm和2270×550mm規格的5083合金：

（1）配料：按質量百分比為Si：0.02-0.20%，Fe：0.10-0.35%，Cu：0.01-0.10%，Mn：0.50-0.85%，Mg：4.20-4.80%，Cr：0.10-0.20%，Zn：0.01-0.25%，余量為鋁，稱取投爐用重熔用鋁錠、返回料、純Mg錠、純Zn錠、Al-Si中間合金、Al-Fe中間合金、Al-Cu中間合金、Al-Mn中間合金、Al-Cr中間合金質量，嚴格控制純度為99.70%的重熔用鋁錠和5xxx系合金返回料用量，5xxx合金返回料用量占投爐總量0-60%；

（2）熔煉：將配料投入55T熔煉爐，在690-750℃條件下用電磁攪拌器攪拌熔煉，所有合金投爐后，當熔煉溫度到達710-740℃后再熔煉5-20分鐘；

（3）成分調整：取熔體進行直讀光譜測試，根據檢測結果對合金各成分進行調整，并向熔煉爐補充原料繼續熔化，當達到目標合金成分時，得到的鋁合金熔體；

（4）保溫、精煉、靜置：熔化完成后轉注到60T保溫爐，通入Ar-Cl2混合氣體精煉，通入氬氣與氯氣流量的比值為4-60：1，精煉時間為10-60min，精煉結束后靜置10-30min；

（5）在線精煉：靜置完成后傾動保溫爐使熔體流經四轉子在線除氣精煉裝置，通入氬氣與氯氣流量的比值為7-80：1，控制氣體流量計的轉子轉速為100-650Rpm，除氣溫度為700-735℃；

（6）晶粒細化：經過步驟（5）精煉后的鋁合金熔體進入流槽內，借助喂絲機向流槽中連續添加Al-Ti-B合金進行晶粒細化處理，喂絲速度為180-270 cm/min，得到晶粒細化后的鋁合金熔體；

（7）在線過濾：對步驟（6）得到的鋁合金熔體采用40ppi泡沫陶瓷過濾板進行過濾除渣；

（8）結晶器布設：將兩個結晶器左右排列；

（9）鑄造：在溫度為690～710℃條件下進行澆鑄；分別控制鑄造面水流量為20-85m²/h，水壓2.0-4.5bar；鑄造速度20-50mm/min以及結晶器的鋁液填充及液位高度，鑄造出2570×550 mm和2270×550mm規格的5083鋁合金扁錠半成品；

（10）均熱：將鋁合金扁錠半成品進行雙級均熱，第一級保溫溫度400-440℃，保溫時間2-4h；第二級保溫溫度500-520℃，保溫時間10-15h。

實施例2

混合鑄造1480×520mm、1780×520、1400×580及1700×580規格3003合金：

（1）配料：按質量百分比為Si：0.02-0.60%，Fe：0.10-0.40%，Cu：0.01-0.18%，Mn：1.10-1.40%，Mg：0.01-0.04%，Zn：0.01-0.09%，余量為鋁，稱取投爐用重熔用鋁錠、返回料、純Mg錠、純Zn錠、Al-Si中間合金、Al-Fe中間合金、Al-Cu中間合金、Al-Mn中間合金、Al-Cr中間合金質量，精確控制純度為99.70%的重熔用鋁錠和3xxx系合金返回料用量，3xxx系合金返回料用量占投爐總量的0-60%；

（2）熔煉：將配料投入55T熔煉爐，在690-750℃條件下用電磁攪拌器攪拌熔煉，所有合金投爐后，當熔煉溫度到達710-～740℃后再熔煉5-20分鐘；

（3）成分調整：取熔體進行直讀光譜測試，根據檢測結果對合金各成分進行調整，并向熔煉爐補充原料繼續熔化，當達到目標合金成分時，得到的鋁合金熔體；

（4）保溫、精煉、靜置：熔化完成后轉注到60T保溫爐，通入Ar-Cl2混合氣體精煉，通入氬氣與氯氣流量的比值為10-50：1，精煉時間為10-60min，精煉結束后靜置10-60min；

（5）在線精煉：靜置完成后傾動保溫爐使熔體流經四轉子在線精煉控制裝置，通入氬氣與氯氣流量的比值為6-100：1，控制氣體流量計的轉子轉速400-600Rpm，除氣溫度700-735℃；

（6）晶粒細化：經過步驟（5）精煉后的鋁合金熔體進入流槽內，借助喂絲機向流槽中連續添加Al-Ti-B合金進行晶粒細化處理，喂絲速度為80-130 cm/min，得到晶粒細化后的鋁合金熔體；

（7）在線過濾：對步驟（6）得到的鋁合金熔體采用30ppi泡沫陶瓷過濾板進行過濾除渣；

（8）結晶器布設：將4個結晶器按照1480×520mm、1780×520、1700×580和1400×580左右一次排列。

（9）鑄造：在溫度為680～720°C條件下進行澆鑄；分別控制鑄造面水流量35-90m²/h，水壓2.5-5.5bar；鑄造速度35-60mm/min 以及結晶器的鋁液填充及液位高度，鑄造出1480×520mm、1780×520、1400×580及1700×580規格的3003合金扁錠半成品；

（10）均熱：將鋁合金扁錠半成品進行單級均熱， 均熱處理保溫溫度為590-620℃，保溫時間為8-25h。

如圖1a、1b、1c所示，晶粒度檢測結果為：扁錠中心部位晶粒級別指數為G2.0（平均尺寸為180μm），無過燒現象；扁錠1/4對角線部位晶粒級別指數為G3.0（平均尺寸為125μm），無過燒現象；扁錠邊緣部位晶粒級別指數為G4.0（平均尺寸為90μm），無過燒現象，該產品無過燒現象，晶粒度較小，質量好。

如圖2a、2b、2c所示，晶粒度檢測結果為：扁錠中心部位晶粒級別指數為G3.0（平均尺寸為125μm），無過燒現象；扁錠1/4對角線部位晶粒級別指數為G2.0（平均尺寸為180μm），無過燒現象；扁錠邊緣部位晶粒級別指數為G2.0（平均尺寸為180μm），無過燒現象；該產品無過燒現象，晶粒度較小，質量好。

本發明采用的一次鑄造不同規格鋁合金扁錠的方法，通過單獨調控鑄造面水流量、水壓，合理調控結晶器的鋁液填充及液位高度，實現了寬度變化范圍在350mm內，厚度變化范圍在100mm內的高質量鋁合金扁錠的混合鑄造，并且減少了加工工序，提高了生產效率和成品率，能滿足不同客戶訂單需求；通過精煉、靜置、過濾凈化扁錠的成分，改善了扁錠質量缺陷，提高了鑄造成功率；所述扁錠鑄造方法有效防止了鑄造裂紋、表面偏析瘤以及晶粒度粗大等鑄造缺陷。

以上所揭露的僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或變型，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。