2xxx系铝合金大规格铸锭除气精炼的方法
【专利摘要】本发明涉及一种2XXX系铝合金大规格铸锭除气精炼的方法,其方法包括熔炼、精炼、一级在线除气和二级在线除气等步骤，采用多种工艺相结合，可以将2XXX系铝合金大规格铸锭中的H含量控制在0.07ml/100gAl以下，能够显著提高除气效率和除气质量，得到无裂纹、疏松、针状气孔、夹杂等铸造缺陷2XXX系铝合金大规格铸锭，使铸锭成品率达到90%以上。
【专利说明】2XXX系铝合金大规格铸锭除气精炼的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铝合金加工领域，具体涉及一种2XXX系铝合金大规格铸锭除气 精炼的方法。
【背景技术】
[0002] 铝及铝合金材料由于具有密度小、比强度高、比刚度高、弹性好、抗冲击性能良好、 耐腐蚀、耐磨、高导电、高导热、易表面着色、易加工、可回收再生等优良特性，广泛用于交通 运输、包装容器、建筑装饰、航空航天、机械电器、电子通讯、石油化工等行业。尤其在航空航 天工业中，由于铝材是首选的轻量化结构材料，因此用量非常大。在飞机用材中，铝材用量 约占80%以上。航空航天器具有高机动性、高载荷、高抗压和高耐疲劳及高速与高可靠性的 特点，因此对铝合金冶金质量要求严格。
[0003] 随着国内大飞机国产化进程的加快和载人航天工程的推进，对大规格高性能航空 航天用2XXX系铝合金产品质量要求越来越高，不但要求铸锭要有好的铸造成型性能和冶 金质量，而且对气体(氢）等冶金质量缺陷的控制越来越严。气体(氢）的存在会直接影响到 铝合金产品的强度、塑性变形性能及最终的使用性能。铝合金的高效除氢精炼一直是国内 外铝加工业攻克的难题，在线除气技术也是在各大铝合金企业得到了重点的发展和研究。
[0004] 目前铝熔体在线除氢净化方法较好的主要有：如美国联合碳化物公司SNIF法，法 国彼西涅公司ALPUR法，英国联合铝业公司RDU法，Alcoa469法，Alcoal81法，英国铝业公 司FILD法，美国联合铝业公司MINT法等多种方法；这些方法各有特色，其主要是通过铝熔 体直接与吸附剂(各种气体、液体、固体精炼剂及过滤介质）相接触，使吸附剂与熔体中的气 体与固体氧化夹杂物发生物理化学的，物理的或机械的作用，达到除气除杂的目的，但除气 效果差别不显著。20世纪 9〇年代以来，国内铝熔体洁净化技术有了较大的提高，硬铝中的 氢含量能达到〇· 12-0. 14ml/100g*Al水平，10 μ m夹渣可除去90%以上；实验室的水平更高 一些。西南铝业（集团）有限责任公司的在线除气和氢含量检测等技术在国内是先进的。 但在整体上，我国铝熔体洁净化技术与水平同国际先进水平相比，还有较大差距。
[0005] 国内现在使用的在线除氢净化技术如传统的吹气法(气泡浮游法）只能满足某方 面的条件，难以满足净化的各项要求。而过滤法虽然可以去除熔体中的夹杂物，但除氢效果 甚微。溶剂法是使用的比较广泛的除气方法，但是各种覆盖剂、除气剂的重复使用造成溶剂 成本增高，同时也会人为的增加引入新的杂质的几率。真空处理是降低铝熔体中氢含量的 最有效的办法，但其所需真空设备价格昂贵，同时造成熔体温度损失较大，除杂能力也极为 有限，在工业生产中很少采用，目前国内的除氢技术主要来源于发达国家，自主创新的技术 不多。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种能够显著提高除气效率和除 气质量，消除2XXX系铝合金大规格铸锭的裂纹、缩孔、针状气孔、夹杂等铸造缺陷的方法， 使铝熔体除氢率达到7〇%以上，铸锭成品率达到90%以上。
[0007] 本发明是这样实现的： 一种2XXX系铝合金大规格铸锭除气精炼的方法，其特征在于：包括熔炼、精炼、一级在 线除气和二级在线除气等步骤，步骤如下： (I)熔炼：将纯度达99. 75%及以上的铝锭投入熔炼炉中进行熔炼，按配比称重好并装 炉后，采用热能效率和密闭性好的蓄热式喷嘴熔铝炉进行熔炼，在熔炼过程中用电磁搅拌 加速熔炼速度，并用扒渣车对铝液夹渣进行扒渣操作，扒渣时间小于45分钟，扒渣后取样 进行成分分析，然后调整合金成分，使其合金成分达到要求，铝液在熔炼炉内时间低于8h。
[0008] (2)精炼：将铝液加热至720?760?后转至保温炉内保温、静置，并进行易烧 损合金元素的添加，再进行炉内精炼；铝液转入保温炉后，开启电磁搅拌，并重新加热 至720?760Γ，合金成分合格后进行初级精炼，采用氯气和氩气混合气体精炼,氯气流 量· 01-0. 18m3/h，氯气压力为5〇_65〇Kpa,氩气流量〇· l-l〇m3/h,氩气压力100-980Kpa,精炼 时间为10?30min，精炼过程中需要对铝液表面的浮渣进行清理，精炼完成后停止电磁搅 拌。
[0009] (3)-级在线除气：炉内精炼完成后，在一级铝液流槽使用在线测氢仪测定铝熔体 的液态氢含量，将铝液转至一级除气装置，一级除气装置将氯气和氩气混合气体通过转子 进行搅拌形成微小弥散的气泡，气泡上浮过程中吸附铝液中的游离氢和有害物质，除气过 程中铝液温度保持在720?750°C之间，完成一级在线除气除渣。
[0010] (4)二级在线除气：铝液经过一级除气装置后，将铝液转至二级除气装置，二级除 气装置将氩气通过转子进行搅拌形成微小弥散的气泡，气泡上浮过程中吸附铝液中的游离 氢和有害物质，除气过程中铝液温度保持在720?750?之间，完成二级在线除气除渣，最 后在二级铝液流槽中使用在线测氢仪测定铝熔体的液态氢含量。
[0011] 以上所述的一级在线除气的工艺条件为：转子转速300-500Rpm，氯气压力 2〇_3〇OKpa，氯气流量 〇· 〇l-2m3/h，氩气压力 50-500Kpa,氩气流量 0· 〇5_6m3/h。
[0012] 以上所述的二级在线除气的工艺条件为：转子转速300-500Rpm，氩气压力 50_500Kpa，氩气流量 〇. 〇5_6m3/h。
[0013] 本发明2XXX系铝合金大规格铸锭除气精炼的设备，其特征在于：包括倾动式保温 炉、除气柜、一级铝液流槽、一级在线除气装置、二级在线除气装置、二级铝液流槽和在线过 滤槽，所述的倾动式保温炉、一级铝液流槽、一级在线除气装置、二级在线除气装置、二级铝 液流槽和在线过滤槽依次连接，在倾动式保温炉内设有精炼枪；除气精炼设备还包括除气 柜，所述的精炼枪通过精炼混合气体管路与除气柜连接。
[0014] 以上所述的一级在线除气装置通过除气混合气体管路与除气柜连接，所述的二级 在线除气装置通过除气氩气管路与除气柜连接。
[0015] 以上所述的在线过滤槽内设有陶瓷过滤板。
[0016] 本发明的突出的实质性特点和显著的进步是： 1、本发明的2XXX系铝合金大规格铸锭除气精炼的方法在除气过程中采用二级除气， 使得除气的效果更好，可以将2XXX系铝合金大规格铸锭中的Η含量控制在〇· 〇7ml/10〇gAl 以下，能够满足未来航空航天用铝合金质量要求。
[0017] 2、本发明的2XXX系铝合金大规格铸锭除气精炼的方法采用多种工艺相结合，能 够显著提高除气效率和除气质量，得到无裂纹、疏松、针状气孔、夹杂等铸造缺陷2XXX系铝 合金大规格铸锭，使铸锭成品率达到90%以上。
[0018] 3、本发明的2XXX系铝合金大规格铸锭除气精炼设备结构设计合理，制作成本低， 使用寿命长，维修方便。
【专利附图】
【附图说明】 >
[0019] 图1是本发明2XXX系铝合金大规格铸锭除气精炼设备结构示意简图。
[0020] 附图标记名称及序号说明： 倾动式保温炉1、精炼枪2、除气柜3、一级铝液流槽4、一级在线除气装置5、二级在线除 气装置6、二级铝液流槽7、在线过滤槽8、除气混合气体管路9、除气氩气管路10、精炼混合 气体管路11。
【具体实施方式】
[0021] 以下结合附图及实施例对本发明2XXX系铝合金大规格铸锭除气精炼的方法作进 一步的说明。
[0022] 如图1所示，为2XXX系铝合金大规格铸锭除气精炼设备，包括倾动式保温炉1、精 炼枪2、除气柜3、一级铝液流槽4、一级在线除气装置5、二级在线除气装置6、二级铝液流槽 7、在线过滤槽8、除气混合气体管路9、除气氩气管路10和精炼混合气体管路11，所述的倾 动式保温炉1、一级铝液流槽4、一级在线除气装置5、二级在线除气装置6、二级铝液流槽7 和在线过滤槽8依次连接，在倾动式保温炉1内设有精炼枪2,所述的精炼枪2通过精炼混 合气体管路11与除气柜3连接，所述的一级在线除气装置5通过除气混合气体管路 9与除 气柜3连接，所述的二级在线除气装置6通过除气氩气管路10与除气柜3连接，所述的在 线过滤槽8内设有陶瓷过滤板。
[0023] 实施例1 以生产2219铝合金为例： (1)熔炼：将纯度达99· 75%及以上的铝锭投入熔炼炉中进行熔炼，按配比称重好并装 炉后，采用热能效率和密闭性好的蓄热式喷嘴熔铝炉进行熔炼，在熔炼过程中用电磁搅拌 加速熔炼速度，并用扒渣车对铝液夹渣进行扒渣操作，扒渣时间42分钟，扒渣后取样进行 成分分析，然后调整合金成分，使其合金成分达到要求，铝液在熔炼炉内时间低于7。
[0024] (2)精炼：将铝液加热至720?后转至保温炉内保温、静置，并进行易烧损合金元 素的添加，再进行炉内精炼；铝液转入保温炉后，开启电磁搅拌，并重新加热至720°C，合金 成分合格后进行初级精炼，米用氯气和氩气混合气体精炼，氯气流量0· 01m3/h,氯气压力为 50Kpa，氩气流量0. lm3/h，氩气压力lOOKpa，精炼时间为lOmin，精炼过程中需要对铝液表面 的浮渣进行清理，精炼完成后停止电磁搅拌。
[0025] (3)-级在线除气：炉内精炼完成后，在一级铝液流槽使用在线测氢仪测定铝熔体 的液态氢含量，将铝液转至一级除气装置，一级除气装置将氯气和氩气混合气体通过转子 进行搅拌形成微小弥散的气泡，气泡上浮过程中吸附铝液中的游离氢和有害物质，除气过 程中铝液温度保持在72〇°c，完成一级在线除气除渣，工艺条件为：转子转速 300Rpm，氯气 压力20Kpa，氯气流量0· 01m3/h，氩气压力5〇Kpa,氩气流量〇. 05m3/h。
[0026] (4)二级在线除气：铝液经过一级除气装置后，将铝液转至二级除气装置，二级除 气装置将氩气通过转子进行搅拌形成微小弥散的气泡，气泡上浮过程中吸附铝液中的游离 氢和有害物质，除气过程中铝液温度保持在720°C，完成二级在线除气除渣，工艺条件为： 转子转速300Rpm，氩气压力50Kpa，氩气流量0. 05m3/h，最后在二级铝液流槽中使用在线测 氢仪测定铝熔体的液态氢含量。
[0027] 实施例2 以生产2219铝合金为例： (1)熔炼：将纯度达99. 75%及以上的铝锭投入熔炼炉中进行熔炼，按配比称重好并装 炉后，采用热能效率和密闭性好的蓄热式喷嘴熔铝炉进行熔炼，在熔炼过程中用电磁搅拌 加速熔炼速度，并用扒渣车对铝液夹渣进行扒渣操作，扒渣时间40分钟，扒渣后取样进行 成分分析，然后调整合金成分，使其合金成分达到要求，铝液在熔炼炉内时间低于7. 5。 [0028] (2)精炼：将铝液加热至730°C后转至保温炉内保温、静置，并进行易烧损合金元 素的添加，再进行炉内精炼；铝液转入保温炉后，开启电磁搅拌，并重新加热至730?，合金 成分合格后进行初级精炼，采用氯气和氩气混合气体精炼，氯气流量〇. l〇m3/h，氯气压力为 150Kpa，氩气流量2m3/h，氩气压力300Kpa，精炼时间为20min，精炼过程中需要对铝液表面 的浮渣进行清理，精炼完成后停止电磁搅拌。
[0029] (3)-级在线除气：炉内精炼完成后，在一级铝液流槽使用在线测氢仪测定铝熔体 的液态氢含量，将铝液转至一级除气装置，一级除气装置将氯气和氩气混合气体通过转子 进行搅拌形成微小弥散的气泡，气泡上浮过程中吸附铝液中的游离氢和有害物质，除气过 程中铝液温度保持在730°C，完成一级在线除气除渣，工艺条件为：转子转速350Rpm，氯气 压力lOOKpa，氯气流量0.5m 3/h，氩气压力l5〇Kpa，氩气流量2m3/h。
[0030] (4)二级在线除气：铝液经过一级除气装置后，将铝液转至二级除气装置，二级除 气装置将氩气通过转子进行搅拌形成微小弥散的气泡，气泡上浮过程中吸附铝液中的游离 氢和有害物质，除气过程中铝液温度保持在730°C，完成二级在线除气除渣，工艺条件为： 转子转速380Rpm,氩气压力200Kpa,氩气流量2m 3/h，最后在二级铝液流槽中使用在线测氢 仪测定铝熔体的液态氢含量。
[0031] 实施例3 以生产2124铝合金为例： (1)熔炼：将纯度达99. 75%及以上的铝锭投入熔炼炉中进行熔炼，按配比称重好并装 炉后，采用热能效率和密闭性好的蓄热式喷嘴熔铝炉进行熔炼，在熔炼过程中用电磁搅拌 加速熔炼速度，并用扒渣车对铝液夹渣进行扒渣操作，扒渣时间35分钟，扒渣后取样进行 成分分析，然后调整合金成分，使其合金成分达到要求，铝液在熔炼炉内时间低于6. 5h。
[0032] (2)精炼：将铝液加热至740°C后转至保温炉内保温、静置，并进行易烧损合金元 素的添加，再进行炉内精炼；铝液转入保温炉后，开启电磁搅拌，并重新加热至740°C，合金 成分合格后进行初级精炼，采用氯气和氩气混合气体精炼，氯气流量〇· 15m3/h，氯气压力为 400Kpa，氩气流量5m3/h，氩气压力600Kpa，精炼时间为25min，精炼过程中需要对铝液表面 的浮渣进行清理，精炼完成后停止电磁搅拌。
[0033] (3)-级在线除气：炉内精炼完成后，在一级铝液流槽使用在线测氢仪测定铝熔体 的液态氢含量，将铝液转至一级除气装置，一级除气装置将氯气和氩气混合气体通过转子 进行搅拌形成微小弥散的气泡，气泡上浮过程中吸附铝液中的游离氢和有害物质，除气过 程中铝液温度保持在740°C，完成一级在线除气除渣，工艺条件为：转子转速400Rpm，氯气 压力200Kpa，氯气流量lm 3/h，氩气压力400Kpa，氩气流量4m3/h。
[0034] (4)二级在线除气：铝液经过一级除气装置后，将铝液转至二级除气装置，二级除 气装置将氩气通过转子进行搅拌形成微小弥散的气泡，气泡上浮过程中吸附铝液中的游离 氢和有害物质，除气过程中铝液温度保持在740°c，完成二级在线除气除渣，工艺条件为： 转子转速400Rpm，氩气压力400Kpa，氩气流量4m 3/h，最后在二级铝液流槽中使用在线测氢 仪测定铝熔体的液态氢含量。
[0035] 实施例4 以生产2124铝合金为例： (1)熔炼：将纯度达99. 75%及以上的铝锭投入熔炼炉中进行熔炼，按配比称重好并装 炉后，采用热能效率和密闭性好的蓄热式喷嘴熔铝炉进行熔炼，在熔炼过程中用电磁搅拌 加速熔炼速度，并用扒渣车对铝液夹渣进行扒渣操作，扒渣时间38分钟，扒渣后取样进行 成分分析，然后调整合金成分，使其合金成分达到要求，铝液在熔炼炉内时间低于6h。
[0036] (2)精炼：将铝液加热至760?后转至保温炉内保温、静置，并进行易烧损合金元 素的添加，再进行炉内精炼；铝液转入保温炉后，开启电磁搅拌，并重新加热至760?，合金 成分合格后进行初级精炼，采用氯气和氩气混合气体精炼，氯气流量0. 18tn3/h，氯气压力为 650Kpa，氩气流量10m3/h，氩气压力980Kpa，精炼时间为30min，精炼过程中需要对铝液表面 的浮渣进行清理，精炼完成后停止电磁搅拌。
[0037] ( 3 ) -级在线除气：炉内精炼完成后，在一级铝液流槽使用在线测氢仪测定铝熔体 的液态氢含量，将铝液转至一级除气装置，一级除气装置将氯气和氩气混合气体通过转子 进行搅拌形成微小弥散的气泡，气泡上浮过程中吸附铝液中的游离氢和有害物质，除气过 程中铝液温度保持在750°C，完成一级在线除气除渣，工艺条件为：转子转速500Rpm，氯气 压力300Kpa，氯气流量2m 3/h,氩气压力500Kpa,氩气流量6m3/h。
[0038] (4)二级在线除气：铝液经过一级除气装置后，将铝液转至二级除气装置，二级除 气装置将氩气通过转子进行搅拌形成微小弥散的气泡，气泡上浮过程中吸附铝液中的游离 氢和有害物质，除气过程中铝液温度保持在75(TC，完成二级在线除气除渣，工艺条件为： 转子转速500Rpm，氩气压力500Kpa，氦气流量6m 3/h,最后在二级错液流槽中使用在线测氣 仪测定铝熔体的液态氢含量。
[0039]本发明2XXX系铝合金熔体除气前后氢含量的对比：
【权利要求】
1. 一种2XXX系铝合金大规格铸锭除气精炼的方法，其特征在于：包括熔炼、精炼、一 级在线除气和二级在线除气等步骤，步骤如下： (1) 熔炼：将纯度达99. 75%及以上的铝锭投入熔炼炉中进行熔炼，按配比称重好并装 炉后，采用热能效率和密闭性好的蓄热式喷嘴熔铝炉进行熔炼，在熔炼过程中用电磁搅拌 加速熔炼速度，并用扒渣车对铝液夹渣进行扒渣操作，扒渣时间小于45分钟，扒渣后取样 进行成分分析，然后调整合金成分，使其合金成分达到要求，铝液在熔炼炉内时间低于8h ; (2) 精炼：将铝液加热至720?760°C后转至保温炉内保温、静置，并进行易烧损 合金元素的添加，再进行炉内精炼；铝液转入保温炉后，开启电磁搅拌，并重新加热至 720?760°C，合金成分合格后进行初级精炼，采用氯气和氩气混合气体精炼，氯气流 量· 01-0. 18m3/h，氯气压力为50-650Kpa，氩气流量0· l-10m3/h，氩气压力100-980Kpa，精炼 时间为10?30min，精炼过程中需要对铝液表面的浮渣进行清理，精炼完成后停止电磁搅 拌； (3) -级在线除气：炉内精炼完成后，在一级铝液流槽使用在线测氢仪测定铝熔体的液 态氢含量，将铝液转至一级除气装置，一级除气装置将氯气和氩气混合气体通过转子进行 搅拌形成微小弥散的气泡，气泡上浮过程中吸附铝液中的游离氢和有害物质，除气过程中 铝液温度保持在720?750°C之间，完成一级在线除气除渣； (4) 二级在线除气：铝液经过一级除气装置后，将铝液转至二级除气装置，二级除气装 置将氩气通过转子进行搅拌形成微小弥散的气泡，气泡上浮过程中吸附铝液中的游离氢和 有咅物质，除气过程中错液温度保持在720?750 C之间，完成_级在线除气除渔，最后在 二级铝液流槽中使用在线测氢仪测定铝熔体的液态氢含量。
2. 根据权利要求1所述的2XXX系铝合金大规格铸锭除气精炼的方法，其特征在于： 所述的一级在线除气的工艺条件为：转子转速300-500Rpm，氯气压力20-300Kpa，氯气流量 0· 01-2m3/h，氩气压力 50-500Kpa，氩气流量 0· 05-6m3/h。
3. 根据权利要求1所述的2XXX系铝合金大规格铸锭除气精炼的方法，其特征在于： 所述的二级在线除气的工艺条件为：转子转速300-500Rpm，氩气压力50-500Kpa，氩气流量 0· 05-6m3/h。
【文档编号】C22C1/06GK104232968SQ201410451481
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月8日 优先权日:2014年9月8日
【发明者】唐露华, 杨文 , 乐永康, 何克准, 周文标 申请人:广西南南铝加工有限公司