一种大直径6063铝合金圆铸锭坯的生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种大直径6063铝合金圆铸锭坯的生产方法，按重量百分比为：0.42％～0.44％Si、0.50％～0.55％Mg、0.005％～0.03％Ti、0～0.18％Fe、0～0.025％Zn和余量Al的化学成分构成。本发明省去重熔工序、吨铝降低成本，并大幅度减少铝的烧损、减少温室气体与有毒气体的排放，提高环境效益。有效避免6063铝合金圆铸锭坯裂纹、缩孔、缩松、气孔等质量缺陷。抑制了拉痕、橘皮、冷隔、局部漏铝等表面技术难题。改善了大直径铝合金棒的组织和力学性能，避免了冷裂纹的产生。提高大直径铝合金圆铸锭的成品率，减少了废料的回炉量，从而节约能耗，减少废气污染物的排放，从而达到节能减排的目的，具有显著的社会效益和环境效益。
【专利说明】一种大直径6063铝合金圆铸锭坯的生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种铝合金圆铸锭坯的生产方法、尤其涉及一种大直径6063铝合金 圆铸锭坯的生产方法，属于铝合金生产【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 由于6063铝合金具有良好的可加工性能、可热处理强化性能、焊接性能，因此被 广泛应用于建筑、包装、运输、航空航天等领域，在国内外被称之为"万能铝合金"。采用电解 铝液直接生产大直径铝合金铸锭是一项短流程、绿色环保的先进生产技术，它避免了传统 铝加工采用重熔铝锭带来的能源消耗和金属烧损。另外，铝合金油膜铸造工艺是当今世界 最先进的技术之一，但它更多的是改善外观质量，对内部质量的改善却很微弱，且采用油膜 铸造工艺能够成功生产的铝合金圆铸锭直径也只有381_，超过这个直径的就只能用电磁 铸造。随着技术的进步和对产品性能要求的不断提高，对6063铝合金圆铸锭的尺寸、表观 质量、内部质量的要求也越来越大，现有的小尺寸6063错合金圆铸锭已不能满足要求，迫 切需要表观质量、内部质量优越的大直径6063铝合金圆铸锭。因此，研究大直径6063铝合 金圆铸锭的生产方法是满足市场对大规格6063铝合金型材的迫切需要。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种大直径6063铝合金圆铸锭坯 的生产方法。
[0004] 本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
[0005] 本发明按重量百分比为：0.42 %?0.44 % Si、0. 50 %?0.55 % Mg、0. 005 %? 0. 03% Ti、0?0. 18% Fe、0?0. 025% Zn和余量Al的化学成分构成。
[0006] 上述大直径6063铝合金圆铸锭的生产方法如下述工艺流程：
[0007] A、熔体熔炼工艺
[0008] 在熔炼炉内加入冷料和部分Al-Si中间合金，利用虹吸管将电解铝液引入熔炼 炉，添加变质剂，配料，通过电磁搅拌完成熔炼工艺。
[0009] B、熔体精炼工艺
[0010] 熔炼后熔体经过炉底吹气、喷粉精炼、扒渣、静置后转入静置炉，在静置炉中再次 进行炉底吹气精炼、扒渣、静置完成熔体精炼工艺。
[0011] C、熔体在线处理工艺
[0012] 精炼后的熔体在静置炉出口的溜槽内喂入Al-Ti-B合金丝进行在线晶粒细化处 理后，通过在线除气处理装置，在线过滤后完成熔体在线处理工艺，得到高质量的6063铝 合金烙体。
[0013] D、铸造工艺
[0014] 高质量的6063铝合金熔体在结晶器内经过电磁细晶处理、多孔石墨油润滑、三次 冷却铸造工艺得到大直径6063铝合金圆铸锭。
[0015] E、均质化处理工艺
[0016] 合格的大直径6063铝合金圆铸锭通过均质炉组升温、保温、冷却步骤进行均质化 处理。
[0017] F、锯切、打捆、包装
[0018] 均质化处理大直径6063铝合金圆铸锭进行锯切、打捆、包装。
[0019] 所述步骤A中熔体由75 %?80 %的电解原铝、20 %?25 %的冷料和中间合金组 成，优选78%电解原铝和22%冷料和中间合金；所述步骤A中熔炼时间为30min，按0. Ikg/ t · Al加入变质剂，采用系数法配料，电磁搅拌频率0. 7HZ，电流88A，时间20min。
[0020] 所述的变质剂主要作用是细化熔体晶粒，主要成分是75%钛，余量为助燃剂。
[0021] 所述步骤A中的配料是再次加入Al-Si中间合金按重量百分比配制成0. 42 %? 0· 44% Si、0. 50%?0· 55% Mg、0. 005%?0· 03% Ti、0 ?0· 18% Fe、0 ?0· 025% Zn 和余 量Al的熔体。所述步骤A中Al-Si中间合金的Si含量为12%，Fe含量为0. 12%，余量为 Al0
[0022] 所述步骤B中的炉底吹气是在熔炼炉通入0. 3MP纯度为99. 99 %的氮气，时间为 lOmin。所述步骤B中的喷粉精炼是在炉底吹气完成后利用0. 4MP纯度为99. 99 %的氮气 吹入精炼剂，精炼剂用量为I. 5kg/t · A1，时间为15min。所述步骤B中的精炼剂为现有 产品，主要成分为NaCl，作用是去除熔体中的气体和夹渣。所述步骤B中熔体温度控制在 740°C?760°C之间，优选750°C。所述步骤B中熔体静置温度为740°C?750°C之间，优选 745°C，静置时间为20min。所述步骤B中的静置炉中再次进行炉底吹气精炼、扒渣、静置与 在熔炼炉中的操作相同，区别在于静置炉中炉底吹气精炼温度控制在730°C?740°C之间， 优选735°C，熔体静置温度为720°C?730°C之间。
[0023] 所述步骤C中的Al-Ti-B合金丝Ti含量为5 %、B含量为1 %，送丝速度为260cm/ min。所述步骤C中的在线除气处理装置，其原理在于向精炼熔体中通入压力为0. 35MP的 氮气，利用旋转速度为300r/min的石墨转子将大气泡打散，形成小气泡，小气泡上浮过程 中吸附精炼熔体内的氢气和夹渣到精炼熔体表面，从而达到在线除气的目的。所述步骤C 中在线过滤为利用陶瓷过滤板滤除精炼熔体中的杂质。
[0024] 所述步骤D中电磁细晶处理是在结晶器外周围缠绕电磁线圈，线圈中通入交变电 流，产生感生电流，感生电流和变化的磁场交互作用产生电磁力，电磁力作用于精炼后的熔 体，使合金精炼后的熔体产生运动，从而使精炼后的熔体温度分布均匀、细化晶粒。所述 的电磁细晶处理包括结晶器和电磁线圈，结晶器上段内设置有空心环槽，电磁线圈设置在 空心环槽内，结晶器内侧为铸锭空间。所述步骤D中的结晶器规格为Φ120·ι、Φ140πιπι、 Φ178mm、 Φ320mm、 Φ384mm、 Φ448mm、 Φ480mm、 Φ560mm、 Φ620mm、 Φ800mm、 Φ900mm、 Φ 1350mm及Φ 1400mm。所述步骤D中多孔石墨油润滑，包括多孔石墨环、铸造油和供油系 统，所述铸造油通过供油系统管道通入结晶器的石墨环外壁，在油压和油分子的渗透作用 下，铸造油能有效的渗透到石墨环内壁，在石墨环内壁形成一层油膜，能有效减少精炼熔体 结晶形成的6063铝合金圆铸锭坯外壁和石墨环内壁之间的摩擦力，从而提供一种接近无 摩擦的铸造表面，使精炼熔体结晶过程比较规整，大幅提高6063铝合金圆铸锭坯外观质 量。所述步骤D中三次冷却铸造工艺是包括结晶器内多孔石墨环一次冷却、结晶器内设置 的喷水装置形成二次冷却和在离电磁线圈下端30cm的位置设置挡水板并利用6063铝合金 圆铸锭坯自身余热进行回火处理进行三次冷却，通过上述的三次冷却使6063铝合金圆铸 锭的热应力有效、缓慢的释放出来，避免了极冷造成6063铝合金圆铸锭裂纹。
[0025] 所述步骤E中均质化处理温度为500°C并保温12h，在2min内冷却到30°C。所述 步骤F中的锯切利用带锯进行切割。
[0026] 本发明的有益效果在于：
[0027] 本发明是一种大直径6063铝合金圆铸锭坯的生产方法，与现有技术相比，本发明 具有如下几点优点：
[0028] (1)本发明的大直径6063铝合金圆铸锭坯的生产方法，实现了短流程生产工艺技 术，直接将电解原铝液进行配料生产大直径6063铝合金圆铸锭坯，省去重熔工序、吨铝降 低成本，并大幅度减少铝的烧损、减少温室气体与有毒气体的排放，提高环境效益。
[0029] (2)大直径6063铝合金圆铸锭坯的生产过程中，利用电磁细晶处理工艺，一方面 通过电磁搅拌，使6063铝合金圆铸锭坯结晶时温度均匀，另一方面破碎和熔断了生长过程 中的树枝晶，使凝固过程中熔体中的晶核数量急剧增多，并有效抑制晶核之间相互吞并长 大，从而细化晶粒，有效避免6063铝合金圆铸锭坯裂纹、缩孔、缩松、气孔等质量缺陷。
[0030] (3)大直径6063铝合金圆铸锭坯的生产过程中，利用多孔石墨油润滑工艺，改善 了大直径6063铝合金圆铸锭坯的表观质量，有效抑制了拉痕、橘皮、冷隔、局部漏铝等表面 技术难题。
[0031] (4)大直径6063铝合金圆铸锭坯的生产过程中，应用了三次冷却工艺技术，改善 了大直径铝合金棒的组织和力学性能，避免了冷裂纹的产生。
[0032] (5)电磁细晶技术、多孔石墨油润滑技术、三次冷却技术的集成运用，有效提高大 直径铝合金圆铸锭的成品率，减少了废料的回炉量，从而节约能耗，减少废气污染物的排 放，从而达到节能减排的目的，具有显著的社会效益和环境效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0033] 图1为本发明的工艺流程图；
[0034] 图2为常规生产的6063的铸态显微组织；
[0035] 图3为本发明生产的6063铸态显微组织；
[0036] 图4为本发明生产的6063铸态退火后的显微组织。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合附图对本发明作进一步说明：
[0038] 如图1至图4所示：本发明按重量百分比为：0. 42%?0. 44%Si、0. 50%?0. 55% Mg、0. 005%?0· 03% Ti、0?0· 18% Fe、0?0· 025% Zn和余量Al的化学成分构成。
[0039] 上述大直径6063铝合金圆铸锭的生产方法如下述工艺流程：
[0040] A、熔体熔炼工艺
[0041] 在熔炼炉内加入冷料和部分Al-Si中间合金，利用虹吸管将电解铝液引入熔炼 炉，添加变质剂，配料，通过电磁搅拌完成熔炼工艺。
[0042] B、熔体精炼工艺
[0043] 熔炼后熔体经过炉底吹气、喷粉精炼、扒渣、静置后转入静置炉，在静置炉中再次 进行炉底吹气精炼、扒渣、静置完成熔体精炼工艺。
[0044] C、熔体在线处理工艺
[0045] 精炼后的熔体在静置炉出口的溜槽内喂入Al-Ti-B合金丝进行在线晶粒细化处 理后，通过在线除气处理装置，在线过滤后完成熔体在线处理工艺，得到高质量的6063铝 合金烙体。
[0046] D、铸造工艺
[0047] 高质量的6063铝合金熔体在结晶器内经过电磁细晶处理、多孔石墨油润滑、三次 冷却铸造工艺得到大直径6063铝合金圆铸锭。
[0048] E、均质化处理工艺
[0049] 合格的大直径6063铝合金圆铸锭通过均质炉组升温、保温、冷却步骤进行均质化 处理。
[0050] F、锯切、打捆、包装
[0051] 均质化处理大直径6063铝合金圆铸锭进行锯切、打捆、包装。
[0052] 所述步骤A中熔体由75 %?80 %的电解原铝、20 %?25 %的冷料和中间合金组 成，优选78%电解原铝和22%冷料和中间合金。所述步骤A中熔炼时间为30min，按0. Ikg/ t · Al加入变质剂，采用系数法配料，电磁搅拌频率0. 7HZ，电流88A，时间20min。
[0053] 所述的变质剂主要作用是细化熔体晶粒，主要成分是75%钛，余量为助燃剂。
[0054] 所述步骤A中的配料是再次加入Al-Si中间合金按重量百分比配制成0. 42 %? 0· 44% Si、0. 50%?0· 55% Mg、0. 005%?0· 03% Ti、0 ?0· 18% Fe、0 ?0· 025% Zn 和余 量Al的熔体。所述步骤A中Al-Si中间合金的Si含量为12 %，Fe含量为0. 12%，余量为 Al0
[0055] 所述步骤B中的炉底吹气是在熔炼炉通入0. 3MP纯度为99. 99 %的氮气，时间为 lOmin。所述步骤B中的喷粉精炼是在炉底吹气完成后利用0. 4MP纯度为99. 99 %的氮气 吹入精炼剂，精炼剂用量为I. 5kg/t · A1，时间为15min。所述步骤B中的精炼剂为现有 产品，主要成分为NaCl，作用是去除熔体中的气体和夹渣。所述步骤B中熔体温度控制在 740°C?760°C之间，优选750°C。所述步骤B中熔体静置温度为740°C?750°C之间，优选 745°C，静置时间为20min。所述步骤B中的静置炉中再次进行炉底吹气精炼、扒渣、静置与 在熔炼炉中的操作相同，区别在于静置炉中炉底吹气精炼温度控制在730°C?740°C之间， 优选735°C，熔体静置温度为720°C?730°C之间。
[0056] 所述步骤C中的Al-Ti-B合金丝Ti含量为5 %、B含量为1 %，送丝速度为260cm/ min。所述步骤C中的在线除气处理装置，其原理在于向精炼熔体中通入压力为0. 35MP的 氮气，利用旋转速度为300r/min的石墨转子将大气泡打散，形成小气泡，小气泡上浮过程 中吸附精炼熔体内的氢气和夹渣到精炼熔体表面，从而达到在线除气的目的。所述步骤C 中在线过滤为利用陶瓷过滤板滤除精炼熔体中的杂质。
[0057] 所述步骤D中电磁细晶处理是在结晶器外周围缠绕电磁线圈，线圈中通入交变电 流，产生感生电流，感生电流和变化的磁场交互作用产生电磁力，电磁力作用于精炼后的熔 体，使合金精炼后的熔体产生运动，从而使精炼后的熔体温度分布均匀、细化晶粒。所述 的电磁细晶处理包括结晶器和电磁线圈，结晶器上段内设置有空心环槽，电磁线圈设置在 空心环槽内，结晶器内侧为铸锭空间。所述步骤D中的结晶器规格为Φ120·ι、Φ140πιπι、 Φ 178mm、Φ 320mm、Φ 384mm、Φ 448mm、Φ 480mm、Φ 560mm、Φ 620mm、Φ 800mm、Φ 900mm、 Φ 1350mm及Φ 1400mm。所述步骤D中多孔石墨油润滑，包括多孔石墨环、铸造油和供油系 统，所述铸造油通过供油系统管道通入结晶器的石墨环外壁，在油压和油分子的渗透作用 下，铸造油能有效的渗透到石墨环内壁，在石墨环内壁形成一层油膜，能有效减少精炼熔体 结晶形成的6063铝合金圆铸锭坯外壁和石墨环内壁之间的摩擦力，从而提供一种接近无 摩擦的铸造表面，使精炼熔体结晶过程比较规整，大幅提高6063铝合金圆铸锭坯外观质 量。所述步骤D中三次冷却铸造工艺是包括结晶器内多孔石墨环一次冷却、结晶器内设置 的喷水装置形成二次冷却和在离电磁线圈下端30cm的位置设置挡水板并利用6063铝合金 圆铸锭坯自身余热进行回火处理进行三次冷却，通过上述的三次冷却使6063铝合金圆铸 锭的热应力有效、缓慢的释放出来，避免了极冷造成6063铝合金圆铸锭裂纹。
[0058] 所述步骤E中均质化处理温度为500°C并保温12h，在2min内冷却到30°C。
[0059] 所述步骤F中的锯切利用带锯进行切割。
[0060] 具体实施方案：
[0061]
【权利要求】
1. 一种大直径6063铝合金圆铸锭坯的生产方法，其特征在于：按重量百分比为： 0. 42%?0. 44% Si、0. 50%?0. 55%Mg、0. 005%?0. 03%Ti、0 ?0. 18%Fe、0 ?0. 025% Zn和余量A1的化学成分构成。
2. 根据权利要求1所述的大直径6063铝合金圆铸锭坯的生产方法，其特征在于，采用 如下工艺流程实现： A、 熔体熔炼工艺 在熔炼炉内加入冷料和部分Al-Si中间合金，利用虹吸管将电解铝液引入熔炼炉，添 加变质剂，配料，通过电磁搅拌完成熔炼工艺； B、 熔体精炼工艺 熔炼后熔体经过炉底吹气、喷粉精炼、扒渣、静置后转入静置炉，在静置炉中再次进行 炉底吹气精炼、扒渣、静置完成熔体精炼工艺； C、 熔体在线处理工艺 精炼后的熔体在静置炉出口的溜槽内喂入Al-Ti-B合金丝进行在线晶粒细化处理后， 通过在线除气处理装置，在线过滤后完成熔体在线处理工艺，得到高质量的6063铝合金熔 体； D、 铸造工艺 高质量的6063铝合金熔体在结晶器内经过电磁细晶处理、多孔石墨油润滑、三次冷却 铸造工艺得到大直径6063铝合金圆铸锭； E、 均质化处理工艺 合格的大直径6063铝合金圆铸锭通过均质炉组升温、保温、冷却步骤进行均质化处 理； F、 锯切、打捆、包装 均质化处理大直径6063铝合金圆铸锭进行锯切、打捆、包装。
3. 根据权利要求2所述的大直径6063铝合金圆铸锭坯的生产方法，其特征在于：所述 步骤A中熔体由75 %?80 %的电解原铝、20 %?25 %的冷料和中间合金组成，优选78 % 电解原铝和22%冷料和中间合金；所述步骤A中熔炼时间为30min，按0. lkg/t ? A1加入 变质剂，采用系数法配料，电磁搅拌频率〇. 7HZ，电流88A，时间20min ;所述步骤A中的配 料是再次加入Al-Si中间合金按重量百分比配制成0. 42%?0. 44% Si、0. 50%?0. 55% 1%、0.005%?0.03%11、0?0.18%?6、0?0.025%211和余量41的熔体；所述步骤八中 Al-Si中间合金的Si含量为12%，Fe含量为0. 12%，余量为A1。
4. 根据权利要求2所述的大直径6063铝合金圆铸锭坯的生产方法，其特征在于：所述 的变质剂主要作用是细化熔体晶粒，主要成分是75%钛，余量为助燃剂。
5. 根据权利要求2所述的大直径6063铝合金圆铸锭坯的生产方法，其特征在于：所 述步骤B中的炉底吹气是在熔炼炉通入0. 3MP纯度为99. 99%的氮气，时间为lOmin ;所述 步骤B中的喷粉精炼是在炉底吹气完成后利用0. 4MP纯度为99. 99 %的氮气吹入精炼剂， 精炼剂用量为1. 5kg/t ? A1，时间为15min ;所述步骤B中的精炼剂为现有产品，主要成分 为NaCl，作用是去除熔体中的气体和夹渣；所述步骤B中熔体温度控制在740°C?760°C之 间，优选750°C;所述步骤B中熔体静置温度为740°C?750°C之间，优选745°C，静置时间为 20min ;所述步骤B中的静置炉中再次进行炉底吹气精炼、扒渣、静置与在熔炼炉中的操作 相同，区别在于静置炉中炉底吹气精炼温度控制在730°C?740°C之间，优选735°C，熔体静 置温度为720°C?730°C之间。
6. 根据权利要求2所述的大直径6063铝合金圆铸锭坯的生产方法，其特征在于：所述 步骤C中的Al-Ti-B合金丝Ti含量为5 %、B含量为1 %，送丝速度为260cm/min ;所述步 骤C中的在线除气处理装置，其原理在于向精炼熔体中通入压力为0. 35MP的氮气，利用旋 转速度为300r/min的石墨转子将大气泡打散，形成小气泡，小气泡上浮过程中吸附精炼熔 体内的氢气和夹渣到精炼熔体表面，从而达到在线除气的目的；所述步骤C中在线过滤为 利用陶瓷过滤板滤除精炼熔体中的杂质。
7. 根据权利要求2所述的大直径6063铝合金圆铸锭坯的生产方法，其特征在于：所述 步骤D中电磁细晶处理是在结晶器外周围缠绕电磁线圈，线圈中通入交变电流，产生感生 电流，感生电流和变化的磁场交互作用产生电磁力，电磁力作用于精炼后的熔体，使合金精 炼后的熔体产生运动，从而使精炼后的熔体温度分布均匀、细化晶粒，所述的电磁细晶处理 包括结晶器和电磁线圈，结晶器上段内设置有空心环槽，电磁线圈设置在空心环槽内，结晶 器内侧为铸锭空间；所述步骤D中的结晶器规格为①120mm、①140mm、①178mm、①320mm、 0 384mm、O 448mm. 〇480mm> 〇560mm> 〇620mm> O 800mm. 0 900mm、<!> 1350mm 及 <!> 1400mm ; 所述步骤D中多孔石墨油润滑，包括多孔石墨环、铸造油和供油系统，所述铸造油通过供油 系统管道通入结晶器的石墨环外壁，在油压和油分子的渗透作用下，铸造油能有效的渗透 到石墨环内壁，在石墨环内壁形成一层油膜，能有效减少精炼熔体结晶形成的6063铝合金 圆铸锭坯外壁和石墨环内壁之间的摩擦力，从而提供一种接近无摩擦的铸造表面，使精炼 熔体结晶过程比较规整，大幅提高6063铝合金圆铸锭坯外观质量；所述步骤D中三次冷却 铸造工艺是包括结晶器内多孔石墨环一次冷却、结晶器内设置的喷水装置形成二次冷却和 在离电磁线圈下端30cm的位置设置挡水板并利用6063铝合金圆铸锭坯自身余热进行回火 处理进行三次冷却，通过上述的三次冷却使6063铝合金圆铸锭的热应力有效、缓慢的释放 出来，避免了极冷造成6063铝合金圆铸锭裂纹。
8. 根据权利要求2所述的大直径6063铝合金圆铸锭坯的生产方法，其特征在于：所述 步骤E中均质化处理温度为500°C并保温12h，在2min内冷却到30°C。
9. 根据权利要求2所述的大直径6063铝合金圆铸锭坯的生产方法，其特征在于：所述 步骤F中的锯切利用带锯进行切割。
【文档编号】B22D11/115GK104328316SQ201410542948
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月15日 优先权日:2014年10月15日
【发明者】张春生, 邢大庆, 杨万章, 周金全, 潘建国, 杨吉斌, 陈本松, 江俊 申请人:云南云铝润鑫铝业有限公司