一种铝及铝熔体处理方法与流程

本发明涉及铝合金铸造
技术领域：
，尤其是一种铝及铝熔体处理方法。
背景技术：
：铝及铝合金以其优异的性能广泛应用于航空、航天、交通运输、建筑、包装、电子、印刷、装饰等众多国防和民用领域，随着铝及铝合金的广泛应用，对其性能的要求也越来越高、越来越多样。铝及铝合金熔体处理是铝加工的第一道工序，也是提高铝合金综合性能的主要手段之一，铝及铝合金熔体质量直接决定着最终产品的性能。铝及铝合金熔体中含有大量的氢、金属及非金属夹杂，为保证产品质量必须对熔体进行净化。随着国家环保政策的不断推进以及铝加工市场竞争的加剧，在铝及铝合金熔炼工序，采用电解铝液加固体料的加料结构已成为铝及铝加工领域短流程低成本环保工艺的首选，在民用产品领域取代传统的全固体料熔炼加料结构势在必行。而采用电解铝液加固体料的加料结构对铝及铝合金熔体处理工艺提出了新的要求，不仅要对熔体中常见的氢、金属及非金属夹杂进行净化，还要对高温电解铝液中存在的电解质和大量碱金属进行处理。科技部2016年发布的《国家重点支持的高新
技术领域：
》，将新材料（金属材料）领域的铝、铜、镁、钛合金清洁生产与深加工技术列入国家重点支持的高新
技术领域：
，铝熔体处理技术的改进与优化是实现铝及铝合金清洁生产的重要措施。在铝及铝合金熔体处理
技术领域：
，目前常用的熔体处理技术为：在熔炼炉内完成原料的加料熔化和成分调整工作，并对熔体进行初步的精炼处理；铝熔体成分合格并达到基本处理标准后经流槽导入保温炉，在保温炉内继续对熔体进行精炼处理，使熔体符合后续铸造或铸轧质量标准。具体处理工艺为：第一步对熔炼炉进行清炉作业，确保炉壁四周无明显结渣。将各种固体料按照一定工艺要求加入熔炼炉，或者按照一定比例加入电解铝液和固体料，这个过程中要保证固体料无泥土、灰尘等杂物污染。第二步熔化扒渣，加热升温待固体料化平、温度合适后将浮渣扒干净。化平前搅拌3-5次，每次5-10min：化平后将浮渣扒干净；扒渣铝液温度≥685℃等。在扒渣工序进行后取样进行合金成分化验。第三步精炼，按照生产工艺的要求使用精炼剂进行喷粉精炼或使用氩气、氮气混合气体进行精炼，精炼时间15-20min。通过精炼初步去除铝熔体中的氢、金属及非金属夹杂，以及电解铝液中的电解质和碱金属。第四步成分调整，根据合金成分化验结果，进行成分调整。各种溶剂在加入前要去除外包装，保证干燥。加入合金时必须去除外包装。第五步倒炉，在倒炉前要再进行一次扒渣，扒渣静置后将铝熔体导入保温炉。导炉前必须确认温度、成分合格，熔体表面无5*5cmm的浮渣，呈镜面。第六步保温炉精炼，铝熔体主要在保温炉内进行精炼处理。精炼时间≥15min，精炼间隔时间4-4-4小时，精炼温度夏季725~740℃，冬季730~745℃，精炼介质采用精炼剂或氩气、氮气混合气体。通过保温炉精炼，去除铝熔体中的各种夹杂及碱金属，提高熔体的清洁度。保温炉倒炉前必须进行2-3次精炼。第七步铝熔体倒炉后，经流槽进入在线除气装置和在线过滤装置，进行铝熔体的再次处理，提高熔体的清洁度。变质剂的加入在在线除气前完成。此种熔体处理技术是铝加工行业目前最为常见的熔体处理技术，经此技术处理的熔体质量优异，能基本满足所有铝加工产品的熔体处理要求，制备出产品质量优良的铝熔体，但此种熔体处理技术工序较多，熔炼和精炼过程需要在熔炼炉和保温炉内分别进行，且在倒炉过程中存在大量的热量损失，不仅增加了生产成本，对铝加工企业日趋严峻的环保要求也是沉重的负担。因此在保证熔体质量的前提下，如何缩短熔体处理流程、降低生产成本成为目前铝及铝合金熔体处理
技术领域：
的重要研究课题。技术实现要素：本发明提供了一种铝及铝熔体处理方法，用于铝及铝合金民用产品领域铝熔体的处理，在不降低产品品质的前提下，缩短工艺流程，降低生产成本。为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种铝及铝及铝熔体处理方法，包括以下步骤：s1.加料：将铸锭和合金添加剂作为固体料投入熔炼炉中，然后在固体料表面均匀抛洒精炼剂，根据需要添加或不添加电解铝液；s2.熔体预处理：加料完成后加热升温待固体料化平，化平前进行电磁搅拌3~5次，每次10~20min，化平后，扒渣，调整成分至达到合金成分要求；s3.炉内精炼：将精炼设备的一端与进气管连接，另一端插入铝熔体内部，氩气、氮气混合气体或氩气、氯气混合气体通过精炼设备在铝熔体内部形成均匀的弥散气泡，同时开启电磁搅拌装置，氩气和氮气或氯气和氮气的体积比为1:3~6，每次精炼时间为20~30min，精炼次数不少于2次；s4.炉内精炼完成后的铝熔体进入在线snif除气装置对铝熔体进行再次精炼；s5.cff过滤箱对铝熔体进行过滤，过滤精度为30~50ppi；s6.在线深床过滤。进一步的，所述步骤s1中，添加电解铝液时，预先将电解铝液置于胎胞中，然后通入氮气和氩气混合气体或喷入喷粉精炼剂对电解铝液进行预精炼。进一步的，所述步骤s2中，铝熔体温度升至720~750℃时进行扒渣。进一步的，所述步骤s3中，若铝熔体在熔炼炉内停留超过4h，则追加一次精炼。进一步的，所述步骤s3中，若铝熔体在熔炼炉内停留时间超过8h，则另投入1-3t按合金成分计算的冷固体料。进一步的，所述步骤s4中，snif除气装置设置有2个，每一个snif除气装置包括有3转子除气装置，除气采用氩气和氮气或氯气和氮气混合气体，氩气/氯气与氮气的体积比为1~5:1~5。进一步的，所述步骤s5中，cff过滤箱并列放置有2个，过滤过程中一个时段只使用其中1个，铝熔体通过量50~100t时切换一次cff过滤箱。进一步的，所述步骤s6中，在线深床过滤使用深床过滤器，过滤介质为氧化铝球，床体厚度500mm，铝熔体处理3000~5000吨更换一次过滤介质。进一步的，步骤s2和步骤s6完成后，通过podfa金相测渣法对铝熔体质量进行检测。本发明的有益效果为：1、本发明将铝及铝合金熔体的处理在混合熔炼炉内进行，在一个混合熔炼炉内完成从加料、熔化、成分调整到精炼的所有熔体处理工序，省去了铝熔体从熔炼炉到保温炉的倒炉过程，避免了倒炉过程中出现的热量损失，缩短熔体处理流程，节约了能源，降低了生产成本，提高了生产效率。2、本发明采用了固体料与精炼剂的预配料、电解铝的预精炼、预扒渣工艺，可以缩短工艺流程，减少配料时间，同时提高精炼效率，在熔炼阶段实现对熔体的初步精炼处理，除去铝熔体中的氢、金属及非金属夹杂，以及电解铝液中的部分电解质和碱金属，为后期熔体的持续精炼处理打下基础。3、本发明在整个熔体的精炼处理过程持续有电磁搅拌参与，相比与原有的熔体处理工艺，原有的保温炉精炼只能通过炉底或精炼装置的持续移动来实现铝熔体的移动，本发明的工艺更能保证熔体移动的均匀性，且精炼时使精炼气体深入至铝熔体中，结合电磁搅拌使精炼气体能更加均匀弥散的分布与整个熔体内部，进而实现精炼的均匀性，提高熔体的清洁度。4、在精炼的过程中，除预精炼阶段为采用精炼剂精炼，其他精炼均采用氩气和氮气或氩气和氯气混合气体做为精炼介质进行精炼，不再使用精炼剂进行精炼，，一方面提高了精炼效果，另一方面减少了精炼剂对熔体的二次污染。5、本发明提供的一种铝熔体处理技术，是一种将胎胞精炼、熔体预处理、炉内精炼、在线除气、在线过滤和在线深床过滤相结合的铝熔体处理技术，并通过podfa金相测渣法对铝熔体质量进行检测，大大提高了铝熔体的清洁度，为后续铝产品的稳定生产提供了保证。附图说明图1为实施例1中经熔体预处理后采用podfa法分析的铝熔体样品金相组织图。图2为实施例1中经深床过滤后采用podfa法分析的铝熔体样品金相组织图。图3为实施例2中经熔体预处理后采用podfa法分析的铝熔体样品金相组织图。图4为实施例2中经深床过滤后采用podfa法分析的铝熔体样品金相组织图。具体实施方式通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进。本发明总的技术方案是：s1.加料对混合熔炼炉进行清炉作业，确保炉壁四周无明显结渣后进行装炉作业。装炉要按照一定的装炉顺序进行：先装固体料（铝锭和废料），然后根据加料比例和产品成分要求在炉内装入各种合金添加剂或中间合金完成预配料工作，预配料加入完成后在固体料表面均匀抛洒精炼剂，最后加入高温电解铝液。这个过程中要保证固体料无泥土、灰尘等杂物污染，各种合金溶剂在加入前要去除外包装，保证干燥。添加电解铝液时，预先将电解铝液置于胎胞中，然后通入氮气和氩气混合气体或喷入喷粉精炼剂对电解铝液进行预精炼。s2.熔体预处理加料完成后加热升温待固体料化平，化平前进行电磁搅拌3~5次，每次10~20min。固体料化平后，待铝熔体温度升至720~750℃将熔体表面浮渣扒干净。在扒渣工序进行后取样进行合金成分化验。熔体预处理阶段主要完成熔炼、预精炼和预扒渣过程，电磁搅拌的参与可以加速熔炼过程使熔池温度更加均匀，也能强化预精炼的处理效果。根据合金成分化验结果进行成分调整，若合金成分合格则直接进入精炼工序。若合金成分不合格，则根据化验结果补加相应的合金添加剂或中间合金。s3.炉内精炼：精炼过程可以与成分调整同时进行，也可以根据实际情况在熔体预处理后成分调整前进行一次精炼。每次精炼前启动电磁搅拌设备，精炼温度控制在735~755℃，氩气/氯气用量1~5m³/h，氮气用量10~20m³/h，石墨转子速度200-300r/min，精炼时间20~30min，精炼次数≥2次。精炼过程中要观察熔体表面的渣含量，根据实际情况进行扒渣作业，确保导炉前熔体表面无5*5cmm的浮渣，呈镜面。由于各种原因导致已准备完毕的熔炉未按计划节点导炉，若铝液在炉内停留超过4小时，则追加一次精炼，若停留时间超过8个小时，则另需投入1-3t冷料。追加的精炼时长应≥30分钟/次。导炉前必须静置≥45min，同时确认温度、成分合格。s4.铝熔体在线处理倒炉后的铝熔体进行熔体在线处理。铝熔体经流槽进入在线snif除气装置，通过在线sinf除气装置对铝熔体进行再次精炼。snif除气装置设置有2个，每一个snif除气装置包括有3转子除气装置。s5.cff过滤箱对铝熔体进行过滤，过滤精度为30~50ppi。cff过滤箱并列放置有2个，过滤过程中一个时段只使用其中1个，铝熔体通过量50~100t时切换一次cff过滤箱。s6.在线深床过滤。在线深床过滤使用深床过滤器，过滤介质为氧化铝球，床体厚度500mm，铝熔体处理3000~5000吨更换一次过滤介质。以下结合下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进。实施例1本实施例提供了一种8011合金单零箔产品熔体处理方法，其包括：s1.加料：根据8011合金单零箔产品生产工艺要求对混合熔炼炉进行清炉作业，根据合金要求称取各种原料，具体见表1，其中铝元素30wt%以铝锭的方式添加，70wt%以电解铝液的方式添加。向熔炼炉中加入30wt%且铝含量≥99.7%的铝锭或8011合金单零箔废料，并根据加料结构计算fe剂、si剂和其他合金添加剂的预加入量，预配料加入完成后在固体料表面均匀抛洒精炼剂，最后加入70wt%的电解铝液。表18011合金成分sifecumgcrzntial0.600.720.025---0.015余量添加电解铝液时，预先将电解铝液置于胎胞中，然后通入氮气和氩气混合气体或喷入喷粉精炼剂对电解铝液进行预精炼。s2.熔体预处理：加料完成后加热升温待固体料化平，化平前进行3次电磁搅拌，每次15min。固体料化平后，待铝液温度升至730℃将熔体表面浮渣扒干净。在扒渣工序进行后取样进行合金成分化验。根据化验结果，若合金成分合格则直接进入精炼工序，若合金成分不合格，则根据化验结果补加相应的合金添加剂或中间合金，保证8011合金熔体成分如表1所示。s3.炉内精炼：8011合金熔体精炼可以和合金成分调整同时进行，共进行3次精炼。炉内温度740℃，启动电磁搅拌，精炼装置通入氮气氩气混合气体（氩气用量2m³/h，氮气用量10m³/h），将精炼装置插入熔体内部（深度300mm），石墨转子速度250r/min，精炼时间30min。精炼后扒去熔池表面浮渣，确保熔体表面无5*5cmm的浮渣，呈镜面。静置50min进行导炉作业。经熔体测氢和成分检测，熔体含氢量0.022ml/100gal，主要碱金属na含量2ppm。s4.铝熔体在线处理：铝熔体经流槽进入在线双snif除气装置，通过在线sinf除气采用氩气和氮气混合气体作为精炼介质对铝熔体进行再次精炼，3转子的sinf装置氩气用量5m³/h，氮气用量1m³/h，转子速度550r/min，精炼温度740℃。s5.cff过滤箱对铝熔体进行过滤，过滤精度为50ppi。铝熔体通过量80吨切换cff过滤箱，这时要对第一个cff过滤箱进行清理，以实现在线循环切换。s6.铝熔体进入在线深床过滤器（过滤介质为氧化铝球，床体厚度500mm），进行最后的熔体过滤处理。铝熔体在线处理后经熔体测氢和成分检测，熔体含氢量0.010ml/100gal，主要碱金属na氢量1ppm。图1为经熔体预处理后在混合熔炼炉内取样，采用podfa法进行分析的样品金相组织，对8011合金铝熔体过滤样品的金相分析显示在过滤陶瓷表面仍存在大量的固态夹杂物，说明熔体预处理起到了一定的预精炼结果，但在熔体内仍存在大量的夹杂物，需要通过后续的精炼工序进行处理。图2为导炉后经在线处理后在流槽内取样，采用podfa法进行分析的样品金相组织，可以看出经过精炼处理后在过滤陶瓷表面只有少量的固态夹杂物存在，这表明后续的精炼工序对熔体处理起到了很好的效果。此种8011合金单零箔产品熔体处理方法可以实现0.01mm厚度单零铝箔的稳定生产。实施例2本实施例提供了一种5052合金门板料产品熔体处理方法，其包括：s1.根据5052合金门板料产品生产工艺要求对混合熔炼炉进行清炉作业，根据合金要求称取各种原料，具体见表2，其中铝元素40wt%以铝锭的方式添加，60wt%以电解铝液的方式添加。加入40wt%且铝含量≥99.7%的铝锭或5xxx合金固体废料，并根据加料结构计算fe剂、si剂、cr剂、mg锭和其他合金添加剂的预加入量，预配料加入完成后在固体料表面均匀抛洒精炼剂，最后加入60wt%的电解铝液。表25052合金成分sifecumgcrzntial0.070.20-2.300.19-0.02余量添加电解铝液时，预先将电解铝液置于胎胞中，然后通入氮气和氩气混合气体或喷入喷粉精炼剂对电解铝液进行预精炼。s2.熔体预处理:加料完成后加热升温待固体料化平，化平前进行3次电磁搅拌，每次20min。固体料化平后，待铝液温度升至745℃将熔体表面浮渣扒干净。在扒渣工序进行后取样进行合金成分化验。根据化验结果，若合金成分合格则直接进入精炼工序，若合金成分不合格，则根据化验结果补加相应的合金添加剂或中间合金（镁锭），保证5052合金熔体成分如表2所示。s3.炉内精炼：5052合金熔体精炼可以和合金成分调整同时进行，共进行4次精炼。炉内温度745℃，启动电磁搅拌，精炼装置通入氮气和氩气混合气体（氯气用量3m³/h，氮气用量12m³/h），将精炼装置插入熔体内部（深度300mm），石墨转子速度300r/min，精炼时间30min。精炼后扒去熔池表面浮渣，确保熔体表面无5*5cmm的浮渣，呈镜面。静置50min进行导炉作业。s4.铝熔体在线处理铝熔体：经流槽进入在线双snif除气装置，通过在线sinf除气采用氩气和氮气混合气体作为精炼介质对铝熔体进行再次精炼，3转子的sinf装置氩气用量5m³/h，氯气用量1m³/h，转子速度600r/min，精炼温度730℃。s5.cff过滤箱对铝熔体进行过滤，过滤精度为50ppi，铝熔体通过量80吨切换cff过滤箱，这时要对第一个cff过滤箱进行清理，以实现在线循环切换。s6.铝熔体进入在线深床过滤器（过滤介质为氧化铝球，床体厚度500mm），进行最后的熔体过滤处理。铝熔体在线处理后经熔体测氢和成分检测，熔体含氢量0.012ml/100gal，主要碱金属na氢量1ppm。图3为经熔体预处理后在混合熔炼炉内取样，采用podfa法进行分析的样品金相组织，对5052合金铝熔体过滤样品的金相分析显示在过滤陶瓷表面存在大量的固态夹杂物，说明经熔体预处理在熔体内仍存在大量的夹杂物。图4为导炉后熔体经在线处理后在流槽内取样，采用podfa法进行分析的样品金相组织，可以看出经过精炼处理后在过滤陶瓷表面固态夹杂物基本被除去，后续的精炼工序起到了很好的除气除渣效果。为了公开本发明的目的而在本文中选用的技术方案或是实施例，当前认为是适宜的，但是应了解的是：本发明旨在包括一切属于本构思和本发明范围内的实施例的所有变化和改进。当前第1页12