一种利用回收铝制备变形铝合金的方法

技术领域

本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种利用回收铝制备变形铝合金的方法。

背景技术

变形铝合金具有比强度高、耐腐蚀性好、导电导热性好以及回收利用率高等优点，被广泛应用于国计民生的各个领域，铝及其合金已经成为使用量仅次于钢铁的第二大金属材料，在当今社会的发展建设中发挥重要作用。制备变形铝合金主要以原生铝锭为原材料，根据不同属性的变形铝合金，在熔炼过程中加入硅、铁、铜、锰、镁、铬、锌、钛等合金强化元素，经过一系列的熔铸工艺工序，最终铸造得到所需的变形铝合金。

每年随着工业产品使用年限的逐渐到期，报废的铝合金数量越来越多，充分利用报废的铝合金资源可以大幅降低铝合金的生产成本。但是据统计分析，每年只有不到10％的回收铝资源被制备成变形铝合金，其余大部分回收铝资源则被降级使用，生产低附加值的铸造铝合金，回收铝资源中大量优质铜、镁、锌、锰等合金元素并没有得到有效利用，造成资源的浪费。因此，利用回收铝资源制备变形铝合金，对于提高回收铝资源的循环利用价值以及降低生产成本具有非常重要的作用。

公开号为CN 112324949 A的中国专利公开了一种废杂铝合金制备再生变形铝合金的方法，其先用感应电炉对废铝加热到770～800℃充分熔化后再降温至730℃，再加入合金元素及稀土元素，最终得到变形铝合金。该技术中需先升温再降温导致能源的浪费及降低生产效率，同时需要添加稀土元素，将增加变形铝合金的生产成本。因此，提供一种利用回收铝制备变形铝合金的方法具有重要意义。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种利用回收铝制备变形铝合金的方法，该方法在实现回收铝利用的同时，还使得制备的变形铝合金质量高。

有鉴于此，本申请提供了一种利用回收铝制备变形铝合金的方法，包括以下步骤：

A)装炉熔炼：首先在熔炼炉炉底撒入无钠型打渣剂，再将回收铝和原料装炉，装炉之后开始熔化；待炉料熔化40％～50％时，开启电磁搅拌，炉料化平后辅以机械搅拌；待熔体温度达到720℃以上，取样分析并进行成分调整；

B)炉内精炼：当温度达到730～750℃时进行熔炼炉精炼，转炉后进行保温炉精炼；上述精炼过程中开启炉底透气砖系统；

C)熔体在线处理：在线喂丝机设置Al-5Ti-1B合金线材双路喂丝，速率为1.0～2.0kg/吨铝，使用Hycast除气箱，氩气流量为70～75L/min、氩气压力为7.0～7.5barg、转子转速为650～750rpm，双极过滤箱装有孔隙率为30ppi+50ppi陶瓷过滤板；

D)半连续铸造：将步骤C)得到的熔体从保温炉导流至铸造流槽依次经过在线喂丝机、除气箱、过滤箱、结晶器进行铸造，铸造方式为直接水冷半连续铸造，得到变形铝合金铸锭。

优选的，步骤A)中，所述无钠型打渣剂的加入量为0.8～1.5kg/吨铝；所述回收铝打包压块或成捆装炉，所述回收铝的加入量为回收料和原料总量的80wt％～90wt％。

优选的，步骤A)中，所述装炉的顺序为先加入表面积大而体积小的松散回收铝，再加入紧实成捆的回收铝；所述电磁搅拌的时间为30～40min，所述机械搅拌的时间为3～10min。

优选的，步骤B)中，所述颗粒状精炼剂成分包括：Mg6～12wt％、K20～35wt％、Ca2.0～3.5wt％、F4.0～7.0wt％、Cl45～55wt％，其他元素≤5wt％。

优选的，步骤B)中，所述熔炼炉精炼以纯度≥99.996％的氩气作为载体，将用量为1.3～1.7kg/吨铝的颗粒状精炼剂喷入铝熔体中，压力为0.05～0.15MPa，所述熔炼炉精炼的时间为30～40min；所述保温炉精炼氩气压力为0.05～0.15MPa，精炼时间为10～30min。

优选的，步骤B)中，所述精炼过程中开启炉底透气砖系统的压力为350～900KPa，吹气载体为氩气，氩气流量为50～70L/min。

优选的，步骤B)中，所述熔炼炉精炼后先静置20～30min再扒渣；所述保温炉精炼后先静置20～30min再扒渣。

优选的，步骤C)中，所述熔体在线处理后在线氢含量≤0.12mL/100gAl。

优选的，步骤D)中，所述半连续铸造的温度为700～750℃，铸造速度为20～50mm/min，水流量为40～200m

本申请提供了一种利用回收铝制备变形铝合金的方法，其采用回收铝替代原生铝锭作为原料投入进高热效率的蓄热式熔炼炉进行熔炼，降低了能耗和金属成本；同时在熔化过程中通过辅以电磁搅拌加快熔化速度，之后再通过以惰性气体氩气+精炼剂进行精炼，并开启炉底透气砖系统使精炼净化效果达到最佳状态；最后通过在线喂丝+除气箱+双极过滤箱的熔体在线处理，有效地进行除气除渣和隔离熔体中夹杂夹渣，保证了熔体质量。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的铝合金铸锭的晶粒度尺寸照片。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

鉴于现有技术中回收铝制备变形铝合金的过程中，生产成本高，同时熔体净化技术差，难以保证产品质量的问题，本申请提供了一种利用回收铝制备变形铝合金的方法，其以回收铝为原材料替代原生铝锭，通过“熔炼-熔体净化处理-半连续铸造”工序制备出变形铝合金，其氢含量≤0.12mL/100g Al，晶粒度≤1级，无夹杂夹渣，疏松裂纹等缺陷。具体的，本发明实施例公开了一种利用回收铝制备变形铝合金的方法，包括以下步骤：

A)装炉熔炼：首先在熔炼炉炉底撒入无钠型打渣剂，再将回收铝和原料装炉，装炉之后开始熔化；待炉料熔化40％～50％时，开启电磁搅拌，炉料化平后辅以机械搅拌；待熔体温度达到720℃以上，取样分析并进行成分调整；

B)炉内精炼：当温度达到730～750℃时开始熔炼炉精炼，以惰性气体氩气为载体将1.3～1.7kg/吨铝的颗粒状精炼剂喷入熔炼炉铝熔体中，同时开启熔炼炉炉底透气砖系统；转炉后对保温炉铝熔体进行氩气精炼，并开启保温炉炉底透气砖系统；

C)熔体在线处理：在线喂丝机设置Al-5Ti-1B合金线材双路喂丝，速率按1.5kg/吨铝设置，使用Hycast除气箱，氩气流量为70～75L/min、氩气压力为7.0～7.5barg、转子转速为650～750rpm，双极过滤箱装有孔隙率为30ppi+50ppi陶瓷过滤板；

D)半连续铸造：将步骤C)得到的熔体从保温炉导流至铸造流槽依次经过在线喂丝机、除气箱、过滤箱、结晶器进行铸造，铸造方式为直接水冷半连续铸造，得到变形铝合金铸锭。

在利用回收铝制备变形铝合金的过程中，本申请包括依次进行的装炉熔炼、炉内精炼、熔体在线处理和半连续铸造过程。

首先进行的是装炉熔炼，具体为：装炉前，首先在炉底均匀撒入无钠型打渣剂，再将回收铝和原料装炉，装炉之后升温熔化；待炉料熔化40％～50％时，开启电磁搅拌，炉料化平后辅以机械搅拌；待溶体温度达到720℃以上，取样分析并进行成分调整；在此过程中，所述无钠型打渣剂的加入量为0.8～1.5kg/吨铝；所述回收铝打包压块或成捆装炉，所述回收铝的加入量为回收料和原料总量的80wt％～90wt％；更具体的，所述无钠型打渣剂的加入量为0.8～1.2kg/吨铝，所述回收铝的加入量为82～88wt％。所述装炉的顺序为先加入表面积大而体积小的松散回收铝，再加入紧实成捆的回收铝。所述电磁搅拌的开启可以提高熔化效率和加速合金元素和温度扩散的均匀性。所述电磁搅拌的时间为30～40min，所述机械搅拌的时间为3～10min。

按照本发明，在熔炼炉的熔体成分合格后，当温度达到730～750℃时开始熔炼炉精炼，以纯度≥99.996％的氩气为载体，压力为0.05～0.15MPa，将用量为1.3～1.7kg/吨铝的颗粒状精炼剂均匀喷入炉内熔体，精炼时间30～40min，同时开启熔炼炉炉底透气砖系统，强化精炼效果，精炼完先静置20～30min，然后扒取表面浮渣，待转炉；熔体由熔炼炉转入保温炉完成后进行保温炉精炼，使用氩气精炼，压力设置为0.05～0.15MPa，精炼时间10～30min，精炼过程中开启保温炉透气砖系统，强化精炼效果，精炼结束后先静置20～30min再进行扒渣处理。在上述过程中，所述颗粒状精炼剂成分包括：Mg6～12wt％、K20～35wt％、Ca2.0～3.5wt％、F4.0～7.0wt％、Cl45～55wt％，其他元素≤5wt％。在上述熔炼的过程中，可以进行两次精炼，精炼剂每次用量为0.8～1.2kg/吨铝，精炼时间为15～30min，精炼结束后再扒渣静置。所述开启熔炼炉透气砖系统的压力为350～900KPa，吹气载体为氩气，氩气流量为50～70L/min。同样的，所述保温炉中可以引入颗粒状精炼剂，其用量为0.4～0.6kg/吨铝。

在上述精炼的过程中，精炼剂与铝熔体发生物理吸附和化学反应除渣，根据分压差原理在除气的同时将熔体内部的夹杂物带到熔体表面，达到除气出渣的效果。上述精炼扒渣出来的铝渣转运至旋转炉进行旋转炒渣回收残留铝液，提高了整体金属回收铝，另外回收后的铝液可以进行再次回炉重熔，节约了金属成本。

本申请然后将精炼后的熔体进行在线处理，具体为：半连续铸造前，在线喂丝机设置Al-5Ti-1B合金线材双路喂丝，速率按1.0～2.0kg/吨铝设置，使用Hycast除气箱，氩气流量为70～75L/min、氩气压力为7.0～7.5barg、转子转速为650～750rpm，双极过滤箱装有孔隙率为30ppi+50ppi陶瓷过滤板；更具体的，所述双路喂丝速率为1.2～1.8kg/吨铝，氩气流量为72～74L/min，氩气压力为7.2～7.4barg，转子转速为660～720rpm。

本申请最后进行半连续铸造，其是将上述得到的熔体从保温炉导流至铸造流槽依次经过在线喂丝机、除气箱、过滤箱、结晶器进行铸造，铸造方式为直接水冷半连续铸造，得到变形铝合金铸锭。在上述过程中，所述半连续铸造的温度为700～750℃，铸造速度为20～50mm/min，水流量为40～200m

本申请提供了一种利用回收铝制备变形铝合金的方法，其采用回收铝替代原生铝锭作为原料投入进高热效率的蓄热式熔炼炉进行熔炼，并使用元素添加剂配料，降低了能耗和金属成本，所制备的变形铝合金生产制造成本降低了50％以上；同时在熔炼炉熔化过程中通过辅以电磁搅拌加快熔化速度，之后再通过以惰性气体氩气+精炼剂进行精炼，并开启炉底透气砖系统使精炼净化效果达到最佳状态；最后通过除气箱+双极过滤箱的炉外在线处理，有效的除气除渣和隔离熔体中夹渣夹杂，保证了熔体质量，制备的变形铝合金铸锭产品氢含量≤0.12mL/100g Al，晶粒度≤1级，无夹杂夹渣，疏松≤1级。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的利用回收铝制备变形铝合金的方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

按照下述方法制备高质量变形铝合金铸锭：包括依次进行的装炉熔炼、炉内精炼、在线处理、铸造；

1)装炉熔炼：

装炉前，在炉底均匀撒入无钠型打渣剂，用量为0.8kg/吨铝，随后将打包压块或成捆的回收铝装炉，回收铝重量为投料总重量的80％；待炉料熔化约40％后，开启电磁搅拌30min，当炉料化平后，辅以机械搅拌5min，并及时扒净熔体表面浮渣；待熔体温度达到730℃以上时，进行取样分析，并根据分析结果加入相应的合金元素添加剂进行补料调整成分；

2)炉内精炼：

熔体成分合格后，当温度达到730～740℃时熔炼炉进行精炼，使用以纯度≥99.996％的氩气为载体，压力设置为0.08MPa，将用量为1.3kg/吨铝的颗粒状精炼剂均匀喷入炉内熔体，精炼时间30min，同时开启熔炼炉透气砖系统，透气砖压力350KPa，氩气流量55L/min，精炼完先静置20min再扒取表面浮渣；转炉后保温炉进行精炼，使用氩气精炼，压力设置为0.08MPa，精炼时间20min，精炼过程中开启保温炉透气砖系统，透气砖压力350KPa，氩气流量55L/min，精炼结束后先静置20min再进行扒渣处理；

3)在线处理：

半连续铸造前，在线喂丝机设置Al-5Ti-1B合金线材双路喂丝，速率按1.5kg/吨铝设置，使用Hycast除气箱，氩气流量为70L/min、氩气压力为7.5barg、转子转速为700rpm，双极过滤箱装有孔隙率30ppi+50ppi陶瓷过滤板；

4)铸造：

熔体从保温炉导流至铸造流槽依次经过在线喂丝机、除气箱、过滤箱、结晶器进行铸造，铸造方式为直接水冷半连续铸造，起铸温度738±5℃，起铸速度27mm/min，起铸水流量45m

实施例2

按照下述方法制备高质量变形铝合金铸锭：包括依次进行的装炉熔炼、炉内精炼、在线处理、铸造；

1)装炉熔炼：

与实施例1的区别在于：在炉底均匀撒入无钠型打渣剂用量为1.0kg/吨铝，回收铝重量为投料总重量的90％；待炉料熔化约40％后，开启电磁搅拌35min，当炉料化平后，辅以机械搅拌5min；

2)炉内精炼：

熔体成分合格后，当温度达到730～740℃时熔炼炉进行精炼，使用以纯度≥99.996％的氩气为载体，压力设置为0.10MPa，将用量为1.7kg/吨铝的颗粒状精炼剂均匀喷入炉内熔体，精炼时间35min，同时开启熔炼炉透气砖系统，透气砖压力700KPa，氩气流量70L/min，精炼完先静置20min然后扒取表面浮渣；转炉后保温炉进行精炼，使用氩气精炼，压力设置为0.10MPa，精炼时间15min，精炼过程中开启保温炉透气砖系统，透气砖压力700KPa，氩气流量70L/min，精炼结束后先静置25min再进行扒渣处理；

3)在线处理：

在线处理方法与实施例1相同，区别在于：使用Hycast除气箱其氩气流量为75L/min、氩气压力为7.0barg、转子转速为700rpm。

4)铸造：

铸造方法与实施例1相同，区别在于：起铸速度26mm/min，起铸水流量48m

实施例3

按照下述方法制备高质量变形铝合金铸锭：包括依次进行的装炉熔炼、炉内精炼、在线处理、铸造；

1)装炉熔炼：

装炉熔炼与实施例1相同；

2)炉内精炼：

熔体成分合格后，当温度达到730～740℃时熔炼炉进行第一次精炼，使用以纯度≥99.996％的氩气为载体，压力设置为0.10MPa，将用量为1.0kg/吨铝的颗粒状精炼剂均匀喷入炉内熔体，精炼时间20min，同时开启熔炼炉透气砖系统，透气砖压力350KPa，氩气流量70L/min，精炼完先扒渣再静置20min，随后进行第二次精炼，精炼方法及工艺同第一次，精炼完扒渣后无需静置直接转炉；随后在保温炉进行第三次精炼，以氩气为载体，使用0.5kg/吨铝的颗粒状精炼剂均匀地喷入熔体中，精炼时间20min，并在精炼过程中开启保温炉透气砖系统，透气砖压力700KPa，氩气流量70L/min，精炼结束后先扒渣再进行静置处理25min；

3)在线处理：

在线处理方法与实施例1相同，区别在于：使用Hycast除气箱其氩气流量为75L/min、氩气压力为7.5barg、转子转速为750rpm；

4)铸造：

铸造方法与实施例1相同，区别在于，起铸速度27mm/min，起铸水流量50m

对本发明实施例1～3制备的变形铝合金铸锭进行性能检测，检测方法及检测结果如表1所示；实施例1制备的变形铝合金铸锭的晶粒度结果如图1所示；

表1实施例1～3制备的变形铝合金铸锭的性能数据表

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。