铝型材熔炼工艺

技术领域

本发明涉及铝熔炼技术领域，特别是涉及一种铝型材熔炼工艺。

背景技术

目前高纯铝的制备方法主要是以电解法为主的化学法及纯物理的偏析提纯法。其中，电解法主要为三层液电解精炼法；偏析法主要包括真空挥发法、分步结晶法、定向凝固法以及区域熔炼法。三层液电解法是指阳极合金中的铝在直流电的作用下发生电化学溶解，变成铝离子，铝离子进入电解液后，在阴极放点，生成金属铝。真空挥发法提纯金属时利用主金属与杂质金属元素之间的饱和蒸气压和挥发速率的差别，在挥发或冷凝过程中将杂质出去，达到提纯的目的。分步结晶法是指利用合金再凝固过程杂质的偏析现象来对铝进行提纯的饿一种方法。定向凝固法时通过控制热流使它向着特定的方向流动，从而使干过内存在一定的温度梯度，铝的晶体会朝着固定的方向生长，从而实现对铝溶体的提纯。区域熔炼法是指把需提纯的金属小棒放在高纯石墨坩埚内，等到加热线圈升温至金属棒的熔点时，加热线圈从坩埚的一端开始均匀缓慢地移动，经过一定时间后到达坩埚的另一端，从而完成以此熔炼提纯。

然而，目前国内主要采用三层电解液法制备高纯铝，但三层液电解精炼法能耗较高，能源利用率低，环境友好性较低。

发明内容

基于此，有必要针对现有的铝型材熔炼工艺能耗较高的技术问题，提供一种铝型材熔炼工艺。

一种铝型材熔炼工艺，该铝型材熔炼工艺包括如下步骤：

S1、将铝锭放入坩埚中，将坩埚放入区域熔炼炉炉中，并将高纯氩气发生装置管道连接至区域熔炼炉内部；

S2、开启高纯氩气阀门，并向区域熔炼炉内部通入高纯氩气5min，以此保证坩埚内无空气残留；

S3、开启区域熔炼炉总开关，启用灯丝，待预热30s后灯丝按钮亮起来，依次打开高频以及高压开关，缓慢调整输出功率按钮，直至阳极电压缓慢升高至 5kV；

S4、观察红外线温度指示表，当熔炼温度上升至 660℃时，坩埚中的金属铝锭开始熔化，继而开始以1-4mm/min的速度移动磁感应线圈，进行区域熔炼，此时降低阳极电压至4.5k V，从而将熔炼温度保持在 660℃-680℃；

S5、铝锭完成以此区域熔炼后，关闭感应线圈，待铝液凝固后，将感应线圈移动退回至距离铝锭首端3cm处，跳转至步骤S3进行5-20次熔炼；

S6、完成预设次数熔炼后，将熔炼后的铝锭加热至熔融状态得到铝液，并注入模具，冷却成型得到铝型材。

区域熔炼炉采用磁感应线圈加热方式对铝锭进行区域熔炼。

在其中一个实施例中，上述的为了增加坩埚的导磁性，坩埚优选具有良好导磁性的石墨坩埚。

在其中一个实施例中，上述的区域熔炼炉设置有循环冷却水系统，循环冷却水系统安装于区域熔炼炉加热线圈以及灯丝的底部，以避免实验过程中磁感应线圈和灯丝的温度过高导致实验仪器出现故障。

在其中一个实施例中，上述的在步骤S2中，在开启高纯氩气阀门时，同时开启循环冷却水系统。

在其中一个实施例中，上述的区域熔炼炉还设置有真空装置，真空装置管道连接区域连接炉内部，并能够对区域熔炼炉内部的熔炼区域进行抽真空处理。。

在其中一个实施例中，上述的步骤S2包括如下步骤：

S21、开启高纯氩气阀门，并向区域熔炼炉内部通入高纯氩气5min，以此保证坩埚内无空气残留；

S22、开启真空装置，以对区域熔炼炉内部进行抽真空处理，并将熔炼区域的这空度抽至0.5pa。

在其中一个实施例中，上述的步骤S4中的磁感应线圈的移动速度为以1.5-3mm/min。

在其中一个实施例中，上述的步骤S4中的磁感应线圈的移动速度为以3-4mm/min。

在其中一个实施例中，上述的步骤S5中的熔炼次数为5-10次熔炼。

在其中一个实施例中，上述的步骤S5中的熔炼次数为10-20次熔炼。

综上所述，本发明所揭示的铝型材熔炼工艺采用磁感应线圈加热方式对铝锭进行区域熔炼。相较于现有的熔炼工艺，感应加热电源产生的交变电流通过线圈时会产生一个交变的磁场，在线圈中放入导磁性的铝锭后，导磁物体会切割交变磁力线，从而在铝锭内部产生交变的电流（即涡流），涡流使铝锭内部的原子高速无规则运动，在运动过程中原子会发生碰撞和摩擦从而产生热能，起到加热物品的效果。即通过把电能转化为磁能，使被加热的导磁物体感应到磁能而发热的一种加热方式。这种加热的方式可以解决电热片，电热圈等电阻加热的效率低下问题，以此有效提升能源的利用效率。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合下文对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于下文所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

本发明揭示了一种铝型材熔炼工艺，该铝型材熔炼工艺包括如下步骤：

S1、将铝锭放入坩埚中，将坩埚放入区域熔炼炉炉中，并将高纯氩气发生装置管道连接至区域熔炼炉内部；

S2、开启高纯氩气阀门，并向区域熔炼炉内部通入高纯氩气5min，以此保证坩埚内无空气残留；

S3、开启区域熔炼炉总开关，启用灯丝，待预热30s后灯丝按钮亮起来，依次打开高频以及高压开关，缓慢调整输出功率按钮，直至阳极电压缓慢升高至 5kV；

S4、观察红外线温度指示表，当熔炼温度上升至 660℃时，坩埚中的金属铝锭开始熔化，继而开始以1-4mm/min的速度移动磁感应线圈，进行区域熔炼，此时降低阳极电压至4.5kV，从而将熔炼温度保持在660℃-680℃；

S5、铝锭完成以此区域熔炼后，关闭感应线圈，待铝液凝固后，将感应线圈移动退回至距离铝锭首端3cm处，跳转至步骤S3进行5-20次熔炼；

S6、完成预设次数熔炼后，将熔炼后的铝锭加热至熔融状态得到铝液，并注入模具，冷却成型得到铝型材。

进一步的，区域熔炼炉采用磁感应线圈加热方式对铝锭进行区域熔炼。具体的，感应加热电源产生的交变电流通过线圈时会产生一个交变的磁场，在线圈中放入导磁性的物体后，导磁物体会切割交变磁力线，从而在物体内部产生交变的电流（即涡流），涡流使物体内部的原子高速无规则运动，在运动过程中原子会发生碰撞和摩擦从而产生热能，起到加热物品的效果。即通过把电能转化为磁能，使被加热的导磁物体感应到磁能而发热的一种加热方式。这种加热的方式可以解决电热片，电热圈等电阻加热的效率低下问题，以此有效提升能源的利用效率。

进一步的，为了增加坩埚的导磁性，坩埚优选具有良好导磁性的石墨坩埚。具体的，石墨舟可以很好的将坩埚里面的铝块熔化，并且具有很好的流动性，并且在较低的功率下就可以达到铝块的熔点，降低了电耗，在控制磁感应线圈宽度的情况下可以将熔区的宽度控制在 1.5-2cm 之间。

进一步的，区域熔炼炉设置有循环冷却水系统，循环冷却水系统安装于区域熔炼炉加热线圈以及灯丝的底部，以避免实验过程中磁感应线圈和灯丝的温度过高导致实验仪器出现故障。具体的，在步骤S2中，在开启高纯氩气阀门时，同时开启循环冷却水系统。

进一步的，区域熔炼炉还设置有真空装置，真空装置管道连接区域连接炉内部，并能够对区域熔炼炉内部的熔炼区域进行抽真空处理。具体的，在常压条件熔炼中通入的气体时，有少量的气体性杂质会与铝锭反应，从而在铝锭的表面形成了一层致密的氧化铝膜，进而对铝锭的熔炼效果造成一定的影响，同时也对铝锭造成了一定的损耗，而对熔炼区域进行抽真空处理能够进一步改善铝锭的熔炼除杂效果。

进一步的，步骤S2包括如下步骤：

S21、开启高纯氩气阀门，并向区域熔炼炉内部通入高纯氩气5min，以此保证坩埚内无空气残留；

S22、开启真空装置，以对区域熔炼炉内部进行抽真空处理，并将熔炼区域的这空度抽至0.5Pa。

在一个实施例中，步骤S4中的磁感应线圈的移动速度为以1.5-3mm/min。

在又一实施例中，步骤S4中的磁感应线圈的移动速度为以3-4mm/min。

在一个实施例中，步骤S5中的熔炼次数为5-10次熔炼。

在又一实施例中，步骤S5中的熔炼次数为10-15次熔炼。

在又一实施例中，步骤S5中的熔炼次数为15-20次熔炼。

在本实施例中，以真空度0.5Pa、磁感应线圈移动速度2.2mm/min以及15次熔炼次数为工艺条件对4N铝锭进行熔炼，所得到的熔炼后铝型材杂质含量数据如表1所示。

表1 4N铝锭区域熔炼后各杂质含量

由上表可知，真空度0.5Pa、磁感应线圈移动速度2.2mm/min以及15次熔炼次数为工艺条件下完成熔炼后，铝锭中元素Cu在中段含量为2.0781ppm、元素Si在中段含量为1.8956ppm、元素Fe在中段含量为1.2284ppm、元素Ti在中段含量为0.8217ppm、元素V在中段含量为1.3245ppm、元素Al在中段含量为999993ppm，可知铝锭中段的纯度大大提升，在产物中出现了5N铝锭，从而说明了本发明铝型材熔炼工艺对铝型材纯度提升的有效性。

综上所述，本发明所揭示的铝型材熔炼工艺采用磁感应线圈加热方式对铝锭进行区域熔炼。相较于现有的熔炼工艺，感应加热电源产生的交变电流通过线圈时会产生一个交变的磁场，在线圈中放入导磁性的铝锭后，导磁物体会切割交变磁力线，从而在铝锭内部产生交变的电流（即涡流），涡流使铝锭内部的原子高速无规则运动，在运动过程中原子会发生碰撞和摩擦从而产生热能，起到加热物品的效果。即通过把电能转化为磁能，使被加热的导磁物体感应到磁能而发热的一种加热方式。这种加热的方式可以解决电热片，电热圈等电阻加热的效率低下问题，以此有效提升能源的利用效率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。