一种降低铝熔体氢含量的方法及铸棒

技术领域

本发明涉及铝材加工领域，具体涉及一种铸熔铸生产铝合金铸棒的方法。

背景技术

铝合金是锂电池的关键材料之一，锂电池用铝合金具有塑性高、耐蚀性好、导电性和导热性好、成型性好以及强度高等特点，被广泛地应用在电子行业中。熔炼炉是根据铝熔炼工艺而开发的一种新型高效节能熔铝炉，主要用于铝锭的熔化与保温，它能很好地满足铝熔炼的工艺。

目前铝合金熔炼炉的炉内精炼采用的主要方式有精炼管精炼、转子精炼、炉底透气砖精炼等方式。精炼管精炼无法控制气泡高度和气泡大小，从而导致精炼效果差。转子精炼能通过叶轮旋转剪切作用将气泡打散，但位置固定，精炼效率受限。

铝合金熔体(即铝熔体)中的气体氢含量过高和固体夹杂物是影响铝合金铸棒内部质量的主要因素。夹杂物和气态氢的存在会破坏金属的连续性，由于夹杂物与金属基体之间的弹性模量和膨胀系数不同，夹杂相的尖角容易产生应力集中，成为材料的断裂源和腐蚀源，导致铝合金材料在加工和变形过程中容易出现各种缺陷。近年来，由于环保要求越来越严，新能源汽车用铝合金挤压材的需求不断上升，对铝棒质量的控制，尤其是氢含量的控制越来越高，含氢量足够低才能够有效防止后续挤压过程中发生氢脆和因氢化而产生的应力腐蚀等问题。

目前采用双转子在线除气设备实际上可以有效解决氢含量高的问题，但从双转子的易损件消耗、残铝容量所消耗的燃气量以及较高的设备价格和运行成本，在当前铝加工各企业“内卷”的情况下，不利于企业的发展，只有降本增效才能活下去。而如果采用单转子除气箱则设备的除氢能力有限，无法满足降低铝熔体中氢含量的要求。再加上南方天气相比北方更加潮湿，空气中的氢含量较大，导致常规的熔炼工序中剩余的氢含量较高。在铝合金熔炼炉的炉底安装一定数量的透气砖，把高纯氮气等惰性气体通过透气砖吹入铝液中，惰性气体在上升的过程中吸附带出铝液中其他体积较小的气体和杂质，能够达到净化铝液的效果。但是，现有技术中常使用双转子透气砖，其成本较高，导致企业的运行成本较高，不利于企业的生产经营。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低铝熔体氢含量的方法，解决了上述背景技术中提出的现有的铝熔体中氢含量高、铝合金铸棒内部质量差的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的一方面提供了一种降低铝熔体氢含量的方法，包括在熔炼炉的底部设置多个透气砖，所述透气砖用于向炉内通惰性气体，其特征在于，相邻透气砖的通气量大小相间隔，这样的设置导致相邻的透气砖所产生的惰性气体的通气量大小不同，通气量较大的透气砖能够产生较大体积的惰性气体气泡，通气量较小的透气砖能够产生较小体积的惰性气体气泡，大小气泡相间隔，能够更充分地利用熔炼炉内的空间，增加熔炼炉中惰性气体的比表面积，从而增大对惰性气体气泡对氢气的吸附作用。这一方法使得熔炼炉能够高效地降低铝熔体中的氢含量，同时仅使用单转子即可实现此效果，用单转子代替双转子，降低了企业的生产经营成本。

进一步地，所述透气砖的通气量在间隔时间后转换大小，这样能够在间隔时间后将不同大小的惰性气体气泡释放到熔炼炉中，使熔炼炉中接连填充不同体积的惰性气体气泡，从而进一步地增加熔炼炉中惰性气体气泡的数量，增加惰性气体气泡在熔炼炉中的比表面积，从而提高熔炼炉对氢气的吸附力，进而减少铝熔体中的氢含量。

进一步地，通气量的大范围包括10-25Nml/min，此通气量范围内能够产生较大体积的惰性气体气泡，从而吸附大量铝熔体中的氢气。

进一步地，通气量的小范围包括2-8Nml/min，此通气量范围内能够产生较小体积的惰性气体气泡，并且惰性气体气泡的数量增加，从而吸附大量铝熔体中的氢气。

进一步地，间隔时间为3-8分钟，此段间隔时间能够保证透气砖中的惰性气体在熔炼炉中充分。

进一步地，在熔炼炉的底部安装有电磁搅拌装置，通过电磁搅拌将使炉内铝液进行搅动，进一步使透气砖产生的气泡进行均匀分散，导致通气量大小不同的透气砖所产生的惰性气体大气泡与小气泡相间隔地填充在熔炼炉的内部，这一方法导致熔炼炉内惰性气体的填充率更高，在惰性气体大气泡的间隙填充小气泡，在最大范围内提高了熔炼炉中惰性气体的比表面积，从而最大限度地提高了熔炼炉中惰性气体对氢气的吸附效果。电磁搅拌装置使惰性气体气泡产生旋转，将不同体积的惰性气体气泡扩散在熔炼炉的内部和边缘，使得惰性气体气泡对铝熔体中的氢气进行全方位的吸附。

进一步地，惰性气体包括氮气或氩气，氮气的成本低，有利于企业的生产经营，氩气的除氢效果虽好但是成本太高不易于企业生产使用；在炉底铺设一种透气砖，通过采用氮气或氩气惰性气体把铝熔体中的氢元素吸附在表面带到铝液面上，同时根据铝熔体中氢含量的数值，对透气砖所使用的氮气或氩气的工艺技术进行优化，进一步降低铝熔体的含氢量，使得炉前氢含量可控制在0.20ml/100gAl以下，进一步提高铝熔体内部组织纯度和铸棒质量。

进一步地，在将铝材固体废物熔化时设置所述透气砖中惰性气体小通气量的范围为5-10Nml/min，在铝熔体熔化时，铝熔体中含有铝材固体，因此小体积的惰性气体气泡能够更便利地去除铝熔体中的氢气。

进一步地，在所述铝材固体废物熔化后设置所述透气砖中惰性气体大通气量的范围为15-25Nml/min，此通气量的惰性气体气泡大小适中，对氢气的清除效率较高。

进一步地，在开始铸造后设置所述透气砖中惰性气体小通气量的范围为5-15Nml/min，在铸造过程中使用通气量范围内的惰性气体气泡能够取得较好的除氢效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种降低铝熔体中氢含量的方法，包括在熔炼炉的底部设置多个透气砖，所述透气砖用于向炉内通惰性气体，其特征在于，多个透气砖的通气量大小相间隔，这样的设置导致相邻的透气砖所产生的惰性气体的通气量大小不同，通气量较大的透气砖能够产生较大体积的惰性气体气泡，通气量较小的透气砖能够产生较小体积的惰性气体气泡，大小气泡相间隔，能够更充分地利用熔炼炉内的空间，增加熔炼炉中惰性气体的比表面积，从而增大对惰性气体气泡对氢气的吸附作用。这一方法使得熔炼炉能够高效地降低铝熔体中的氢含量，同时仅使用单转子即可实现此效果，用单转子代替双转子，降低了企业的经营成本。通过此方法可使得铝熔体中的氢含量降低到0.20ml/al以下，彻底解决用单转子在线除气的无法降低氢含量的技能难题，通过该工艺技术大幅度降低了铝熔体铸棒中的氢含量，使得铸棒质量大幅提高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为熔炼炉的底部透气砖摆放示意图；

图2为熔炼炉的侧面示意图。

其中的附图标记为：

1、熔炼炉底部；2、第一透气砖；3、第二透气砖；4、第三透气砖；5、第四透气砖；6、第五透气砖；7、第六透气砖；8、惰性气体小气泡；9、铝溶体上表面；10、惰性气体大气泡；11、电磁搅拌装置。

具体实施方式

铝熔体中的氢含量较高会导致所制备的铝合金产品的质量下降，气态氢的存在破坏了金属的连续性，进而导致铝合金在加工和变形过程中容易出现各种缺陷。常规使用单转子在线除气的方法价格便宜但是除氢效果差，因此单转子在线除气法的应用较少；使用双转子在线除气方法的费用高，并且需要铝熔体的流量大，但是其除氢效率高，因此应用较广泛。

本方案提供了一种降低铝熔体氢含量的方法，改进了单转子除氢工艺的效率，提高了其除氢的效率，从而取代了使用双转子在线除气的方法，降低了成本，并且获得了良好的除氢效果。具体而言，在熔炼炉的底部设置多个透气砖，所述透气砖用于向炉内通惰性气体，其特征在于，多个透气砖的通气量大小相间隔。利用惰性气体把铝熔体中的氢元素吸附在表面带到铝液面上；通气量较大的透气砖能够产生较大体积的惰性气体气泡，通气量较小的透气砖能够产生较小体积的惰性气体气泡，大小气泡相间隔，能够更充分地利用熔炼炉内的空间，增加熔炼炉中惰性气体的比表面积，从而增大对惰性气体气泡对氢气的吸附作用。通过降低铝熔体的含氢量，使得炉前氢含量减少，进一步提高铝熔体内部组织纯度和铸棒质量；从而减少了铝熔体中的氢含量，进而提高铝合金的品质。

下面将结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明，应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

实施例1：

本实施例中提供了一种降低铝熔体氢含量的方法，包括以下步骤：

S1、在熔炼炉的底部设置多个透气砖，透气砖用于向炉内通入惰性气体，相邻透气砖的通气量的大小相间隔。

S2、间隔5分钟后，每个透气砖中通气量的大小转换，原本大通气量的透气砖转换为小通气量，原本小通气量的透气砖转换为大通气量。

请参阅附图1，为熔炼炉的底部透气砖摆放的示意图；其中在熔炼炉的底部1设置有六个透气砖，分别为第一透气砖-第六透气砖；其中，第一透气砖2、第二透气砖3和第三透气砖4排成一列放置，第四透气砖5、第五透气砖6和第六透气砖7排成一列；相邻的透气砖中的通气量大小不同，大通气量的透气砖产生较大体积的惰性气体气泡，小通气量的透气砖产生较小体积的惰性气体大气泡。不同大小通气量的透气砖相间排列导致相邻的透气砖所产生的惰性气体的通气量大小不同，通气量较大的透气砖能够产生较大体积的惰性气体气泡，通气量较小的透气砖能够产生较小体积的惰性气体气泡，大小气泡相间隔，能够更充分地利用熔炼炉内的空间，增加熔炼炉中惰性气体的比表面积，从而增大对惰性气体气泡对氢气的吸附作用。这一方法使得熔炼炉能够高效地降低铝熔体中的氢含量，同时仅使用单转子即可实现此效果，用单转子代替双转子，降低了企业的生产经营成本。

透气砖的通气量在间隔时间后转换大小，这样能够在间隔时间后将不同大小的惰性气体气泡释放到熔炼炉中，使熔炼炉中接连填充不同体积的惰性气体气泡，从而进一步地增加熔炼炉中惰性气体气泡的数量，增加惰性气体气泡在熔炼炉中的比表面积，从而提高熔炼炉对氢气的吸附力，进而减少铝熔体中的氢含量。

请参阅附图2，为熔炼炉的侧面示意图；图中显示，从第三透气砖4中释放出惰性气体大气泡10，从第四透气砖5中释放出惰性气体小气泡8，在惰性气体气泡从熔炼炉底部上升至铝熔体上表面9的过程中，惰性气体气泡将铝熔体中的氢气吸附，从而降低了铝熔体中的氢含量，进而提高了铝合金的质量。在熔炼炉的底部还设置有电磁搅拌装置11，开启电磁搅拌装置11，将使惰性气体大气泡10和惰性气体小气泡8在上升的过程中产生离心旋转，导致铝熔体中惰性气体气泡的更加扩散，从而在铝熔体中充分地弥散惰性气体气泡，进一步地提高对惰性气体气泡对氢气的吸附效果，从而降低铝熔体中的氢含量，进一步地提高铝合金的质量。

在进一步的实施例中，通气量的大范围包括10-25Nml/min，此通气量范围内能够产生较大体积的惰性气体气泡，从而吸附大量铝熔体中的氢气。

在进一步的实施例中，通气量的小范围包括2-8Nml/min，此通气量范围内能够产生较小体积的惰性气体气泡，并且惰性气体气泡的数量增加，从而吸附大量铝熔体中的氢气。

在进一步的实施例中，间隔时间为3-8分钟，此段间隔时间能够保证透气砖中的惰性气体在熔炼炉中充分。

在进一步的实施例中，在熔炼炉的底部安装有电磁搅拌装置，通过电磁搅拌将使炉内铝液进行搅动，进一步使透气砖产生的气泡进行均匀分散，导致通气量大小不同的透气砖所产生的惰性气体大气泡与小气泡相间隔地填充在熔炼炉的内部，这一方法导致熔炼炉内惰性气体的填充率更高，在惰性气体大气泡的间隙填充小气泡，在最大范围内提高了熔炼炉中惰性气体的比表面积，从而最大限度地提高了熔炼炉中惰性气体对氢气的吸附效果。电磁搅拌装置使惰性气体气泡产生旋转，将不同体积的惰性气体气泡扩散在熔炼炉的内部和边缘，使得惰性气体气泡对铝熔体中的氢气进行全方位的吸附。

在进一步的实施例中，惰性气体包括氮气或氩气，氮气的成本低，有利于企业的生产经营，氩气的除氢效果虽好但是成本太高不易于企业生产使用；在炉底铺设一种透气砖，通过采用氮气或氩气惰性气体把铝熔体中的氢元素吸附在表面带到铝液面上，同时根据铝熔体中氢含量的数值，对透气砖所使用的氮气或氩气的工艺技术进行优化，进一步降低铝熔体的含氢量，使得炉前氢含量可控制在0.20ml/100gAl以下，进一步提高铝熔体内部组织纯度和铸棒质量。

实施例2：

在本实施例中提出了一种降低铝熔体氢含量的方法，包括以下步骤：

在熔炼炉的底面铺设多块透气砖，透气砖与氮气罐进行连接；使用梯度式流量控制的方式调节透气砖中惰性气体的通气量，当铝水熔化的温度到达720度时，开启透气砖熔化模式；在熔化模式中将透气砖中惰性气体的小通气量设置为5-10Nml/min；熔化模式是从熔炼炉内的铝材固体废料全部熔化开始，持续时间大于1.5小时；在铝熔体熔化时，铝熔体中含有铝材固体，因此小体积的惰性气体气泡能够更便利地去除铝熔体中的氢气。

待固体废料熔化结束后，将透气砖转到精炼模式模式；在精炼模式中将透气砖的大通气量设置为20Nml/min；

开始铸造时，将精炼模式调整为铸造模式；在铸造模式中将透气砖的小通气量设置为10Nml/min，直到铸造结束。

在进一步的实施例中，在所述铝材固体废物熔化后设置所述透气砖中惰性气体大通气量的范围为15-25Nml/min，此通气量的惰性气体气泡大小适中，对氢气的清除效率较高。

在进一步的实施例中，在开始铸造后设置所述透气砖中惰性气体小通气量的范围为5-15Nml/min，在铸造过程中使用通气量范围内的惰性气体气泡能够取得较好的除氢效果。

在此实施例中将透气砖中惰性气体的通气量进行详细地限定，导致惰性气体吸附氢气的效率提高，有利于高效地降低铝熔体中的氢气，从而提高铝合金的质量。上述方法利用弥散性透气砖，允许惰性气体通过但阻止铝液渗入孔内，通过一定压力使得透气转中产生大量均匀的气泡，使得气泡和铝溶液接触面最大化；然后铝液中的氢原子附在气泡上，再从炉底不断上升到铝液表面上，从而消除铝液中的氢。根据铝熔体中氢含量的数值，对透气砖所使用的氮气或氩气的工艺技术进行优化，这种方法能够更便捷地调节透气砖中通入氮气量的大小，导致铝熔体中的氢含量的去除效率高，进而提高了铝合金的质量。

综上所述，本方案中提供了一种降低铝熔体中氢含量的方法，包括在熔炼炉的底部设置多个透气砖，所述透气砖用于向炉内通惰性气体，其特征在于，多个透气砖的通气量大小相间隔，这样的设置导致相邻的透气砖所产生的惰性气体的通气量大小不同，通气量较大的透气砖能够产生较大体积的惰性气体气泡，通气量较小的透气砖能够产生较小体积的惰性气体气泡，大小气泡相间隔，能够更充分地利用熔炼炉内的空间，增加熔炼炉中惰性气体的比表面积，从而增大对惰性气体气泡对氢气的吸附作用。这一方法使得熔炼炉能够高效地降低铝熔体中的氢含量，同时仅使用单转子即可实现此效果，用单转子代替双转子，降低了企业的经营成本。通过此方法可使得铝熔体中的氢含量降低到0.20ml/al以下，彻底解决用单转子在线除气的无法降低氢含量的技能难题，通过该工艺技术大幅度降低了铝熔体铸棒中的氢含量，使得铸棒质量大幅提高。

本发明提供了一种以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。