一種大直徑6063鋁合金圓鑄錠坯的生產方法
【專利摘要】本發明公開了一種大直徑6063鋁合金圓鑄錠坯的生產方法，按重量百分比為：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的化學成分構成。本發明省去重熔工序、噸鋁降低成本，并大幅度減少鋁的燒損、減少溫室氣體與有毒氣體的排放，提高環境效益。有效避免6063鋁合金圓鑄錠坯裂紋、縮孔、縮松、氣孔等質量缺陷。抑制了拉痕、橘皮、冷隔、局部漏鋁等表面技術難題。改善了大直徑鋁合金棒的組織和力學性能，避免了冷裂紋的產生。提高大直徑鋁合金圓鑄錠的成品率，減少了廢料的回爐量，從而節約能耗，減少廢氣污染物的排放，從而達到節能減排的目的，具有顯著的社會效益和環境效益。
【專利說明】一種大直徑6063鋁合金圓鑄錠坯的生產方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種鋁合金圓鑄錠坯的生產方法、尤其涉及一種大直徑6063鋁合金 圓鑄錠坯的生產方法，屬于鋁合金生產【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 由于6063鋁合金具有良好的可加工性能、可熱處理強化性能、焊接性能，因此被 廣泛應用于建筑、包裝、運輸、航空航天等領域，在國內外被稱之為"萬能鋁合金"。采用電解 鋁液直接生產大直徑鋁合金鑄錠是一項短流程、綠色環保的先進生產技術，它避免了傳統 鋁加工采用重熔鋁錠帶來的能源消耗和金屬燒損。另外，鋁合金油膜鑄造工藝是當今世界 最先進的技術之一，但它更多的是改善外觀質量，對內部質量的改善卻很微弱，且采用油膜 鑄造工藝能夠成功生產的鋁合金圓鑄錠直徑也只有381_，超過這個直徑的就只能用電磁 鑄造。隨著技術的進步和對產品性能要求的不斷提高，對6063鋁合金圓鑄錠的尺寸、表觀 質量、內部質量的要求也越來越大，現有的小尺寸6063錯合金圓鑄錠已不能滿足要求，迫 切需要表觀質量、內部質量優越的大直徑6063鋁合金圓鑄錠。因此，研究大直徑6063鋁合 金圓鑄錠的生產方法是滿足市場對大規格6063鋁合金型材的迫切需要。


【發明內容】

[0003] 本發明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種大直徑6063鋁合金圓鑄錠坯 的生產方法。
[0004] 本發明通過以下技術方案來實現上述目的：
[0005] 本發明按重量百分比為：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的化學成分構成。
[0006] 上述大直徑6063鋁合金圓鑄錠的生產方法如下述工藝流程：
[0007] A、熔體熔煉工藝
[0008] 在熔煉爐內加入冷料和部分Al-Si中間合金，利用虹吸管將電解鋁液引入熔煉 爐，添加變質劑，配料，通過電磁攪拌完成熔煉工藝。
[0009] B、熔體精煉工藝
[0010] 熔煉后熔體經過爐底吹氣、噴粉精煉、扒渣、靜置后轉入靜置爐，在靜置爐中再次 進行爐底吹氣精煉、扒渣、靜置完成熔體精煉工藝。
[0011] C、熔體在線處理工藝
[0012] 精煉后的熔體在靜置爐出口的溜槽內喂入Al-Ti-B合金絲進行在線晶粒細化處 理后，通過在線除氣處理裝置，在線過濾后完成熔體在線處理工藝，得到高質量的6063鋁 合金烙體。
[0013] D、鑄造工藝
[0014] 高質量的6063鋁合金熔體在結晶器內經過電磁細晶處理、多孔石墨油潤滑、三次 冷卻鑄造工藝得到大直徑6063鋁合金圓鑄錠。
[0015] E、均質化處理工藝
[0016] 合格的大直徑6063鋁合金圓鑄錠通過均質爐組升溫、保溫、冷卻步驟進行均質化 處理。
[0017] F、鋸切、打捆、包裝
[0018] 均質化處理大直徑6063鋁合金圓鑄錠進行鋸切、打捆、包裝。
[0019] 所述步驟A中熔體由75 %?80 %的電解原鋁、20 %?25 %的冷料和中間合金組 成，優選78%電解原鋁和22%冷料和中間合金；所述步驟A中熔煉時間為30min，按0. Ikg/ t · Al加入變質劑，采用系數法配料，電磁攪拌頻率0. 7HZ，電流88A，時間20min。
[0020] 所述的變質劑主要作用是細化熔體晶粒，主要成分是75%鈦，余量為助燃劑。
[0021] 所述步驟A中的配料是再次加入Al-Si中間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的熔體。所述步驟A中Al-Si中間合金的Si含量為12%，Fe含量為0. 12%，余量為 Al0
[0022] 所述步驟B中的爐底吹氣是在熔煉爐通入0. 3MP純度為99. 99 %的氮氣，時間為 lOmin。所述步驟B中的噴粉精煉是在爐底吹氣完成后利用0. 4MP純度為99. 99 %的氮氣 吹入精煉劑，精煉劑用量為I. 5kg/t · A1，時間為15min。所述步驟B中的精煉劑為現有 產品，主要成分為NaCl，作用是去除熔體中的氣體和夾渣。所述步驟B中熔體溫度控制在 740°C?760°C之間，優選750°C。所述步驟B中熔體靜置溫度為740°C?750°C之間，優選 745°C，靜置時間為20min。所述步驟B中的靜置爐中再次進行爐底吹氣精煉、扒渣、靜置與 在熔煉爐中的操作相同，區別在于靜置爐中爐底吹氣精煉溫度控制在730°C?740°C之間， 優選735°C，熔體靜置溫度為720°C?730°C之間。
[0023] 所述步驟C中的Al-Ti-B合金絲Ti含量為5 %、B含量為1 %，送絲速度為260cm/ min。所述步驟C中的在線除氣處理裝置，其原理在于向精煉熔體中通入壓力為0. 35MP的 氮氣，利用旋轉速度為300r/min的石墨轉子將大氣泡打散，形成小氣泡，小氣泡上浮過程 中吸附精煉熔體內的氫氣和夾渣到精煉熔體表面，從而達到在線除氣的目的。所述步驟C 中在線過濾為利用陶瓷過濾板濾除精煉熔體中的雜質。
[0024] 所述步驟D中電磁細晶處理是在結晶器外周圍纏繞電磁線圈，線圈中通入交變電 流，產生感生電流，感生電流和變化的磁場交互作用產生電磁力，電磁力作用于精煉后的熔 體，使合金精煉后的熔體產生運動，從而使精煉后的熔體溫度分布均勻、細化晶粒。所述 的電磁細晶處理包括結晶器和電磁線圈，結晶器上段內設置有空心環槽，電磁線圈設置在 空心環槽內，結晶器內側為鑄錠空間。所述步驟D中的結晶器規格為Φ120·ι、Φ140πιπι、 Φ178mm、 Φ320mm、 Φ384mm、 Φ448mm、 Φ480mm、 Φ560mm、 Φ620mm、 Φ800mm、 Φ900mm、 Φ 1350mm及Φ 1400mm。所述步驟D中多孔石墨油潤滑，包括多孔石墨環、鑄造油和供油系 統，所述鑄造油通過供油系統管道通入結晶器的石墨環外壁，在油壓和油分子的滲透作用 下，鑄造油能有效的滲透到石墨環內壁，在石墨環內壁形成一層油膜，能有效減少精煉熔體 結晶形成的6063鋁合金圓鑄錠坯外壁和石墨環內壁之間的摩擦力，從而提供一種接近無 摩擦的鑄造表面，使精煉熔體結晶過程比較規整，大幅提高6063鋁合金圓鑄錠坯外觀質 量。所述步驟D中三次冷卻鑄造工藝是包括結晶器內多孔石墨環一次冷卻、結晶器內設置 的噴水裝置形成二次冷卻和在離電磁線圈下端30cm的位置設置擋水板并利用6063鋁合金 圓鑄錠坯自身余熱進行回火處理進行三次冷卻，通過上述的三次冷卻使6063鋁合金圓鑄 錠的熱應力有效、緩慢的釋放出來，避免了極冷造成6063鋁合金圓鑄錠裂紋。
[0025] 所述步驟E中均質化處理溫度為500°C并保溫12h，在2min內冷卻到30°C。所述 步驟F中的鋸切利用帶鋸進行切割。
[0026] 本發明的有益效果在于：
[0027] 本發明是一種大直徑6063鋁合金圓鑄錠坯的生產方法，與現有技術相比，本發明 具有如下幾點優點：
[0028] (1)本發明的大直徑6063鋁合金圓鑄錠坯的生產方法，實現了短流程生產工藝技 術，直接將電解原鋁液進行配料生產大直徑6063鋁合金圓鑄錠坯，省去重熔工序、噸鋁降 低成本，并大幅度減少鋁的燒損、減少溫室氣體與有毒氣體的排放，提高環境效益。
[0029] (2)大直徑6063鋁合金圓鑄錠坯的生產過程中，利用電磁細晶處理工藝，一方面 通過電磁攪拌，使6063鋁合金圓鑄錠坯結晶時溫度均勻，另一方面破碎和熔斷了生長過程 中的樹枝晶，使凝固過程中熔體中的晶核數量急劇增多，并有效抑制晶核之間相互吞并長 大，從而細化晶粒，有效避免6063鋁合金圓鑄錠坯裂紋、縮孔、縮松、氣孔等質量缺陷。
[0030] (3)大直徑6063鋁合金圓鑄錠坯的生產過程中，利用多孔石墨油潤滑工藝，改善 了大直徑6063鋁合金圓鑄錠坯的表觀質量，有效抑制了拉痕、橘皮、冷隔、局部漏鋁等表面 技術難題。
[0031] (4)大直徑6063鋁合金圓鑄錠坯的生產過程中，應用了三次冷卻工藝技術，改善 了大直徑鋁合金棒的組織和力學性能，避免了冷裂紋的產生。
[0032] (5)電磁細晶技術、多孔石墨油潤滑技術、三次冷卻技術的集成運用，有效提高大 直徑鋁合金圓鑄錠的成品率，減少了廢料的回爐量，從而節約能耗，減少廢氣污染物的排 放，從而達到節能減排的目的，具有顯著的社會效益和環境效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033] 圖1為本發明的工藝流程圖；
[0034] 圖2為常規生產的6063的鑄態顯微組織；
[0035] 圖3為本發明生產的6063鑄態顯微組織；
[0036] 圖4為本發明生產的6063鑄態退火后的顯微組織。

【具體實施方式】
[0037] 下面結合附圖對本發明作進一步說明：
[0038] 如圖1至圖4所示：本發明按重量百分比為：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的化學成分構成。
[0039] 上述大直徑6063鋁合金圓鑄錠的生產方法如下述工藝流程：
[0040] A、熔體熔煉工藝
[0041] 在熔煉爐內加入冷料和部分Al-Si中間合金，利用虹吸管將電解鋁液引入熔煉 爐，添加變質劑，配料，通過電磁攪拌完成熔煉工藝。
[0042] B、熔體精煉工藝
[0043] 熔煉后熔體經過爐底吹氣、噴粉精煉、扒渣、靜置后轉入靜置爐，在靜置爐中再次 進行爐底吹氣精煉、扒渣、靜置完成熔體精煉工藝。
[0044] C、熔體在線處理工藝
[0045] 精煉后的熔體在靜置爐出口的溜槽內喂入Al-Ti-B合金絲進行在線晶粒細化處 理后，通過在線除氣處理裝置，在線過濾后完成熔體在線處理工藝，得到高質量的6063鋁 合金烙體。
[0046] D、鑄造工藝
[0047] 高質量的6063鋁合金熔體在結晶器內經過電磁細晶處理、多孔石墨油潤滑、三次 冷卻鑄造工藝得到大直徑6063鋁合金圓鑄錠。
[0048] E、均質化處理工藝
[0049] 合格的大直徑6063鋁合金圓鑄錠通過均質爐組升溫、保溫、冷卻步驟進行均質化 處理。
[0050] F、鋸切、打捆、包裝
[0051] 均質化處理大直徑6063鋁合金圓鑄錠進行鋸切、打捆、包裝。
[0052] 所述步驟A中熔體由75 %?80 %的電解原鋁、20 %?25 %的冷料和中間合金組 成，優選78%電解原鋁和22%冷料和中間合金。所述步驟A中熔煉時間為30min，按0. Ikg/ t · Al加入變質劑，采用系數法配料，電磁攪拌頻率0. 7HZ，電流88A，時間20min。
[0053] 所述的變質劑主要作用是細化熔體晶粒，主要成分是75%鈦，余量為助燃劑。
[0054] 所述步驟A中的配料是再次加入Al-Si中間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的熔體。所述步驟A中Al-Si中間合金的Si含量為12 %，Fe含量為0. 12%，余量為 Al0
[0055] 所述步驟B中的爐底吹氣是在熔煉爐通入0. 3MP純度為99. 99 %的氮氣，時間為 lOmin。所述步驟B中的噴粉精煉是在爐底吹氣完成后利用0. 4MP純度為99. 99 %的氮氣 吹入精煉劑，精煉劑用量為I. 5kg/t · A1，時間為15min。所述步驟B中的精煉劑為現有 產品，主要成分為NaCl，作用是去除熔體中的氣體和夾渣。所述步驟B中熔體溫度控制在 740°C?760°C之間，優選750°C。所述步驟B中熔體靜置溫度為740°C?750°C之間，優選 745°C，靜置時間為20min。所述步驟B中的靜置爐中再次進行爐底吹氣精煉、扒渣、靜置與 在熔煉爐中的操作相同，區別在于靜置爐中爐底吹氣精煉溫度控制在730°C?740°C之間， 優選735°C，熔體靜置溫度為720°C?730°C之間。
[0056] 所述步驟C中的Al-Ti-B合金絲Ti含量為5 %、B含量為1 %，送絲速度為260cm/ min。所述步驟C中的在線除氣處理裝置，其原理在于向精煉熔體中通入壓力為0. 35MP的 氮氣，利用旋轉速度為300r/min的石墨轉子將大氣泡打散，形成小氣泡，小氣泡上浮過程 中吸附精煉熔體內的氫氣和夾渣到精煉熔體表面，從而達到在線除氣的目的。所述步驟C 中在線過濾為利用陶瓷過濾板濾除精煉熔體中的雜質。
[0057] 所述步驟D中電磁細晶處理是在結晶器外周圍纏繞電磁線圈，線圈中通入交變電 流，產生感生電流，感生電流和變化的磁場交互作用產生電磁力，電磁力作用于精煉后的熔 體，使合金精煉后的熔體產生運動，從而使精煉后的熔體溫度分布均勻、細化晶粒。所述 的電磁細晶處理包括結晶器和電磁線圈，結晶器上段內設置有空心環槽，電磁線圈設置在 空心環槽內，結晶器內側為鑄錠空間。所述步驟D中的結晶器規格為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。所述步驟D中多孔石墨油潤滑，包括多孔石墨環、鑄造油和供油系 統，所述鑄造油通過供油系統管道通入結晶器的石墨環外壁，在油壓和油分子的滲透作用 下，鑄造油能有效的滲透到石墨環內壁，在石墨環內壁形成一層油膜，能有效減少精煉熔體 結晶形成的6063鋁合金圓鑄錠坯外壁和石墨環內壁之間的摩擦力，從而提供一種接近無 摩擦的鑄造表面，使精煉熔體結晶過程比較規整，大幅提高6063鋁合金圓鑄錠坯外觀質 量。所述步驟D中三次冷卻鑄造工藝是包括結晶器內多孔石墨環一次冷卻、結晶器內設置 的噴水裝置形成二次冷卻和在離電磁線圈下端30cm的位置設置擋水板并利用6063鋁合金 圓鑄錠坯自身余熱進行回火處理進行三次冷卻，通過上述的三次冷卻使6063鋁合金圓鑄 錠的熱應力有效、緩慢的釋放出來，避免了極冷造成6063鋁合金圓鑄錠裂紋。
[0058] 所述步驟E中均質化處理溫度為500°C并保溫12h，在2min內冷卻到30°C。
[0059] 所述步驟F中的鋸切利用帶鋸進行切割。
[0060] 具體實施方案：
[0061]

【權利要求】
1. 一種大直徑6063鋁合金圓鑄錠坯的生產方法，其特征在于：按重量百分比為： 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的化學成分構成。
2. 根據權利要求1所述的大直徑6063鋁合金圓鑄錠坯的生產方法，其特征在于，采用 如下工藝流程實現： A、 熔體熔煉工藝 在熔煉爐內加入冷料和部分Al-Si中間合金，利用虹吸管將電解鋁液引入熔煉爐，添 加變質劑，配料，通過電磁攪拌完成熔煉工藝； B、 熔體精煉工藝 熔煉后熔體經過爐底吹氣、噴粉精煉、扒渣、靜置后轉入靜置爐，在靜置爐中再次進行 爐底吹氣精煉、扒渣、靜置完成熔體精煉工藝； C、 熔體在線處理工藝 精煉后的熔體在靜置爐出口的溜槽內喂入Al-Ti-B合金絲進行在線晶粒細化處理后， 通過在線除氣處理裝置，在線過濾后完成熔體在線處理工藝，得到高質量的6063鋁合金熔 體； D、 鑄造工藝 高質量的6063鋁合金熔體在結晶器內經過電磁細晶處理、多孔石墨油潤滑、三次冷卻 鑄造工藝得到大直徑6063鋁合金圓鑄錠； E、 均質化處理工藝 合格的大直徑6063鋁合金圓鑄錠通過均質爐組升溫、保溫、冷卻步驟進行均質化處 理； F、 鋸切、打捆、包裝 均質化處理大直徑6063鋁合金圓鑄錠進行鋸切、打捆、包裝。
3. 根據權利要求2所述的大直徑6063鋁合金圓鑄錠坯的生產方法，其特征在于：所述 步驟A中熔體由75 %?80 %的電解原鋁、20 %?25 %的冷料和中間合金組成，優選78 % 電解原鋁和22%冷料和中間合金；所述步驟A中熔煉時間為30min，按0. lkg/t ? A1加入 變質劑，采用系數法配料，電磁攪拌頻率〇. 7HZ，電流88A，時間20min ;所述步驟A中的配 料是再次加入Al-Si中間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的熔體；所述步驟八中 Al-Si中間合金的Si含量為12%，Fe含量為0. 12%，余量為A1。
4. 根據權利要求2所述的大直徑6063鋁合金圓鑄錠坯的生產方法，其特征在于：所述 的變質劑主要作用是細化熔體晶粒，主要成分是75%鈦，余量為助燃劑。
5. 根據權利要求2所述的大直徑6063鋁合金圓鑄錠坯的生產方法，其特征在于：所 述步驟B中的爐底吹氣是在熔煉爐通入0. 3MP純度為99. 99%的氮氣，時間為lOmin ;所述 步驟B中的噴粉精煉是在爐底吹氣完成后利用0. 4MP純度為99. 99 %的氮氣吹入精煉劑， 精煉劑用量為1. 5kg/t ? A1，時間為15min ;所述步驟B中的精煉劑為現有產品，主要成分 為NaCl，作用是去除熔體中的氣體和夾渣；所述步驟B中熔體溫度控制在740°C?760°C之 間，優選750°C;所述步驟B中熔體靜置溫度為740°C?750°C之間，優選745°C，靜置時間為 20min ;所述步驟B中的靜置爐中再次進行爐底吹氣精煉、扒渣、靜置與在熔煉爐中的操作 相同，區別在于靜置爐中爐底吹氣精煉溫度控制在730°C?740°C之間，優選735°C，熔體靜 置溫度為720°C?730°C之間。
6. 根據權利要求2所述的大直徑6063鋁合金圓鑄錠坯的生產方法，其特征在于：所述 步驟C中的Al-Ti-B合金絲Ti含量為5 %、B含量為1 %，送絲速度為260cm/min ;所述步 驟C中的在線除氣處理裝置，其原理在于向精煉熔體中通入壓力為0. 35MP的氮氣，利用旋 轉速度為300r/min的石墨轉子將大氣泡打散，形成小氣泡，小氣泡上浮過程中吸附精煉熔 體內的氫氣和夾渣到精煉熔體表面，從而達到在線除氣的目的；所述步驟C中在線過濾為 利用陶瓷過濾板濾除精煉熔體中的雜質。
7. 根據權利要求2所述的大直徑6063鋁合金圓鑄錠坯的生產方法，其特征在于：所述 步驟D中電磁細晶處理是在結晶器外周圍纏繞電磁線圈，線圈中通入交變電流，產生感生 電流，感生電流和變化的磁場交互作用產生電磁力，電磁力作用于精煉后的熔體，使合金精 煉后的熔體產生運動，從而使精煉后的熔體溫度分布均勻、細化晶粒，所述的電磁細晶處理 包括結晶器和電磁線圈，結晶器上段內設置有空心環槽，電磁線圈設置在空心環槽內，結晶 器內側為鑄錠空間；所述步驟D中的結晶器規格為①120mm、①140mm、①178mm、①320mm、 0 384mm、O 448mm. 〇480mm> 〇560mm> 〇620mm> O 800mm. 0 900mm、<!> 1350mm 及 <!> 1400mm ; 所述步驟D中多孔石墨油潤滑，包括多孔石墨環、鑄造油和供油系統，所述鑄造油通過供油 系統管道通入結晶器的石墨環外壁，在油壓和油分子的滲透作用下，鑄造油能有效的滲透 到石墨環內壁，在石墨環內壁形成一層油膜，能有效減少精煉熔體結晶形成的6063鋁合金 圓鑄錠坯外壁和石墨環內壁之間的摩擦力，從而提供一種接近無摩擦的鑄造表面，使精煉 熔體結晶過程比較規整，大幅提高6063鋁合金圓鑄錠坯外觀質量；所述步驟D中三次冷卻 鑄造工藝是包括結晶器內多孔石墨環一次冷卻、結晶器內設置的噴水裝置形成二次冷卻和 在離電磁線圈下端30cm的位置設置擋水板并利用6063鋁合金圓鑄錠坯自身余熱進行回火 處理進行三次冷卻，通過上述的三次冷卻使6063鋁合金圓鑄錠的熱應力有效、緩慢的釋放 出來，避免了極冷造成6063鋁合金圓鑄錠裂紋。
8. 根據權利要求2所述的大直徑6063鋁合金圓鑄錠坯的生產方法，其特征在于：所述 步驟E中均質化處理溫度為500°C并保溫12h，在2min內冷卻到30°C。
9. 根據權利要求2所述的大直徑6063鋁合金圓鑄錠坯的生產方法，其特征在于：所述 步驟F中的鋸切利用帶鋸進行切割。
【文檔編號】B22D11/115GK104328316SQ201410542948
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月15日 優先權日:2014年10月15日
【發明者】張春生, 邢大慶, 楊萬章, 周金全, 潘建國, 楊吉斌, 陳本松, 江俊 申請人:云南云鋁潤鑫鋁業有限公司