一种铝钛硼生产工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种铝钛硼生产工艺，先将原料进入还原台包内进行还原反应，并根据还原反应中的需要采用搅拌器进行搅拌；待还原反应进行完后转入变频炉内进行合金化作业；最后合金铝水通过坩埚进入连铸连轧工艺，得到铝钛硼成品，所述坩埚采用采用下出铝水的坩埚，所述变频炉采用的无心感应炉，且炉膛内的电磁搅拌力与电炉的比功率密度成正比，与工作频率的平方根成反比。本发明将还原反应与合金作业分开，避免在还原反应中由于产生大量的热量而造成温度剧烈变化无法控制，同时减少了坩埚的占用时间，提高了产能；将坩埚出铝水改为下出法，可利用变频炉产生的电磁搅拌防止钛元素的沉淀，从而不需要新增加保温炉和电磁搅拌器，减少了设备的投入。
【专利说明】一种铝钛硼生产工艺
【技术领域】
[0001]本发明属于冶金生产【技术领域】，涉及一种铝合金生产方法，尤其是涉及一种铝钛硼生产工艺。
【背景技术】
[0002]铝钛硼合金是铝及铝合金最常用的晶粒细化剂，添加到铝及铝合金中对基材细化，在全球铝铸轧行业中应用及其广泛。多年的研究发现:铝钛硼丝中起到主要细化作用的物质是TiB2和TiA13，而T1、B在合金中的含量及TiB2和TiA13这两相在铝钛硼合金中的分布、形貌及尺寸大小，对作用晶粒细化剂的铝钛硼合金的晶粒细化能力有着直接的影响。所以在铝钛硼的生产过程中如何保证成分的准确性、控制TiB2和TiA13这两相在铝钛硼合金中的分布、形貌及尺寸大小就显得意义重大，同时在生产过程中是否能保证铝钛硼丝成分，这两个相的一致性也决定铝钛硼合金丝的品质高低。
[0003]目前，国内氟盐法是铝钛硼合金中的制备最常用和最稳定的生产工艺之一，而该工艺中的反应温度、反应时间、静置时间、浇铸温度等是铝钛硼丝生产的主要工艺参数，只有正确的工艺参数并对工艺进行精确地控制才能生产出高品质的铝钛硼丝。如图1所示，现有的铝钛硼生产工艺是:将原料进入工频炉同时进行还原反应和合金反应后，转入配有电磁搅拌器的保温炉内，经搅拌扒渣后，进入连铸连轧形成铝钛硼合金线杆产品。采用这种工艺方法由于还原反应和合金化作业同时进行，因此具有故操作简单的特性。但是由于工频炉的工作特点和在还原反应中会产生大量的热量，不能实际在还原反应和合金化作业时，不能实现对铝水搅拌力和温度的有效控制；因此不能生产优质的铝钛硼合金产品；同时在传统工艺中坩埚出合金铝水采用的是上出法，而由于铝钛硼合金中钛元素的强烈沉淀性，这样就不得不增加保温炉和电磁搅拌器，从而使得投入成本增加。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明提供一种铝钛硼生产工艺。
[0005]本发明是通过如下技术方案予以实现的。
[0006]一种铝钛硼生产工艺，先将原料进入还原台包内进行还原反应，并根据还原反应中的需要采用搅拌器进行搅拌；待还原反应进行完后转入变频炉内进行合金化作业；最后合金铝水通过坩埚进入连铸连轧工艺，得到铝钛硼成品。
[0007]所述坩埚采用采用下出铝水的坩埚。
[0008]所述变频炉采用的无心感应炉，且炉膛内的电磁搅拌力与电炉的比功率密度成正t匕，与工作频率的平方根成反比。
[0009]所述变频炉的变频电源采用三相全波可控整流。
[0010]所述还原反应中搅拌器的搅拌轴耐热温度在1000°C以上。 [0011]所述变频炉的主要指标是:电炉容量为2.0T ;供电容量为630KVA ;变频进线电压为三相380V ;变频柜调压范围为100~700V连续可调；频范围为40~60Hz ;额定功率为500KW ;感应器额定电压为1350V ;合金化能力为2.0t/40min。
[0012]所述坩埚的金属浇铸温度达1400°C以上。
[0013]本发明的有益效果是:
[0014]本发明将传统工艺的工频炉改造成变频炉，为实现铝钛硼金属液的合金化，通过配置合适的功率及适当的加热时间实现炉内使炉具有合适的温度，同时使炉膛金属液中有足够的电磁搅拌能力。与现有技术相比，本发明具有如下显著优点:
[0015](I)电磁搅拌力可调:本发明变频炉采用的无心感应炉膛内的电磁搅拌力与电炉的比功率密度(总功率/总容量)成正比，与工作频率的平方根成反比；也就是说，在电炉功率、容量相同的条件下(电炉功率、容量取决于生产能力和工艺参数)，适当调节工作频率，就可以调节炉膛内金属液的电磁搅拌能力；
[0016](2)可实现调压调功和调频调功功能:在炉膛几何尺寸、感应器-炉料系统设计制造完成以后，工频炉只能实现调压调功，但对于工频熔铝炉来说，长期使用会造成炉壁氧化铝沉积，使炉衬变厚，这时送最高电压时功率仍然偏小，只好更换炉衬；但本发明工艺中采用的变频无心炉具有调压调功和调频调功双重调功作用，炉壁氧化铝沉积使炉衬变厚时，可适当降低工作频率，即可提高运行功率，可有效提高炉子生产能力，延长炉衬使用寿命；
[0017](3)不需要工频电源配备的三相平衡环节:变频电源采用三相全波可控整流，三相输入电流严格平衡，可省去工频电源的三相平衡环节，节约投资，方便操作；
[0018](4)由于将还原反应与合金作业分开，避免在还原反应中由于产生大量的热量而造成温度剧烈变化无法控制，同时减少了坩埚的占用时间，提高了产能；
[0019](5)由于将坩埚出铝水改为下出法，可利用变频炉产生的电磁搅拌防止钛元素的沉淀，从而不需要新增加保温炉和电磁搅拌器，减少了设备的投入。
【专利附图】
【附图说明】 [0020]图1为传统的铝钛硼生产工艺流程图；
[0021]图2为本发明所述的铝钛硼生产工艺流程图；
[0022]图3为采用传统生产工艺所得到铝钛硼在100X下的金相图；
[0023]图4为采用传统生产工艺所得到铝钛硼在50X下的金相图；
[0024]图5为采用所述生产工艺所得到铝钛硼在100X下的金相图；
[0025]图6为采用所述生产工艺所得到铝钛硼在50X下的金相图；
[0026]图7为采用传统生产工艺细化试验图；
[0027]图8为采用本发明所述生产工艺的细化试验图；
[0028]图9为采用统生产工艺得到的铝棒实际使用图；
[0029]图10为采用本发明所述生产工艺得到的铝棒实际使用图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合实施列进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
[0031]如图2所示，本发明所述的一种铝钛硼生产工艺，先将原料进入还原台包内进行还原反应，并根据还原反应中的需要采用搅拌器进行搅拌；待还原反应进行完后转入变频炉内进行合金化作业；最后合金铝水通过坩埚进入连铸连轧工艺，得到铝钛硼成品。
[0032]所述坩埚采用采用下出铝水的坩埚。
[0033]采用上述技术方案，将原有工频炉改为变频炉，解决了传统工艺中采用工频炉不能实现对铝水搅拌力和温度的有效控制的问题，采用变频炉可以通过对设备的电流频率调节实现温度和搅拌力的有机结合；将还原反应与合金作用分开，避免了在还原反应中由于产生大量的热量而造成温度剧烈变化无法控制，同时减少了坩埚的占用时间，提高了产能；坩埚出铝水改为下出法，可利用变频炉产生的电磁搅拌防止钛元素的沉淀，从而不需要新增加保温炉和电磁搅拌器，减少了设备的投入。
[0034]本发明将传统工艺中的工频炉改造成变频炉，为实现铝钛硼金属液的合金化，炉内必须有合适的温度，这可以通过配置合适的功率及适当的加热时间予以实现，但更重要的是炉膛金属液中，必须有足够的电磁搅拌能力，因此，本技术方案对变频炉做了如下改进:
[0035]为使电磁搅拌力可调:本发明工艺中的变频炉采用的无心感应炉，且炉膛内的电磁搅拌力与电炉的比功率密度(总功率/总容量)成正比，与工作频率的平方根成反比；也就是说，在电炉功率、容量相同的条件下(电炉功率、容量取决于生产能力和工艺参数)，适当调节工作频率，就可以调节炉膛内金属液的电磁搅拌能力。
[0036]在炉膛几何尺寸、感应器-炉料系统设计制造完成以后，工频炉只能实现调压调功，但对于工频熔铝炉来说，长期使用会造成炉壁氧化铝沉积，使炉衬变厚，这时送最高电压时功率仍然偏小，只好更换炉衬。但变频无心炉具有调压调功和调频调功双重调功手段，炉壁氧化铝沉积使炉衬变厚时，可适当降低工作频率，即可提高运行功率，可有效提高炉子生产能力，延长炉衬使用寿命。
[0037]所述变频炉的变频电源采用三相全波可控整流，三相输入电流严格平衡，可省去工频电源的三相平衡环节，节约投资，方便操作。
[0038]所述还原反应中搅拌器具有耐碱性强，可实现无极高速；且搅拌器的搅拌轴耐热温度在1000°C以上。
[0039]所述变频炉的主要指标是:电炉容量为2.0T ;供电容量为630KVA ;变频进线电压为三相380V ;变频柜调压范围为100~700V连续可调；频范围为40~60Hz ;额定功率为500KW ;感应器额定电压为1350V ;合金化能力为2.0t/40min。
[0040]所述坩埚具有超高导热性和抗氧化性，耐化学处里剂冲击性出色，机械强度高，耐腐蚀性强，耐热冲击性强，耐火性强，金属浇铸温度达1400°C以上
[0041]经研究实验发现，在通过配置合适的功率及适当的加热时间来保障变频炉内合适温度的同时，线圈是无心感应炉的心脏，感应线圈在电流的作用下产生强大的磁场，此磁场使炉膛内的金属产生涡流而发热。通过反复的试验研究设计，结果表明:采用特殊主、副线圈串联结构，其中主线圈包围碳化硅坩埚的上部和中部，副线圈包围碳化硅坩埚的下部及出铝液管，能保证主要参数的稳定性和产品性能。
[0042]从图3、图4可以看出，采用传统工艺所得到的铝钛硼金相组织分布不匀，TiA13相尺寸较大，Τ?Β2相聚集严重，且存在盐类及氧化附着物；
[0043] 从图5、图6不难看出，采用本发明所述工艺得到的铝钛硼金相组织分布均匀，Τ?Α13相尺寸减小，Τ?Β2相聚集减少，无盐类及氧化铝附着物。[0044]从图7、图8不难看出，采用传统工艺细化程度比较粗糙，采用本发明所述工艺细化程度较细。
[0045]如图9、图10所示，采用生产传统工艺所得到的铝棒产品晶粒度为2级，采用本发明生产工艺所得到的 铝棒产品晶粒度为I级。工艺改进效果较好，达到YS/T447.1-2012的要求。
【权利要求】
1.一种铝钛硼生产工艺，其特征在于:先将原料进入还原台包内进行还原反应，并根据还原反应中的需要采用搅拌器进行搅拌；待还原反应进行完后转入变频炉内进行合金化作业；最后合金铝水通过坩埚进入连铸连轧工艺，得到铝钛硼成品。
2.根据权利要求1所述的一种铝钛硼生产工艺，其特征在于:所述坩埚采用采用下出铝水的坩埚。
3.根据权利要求1所述的一种铝钛硼生产工艺，其特征在于:所述变频炉采用的无心感应炉，且炉膛内的电磁搅拌力与电炉的比功率密度成正比，与工作频率的平方根成反比。
4.根据权利要求1所述的一种铝钛硼生产工艺，其特征在于:所述变频炉的变频电源采用三相全波可控整流。
5.根据权利要求1所述的一种铝钛硼生产工艺，其特征在于:所述还原反应中搅拌器的搅拌轴耐热温度在1000°c以上。
6.根据权利要求1所述的一种铝钛硼生产工艺，其特征在于:所述变频炉的主要指标是:电炉容量为2.0T ;供电容量为630KVA ;变频进线电压为三相380V ;变频柜调压范围为100~700V连续可调；频范围为40~60Hz ;额定功率为500KW ;感应器额定电压为1350V ；合金化能力为2.0t/40min。
7.根据权利要求1所述的一种铝钛硼生产工艺，其特征在于:所述坩埚的金属浇铸温度达1400°C以上。
【文档编号】C22C1/02GK103952602SQ201410180911
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月4日 优先权日:2014年5月4日
【发明者】张文锐 申请人:遵义智鹏高新铝材有限公司