本发明涉及航空铝合金材料熔炼，具体涉及一种航空铝合金绿色熔炼工艺。
背景技术：
1、高性能航空铝合金对熔体纯净度有着严格的要求，以确保最终产品的质量和性能。在熔炼过程中，需要有效去除熔体中的气渣，降低缩松、氢脆、气孔等现象的发生，确保铸锭的氢含量和渣含量合格。这一步骤对于保证航空铝合金的最终性能至关重要。
2、目前，企业通常采用熔剂净化的方式来去除熔体中的气渣。这些熔剂通常包含氯盐、氟盐或氧化性盐，如caf2、na3alf6、nacl、mgcl2等。熔剂进入铝熔体中后，可以有效捕捉熔体中的渣和游离态氢。经过一段时间的作用，气渣会浮至铝液表面，然后通过扒渣操作去除。然而，现有采用熔剂净化的方式仍然存在如下技术问题：(1)净化效果有限，熔剂残留：无论使用多少熔剂，都无法完全脱除熔体中杂质，熔炼净化效果有限；且残留的熔剂可能给铝熔体带来二次污染，导致熔体渣含量上升。(2)新相形成，降低合金性能：熔剂中的碱金属(如na、ca等)残留在铝熔体中形成新相，导致铝合金中强化相减少，影响产品性能。(3)加重环境污染：含氯、氟熔剂的使用导致含氟、氯污染物的排放，熔剂使用量越大，产生的渣量越多，对环境造成负面影响。(4)不适用于航空铝合金：现有技术未针对高性能航空铝合金熔体的净化过程进行系统性研究，特别是在炉内及炉外熔体净化方面的研究系统性不足。
3、现有技术cn 110819837 a提出了一种再生铝合金绿色熔炼方法，通过导入氩气脱除熔体内的杂质。然而现有技术主要针再生铝熔体进行熔炼，提出的导入氩气的流量及气压工艺参数均不适用于航空铝合金熔炼过程；其次，该方法仅采用一次氩气精炼和除气，得到的再生铝熔体夹杂物含量、氢含量水平较高，不满足航空铝合金最终产品的高质量熔体控制要求；同时，由于航空铝合金对碱金属含量水平要求较高，该方法难以确保最终产品的碱金属含量水平，方法中未做说明。因此，若仅将该方法转用至航空铝合金熔炼净化，无法达到航空铝合金绿色熔炼及产品质量要求。
4、鉴于此，开发一种不使用熔剂的航空铝合金绿色熔炼工艺，以确保熔体纯净度及碱金属含量符合质量要求，不仅有效弥补现有技术的不足，且对提升航空铝合金熔铸品质具有非常重要的意义。
技术实现思路
1、本发明意在提供一种航空铝合金绿色熔炼工艺，以解决现有航空铝合金熔炼过程中因添加熔炼剂而导致的环境污染的技术问题。
2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种航空铝合金绿色熔炼工艺，包括以下步骤：备料-熔炼炉加料-搅拌-合金化-熔炼炉精炼-搅拌-扒渣-取样-成分调整-转炉-保温炉精炼-扒渣-保温炉取样确认-静置-在线晶粒细化-在线除气-取样确认成分-过滤-铸造；在熔炼炉精炼阶段、保温炉精炼阶段和在线除气阶段，均通入氩气脱除熔体内气渣，所述氩气导入时为细小、弥散的气泡。
3、本方案的原理是：
4、本方案通过在炉内产生细小、弥散的气泡，利用熔体里的氢在净化气泡与熔体之间的分压差，使熔体中的氢不断扩散到气泡中随气泡运动逸出熔体，从而达到除氢的目的。同时，在气泡上浮过程中，铝液中的夹杂物会被吸附到气泡表面并随着气泡的逸出被带出熔体，起到除渣作用，以此确保炉子出口熔体氢含量和渣含量达到熔剂精炼水平。
5、本方案的优点是：
6、1、相比于现有技术添加熔剂精炼航空铝合金而易导致环境污染而言，本方案通过在航空铝合金熔炼炉精炼阶段、保温炉精炼阶段和在线除气阶段，均通入氩气脱除熔体内气渣，获得符合成分控制要求、熔体质量控制要求的航空铝合金，实现航空铝合金的绿色熔炼，实现经济效益和环境效益的统一。
7、2、相比于现有技术在在线除气阶段通入氩气和氯气的混合气体以保证航空铝合金中碱金属成分符合控制要求、氯气的使用易造成环境污染而言，本方案通过在熔炼炉精炼阶段、保温炉精炼阶段和在线除气阶段均通入氩气对航空铝合金熔体进行除气除渣，生产获得符合成分控制要求、熔体质量控制要求的航空铝合金，有效避免使用氯气带来的环境污染问题。
8、3、本方案通过在航空铝合金熔炼工艺的三个阶段均通入氩气对熔体内气渣进行脱除和净化，有效降低熔体内氢、夹杂物(即渣)和碱金属含量，获得满足航空铝合金铸锭标准ys/t 1619-2023熔体质量控制要求的航空铝合金。申请人通过长期实验发现，若是只在熔炼炉精炼阶段和在线除气阶段通入氩气，或者只在保温炉精炼阶段和在线除气阶段通入氩气，即使增加通气时间，其生产所得航空铝合金熔体中氢、夹杂物(即渣)和碱金属含量也难以满足标准ys/t 1619-2023熔体质量控制要求。
9、优选的，作为一种改进，在熔炼炉精炼阶段和保温炉精炼阶段均采用氩气精炼，氩气导入方式为通过炉底均匀分布的透气塞导入，透气塞间隔为300～600mm，透气塞内透气孔孔径为0.001～1.0mm，氩气导入时的气泡平均大小为0.05～10.0mm。
10、有益效果：本方案通过精准控制透气塞间隔和透气孔孔径，便于氩气导入时在炉内产生细小、弥散的气泡，利用熔体里的氢在净化气泡与熔体之间的分压差，使熔体中的氢不断扩散到气泡中随气泡运动逸出熔体，从而达到除氢的目的。同时，在气泡上浮过程中，铝液中的夹杂物会被吸附到气泡表面并随着气泡的逸出被带出熔体，起到除渣作用，以此确保炉子出口熔体氢含量和渣含量达到熔剂精炼水平。
11、优选的，作为一种改进，在熔炼炉精炼阶段，当熔炼炉的炉内熔体温度达到720～770℃时通入氩气，氩气通入时压力为0.2～0.8mpa、气体流量为2.0～5.0m3/h，熔炼炉内熔体通气精炼时间为30～60min。
12、有益效果：本方案通过组合控制熔炼炉时的熔体温度、氩气通入压力、气体流量及通气精炼时间等，有效降低熔炼所得航空铝合金熔体内夹杂物含量。申请人通过长期实验发现，若是熔炼温度过低，则熔体在转炉过程中极易在流槽内冷却而导致无法实现连续熔炼，从而降低航空铝合金的生产效率；而若是熔炼温度过高，则会导致航空铝合金熔体的烧损增加，同时还会增加能耗。而若是氩气通入时压力过大，则会因熔体搅动幅度过大导致熔体表面浮渣翻卷至熔体内部，难以通过人工扒渣去除；而若是通入氩气压力过小，熔体中的氢及夹杂物难以随气泡运动至熔体表面逸出熔体，难以满足航空铝合金熔体质量控制要求。而当气体流量过小时，产生的气泡量不足，会影响熔体与净化气泡间氢传质扩散的进行，净化效率低下；而若是气体流量过大，同样会提升熔体翻滚程度，熔体表面浮渣进入熔体内部导致二次污染。通气熔炼时间低于30min，则会因熔体内部气渣未完全随气泡扩散至熔体表面而导致净化效果不足；为防止熔体表面浮渣被气泡运动再次带入到熔体内部，应及时清理随气泡扩散至表面的浮渣，同时也从节约能耗的角度避免精炼时间过长。
13、优选的，作为一种改进，在保温炉精炼阶段，当保温炉的炉内熔体温度达到720℃～760℃时通入氩气，氩气通入时压力为0.3～0.9mpa、气体流量为2.0～4.0m3/h，保温炉内熔体精炼时间不低于30min。
14、有益效果：本方案通过组合控制保温炉时的熔体温度、氩气通入压力、气体流量及通气精炼时间等，有效进一步降低熔炼所得航空铝合金熔体内夹杂物含量。
15、优选的，作为一种改进，炉外在线除气的氩气导入方式为转子高速旋转导入，氩气导入时的气泡平均大小为0.05～10.0mm。
16、有益效果：本方案通过采用转子高速旋转的方式倒入氩气，有效保证在线除气对熔体的净化效果，进一步降低熔体内氰、夹杂物和碱金属含量，提升生产所得航空铝合金的品质。
17、优选的，作为一种改进，在线除气阶段中，高纯氩气通入压力为0.2～0.5mpa，气体流量为2.0～5.0m3/h，转子转速为400～520r/min。
18、优选的，作为一种改进，在线除气阶段中，炉外在线除气设备采用三转子除气机。
19、有益效果：本方案通过限定在线除气阶段中的氩气通入参数，有效满足气体流量要求，从而实现对熔体的进一步净化。申请人通过长期实验发现，应选择合适的氩气通入压力和流量，若氩气通入时压力和流量过大，则易导致气泡尺寸过大，熔体翻滚严重，表面浮渣易带入熔体内部，不利于除气除渣；若氩气通入时压力和流量过小，则难以保证净化气泡和熔体间的氢传质扩散行为，降低净化效果和连续生产的稳定性。转子转速也应控制在合理范围内，若转子转速过大，易导致净化气泡半径在达到最大值后瞬间减小，影响熔体与净化气泡间氢传质扩散的进行，不利于提高净化效率；转子转速过小，则会导致气泡尺寸过大，净化气泡表面积减小，吸附夹杂物的能力降低，最终熔体质量难以满足控制要求。
20、优选的，作为一种改进，在过滤阶段，采用双级板式过滤对合金铝液进行一级过滤和二级过滤，一级过滤的过滤板精度不低于30ppi，二级过滤的过滤板精度为60ppi。
21、有益效果：本方案通过采用两级过滤，进一步减少熔体内夹杂物含量，提升航空铝合金品质。申请人通过长期实验发现，若是只采用一级过滤或二级过滤精度低于60ppi，如tib2、mgo等小尺寸夹杂物难以有效去除，给最终产品质量带来严重危害。
22、优选的，作为一种改进，保温炉内经氩气精炼后的航空铝合金熔体，经金相网格法技术检测，渣含量≤0.20mm2/kg、氢含量为≤0.25ml/100gal；经三转子除气及双级板式过滤后的航空铝合金熔体渣含量≤0.02mm2/kgal，氢含量≤0.10ml/100gal，碱金属含量不高于5ppm。
23、优选的，作为一种改进，导入氩气的纯度不低于99.99％。
24、本方案的原理及优点是：
25、1、与现有技术相比，本发明创新性提出了一种航空铝合金绿色熔炼工艺。为实现航空铝合金绿色熔炼，该工艺关键在于航空铝合金熔炼过程中的炉内(包括熔炼炉和保温炉)、炉外均采用高纯氩气对熔体进行净化。具体的，本方案通过精准控制导入氩气流量和工作压力，从而在炉内产生细小、弥散的气泡，利用熔体里的氢在净化气泡与熔体之间的分压差，使熔体中的氢不断扩散到气泡中随气泡运动逸出熔体，从而达到除氢的目的。同时，在气泡上浮过程中，铝液中的夹杂物会被吸附到气泡表面并随着气泡的逸出被带出熔体，起到除渣作用，以此确保炉子出口熔体氢含量和渣含量达到熔剂精炼水平。
26、2、本方案通过采用三转子除气设备和双级板式过滤装置，确保经在线除气和过滤后的氢含量和渣含量也能符合航空铝合金熔体质量控制要求。重要的是，由于熔炼全程不使用熔剂及含氯气体精炼，不会给熔体带来额外的碱金属成分，保证航空铝合金产品中的碱金属含量符合成分控制要求；同时，整个熔炼过程产生的产物、铝渣均无氟、氯排放，避免了目前多数企业生产航空铝合金产品采用含氟、氯精炼剂导致的环境污染问题。
27、3、炉内经氩气精炼后的航空铝合金熔体渣含量≤0.20mm2/kg、氢含量为≤0.25ml/100gal，达到了熔剂精炼效果；经三转子除气及双级板式过滤后的航空铝合金熔体渣含量≤0.02mm2/kgal，氢含量≤0.10ml/100gal，碱金属含量不高于5ppm，满足航空铝合金熔体质量控制要求。
28、4、本方案全程不使用熔剂及含氯气体精炼，产生的尾气、反应产物及铝渣均不含氟、氯，不会造成环境负担，实现新型航空铝合金的绿色精炼，满足经济效益、环境效益的统一。
1.一种航空铝合金绿色熔炼工艺，其特征在于：包括以下步骤：备料-熔炼炉加料-搅拌-合金化-熔炼炉精炼-搅拌-扒渣-取样-成分调整-转炉-保温炉精炼-扒渣-保温炉取样确认-静置-在线晶粒细化-在线除气-取样确认成分-过滤-铸造，在熔炼炉精炼阶段、保温炉精炼阶段和在线除气阶段，均通入氩气脱除熔体内气渣，所述氩气导入时为细小、弥散的气泡。
2.根据权利要求1所述的一种航空铝合金绿色熔炼工艺，其特征在于：在熔炼炉精炼阶段和保温炉精炼阶段，氩气导入方式为通过炉底均匀分布的透气塞导入，透气塞间隔为300～600mm，透气塞内透气孔孔径为0.001～1.0mm，氩气导入时的气泡平均大小为0.05～10.0mm。
3.根据权利要求2所述的一种航空铝合金绿色熔炼工艺，其特征在于：在熔炼炉精炼阶段，当熔炼炉的炉内熔体温度达到720～770℃时通入氩气，氩气通入时压力为0.2～0.8mpa、气体流量为2.0～5.0m3/h，熔炼炉内熔体通气精炼时间为30～60min。
4.根据权利要求2所述的一种航空铝合金绿色熔炼工艺，其特征在于：在保温炉精炼阶段，当保温炉的炉内熔体温度达到720℃～760℃时通入氩气，氩气通入时压力为0.3～0.9mpa、气体流量为2.0～4.0m3/h，保温炉内熔体精炼时间不低于30min。
5.根据权利要求1所述的一种航空铝合金绿色熔炼工艺，其特征在于：炉外在线除气的氩气导入方式为转子高速旋转导入，氩气导入时的气泡平均大小为0.05～10.0mm。
6.根据权利要求5所述的一种航空铝合金绿色熔炼工艺，其特征在于：在线除气阶段中，高纯氩气通入压力为0.2～0.5mpa，气体流量为2.0～5.0m3/h，转子转速为400～520r/min。
7.根据权利要求6所述的一种航空铝合金绿色熔炼工艺，其特征在于：在线除气阶段中，炉外在线除气设备采用三转子除气机。
8.根据权利要求1所述的一种航空铝合金绿色熔炼工艺，其特征在于：在过滤阶段，采用双级板式过滤对合金铝液进行一级过滤和二级过滤，一级过滤的过滤板精度不低于30ppi，二级过滤的过滤板精度为60ppi。
9.根据权利要求8所述的一种航空铝合金绿色熔炼工艺，其特征在于：保温炉内经氩气精炼后的航空铝合金熔体，经金相网格法技术检测，渣含量≤0.20mm2/kg、氢含量为≤0.25ml/100gal；经双级板式过滤后的航空铝合金熔体渣含量≤0.02mm2/kgal，氢含量≤0.10ml/100gal，碱金属含量不高于5ppm。
10.根据权利要求1所述的一种航空铝合金绿色熔炼工艺，其特征在于：导入氩气的纯度不低于99.99％。
