高通量连铸连轧铝合金熔体夹杂物的研究

摘要

高通量连铸连轧铝合金生产工艺采用电解铝液直接配备合金溶液，随后通过双钢带连铸机和热三连轧机，直接成型为2mm~8mm的坯料，熔体的流通量能够达到50t/h。但是电解铝液中夹杂物较多，直接会影响所生长板材的力学性能，同时还会加剧高通量连铸连轧铝合金生产过程中铸嘴堵塞的发生。力学性能作为产品质量的重要指标，铸嘴作为直接把熔体送入双钢带连铸机的主要部件，均会影响工艺的生产效率。因此研究高通量连铸连轧铝合金熔体内夹杂物的变化规律以及夹杂物对高通量连铸连轧工艺及产品性能的影响十分重要。
　　本文分别采用IPP金相定量分析法、Prefil-Footprinter法、PoDFA法、扫描电镜及能谱分析对比研究了AA8011、AA5754两种铝合金熔体在净化处理过程中，熔体内夹杂物的形貌、种类和尺寸分布规律变化，分析了高含量合金元素对夹杂物的影响。研究了夹杂物对高通量连铸连轧 A8011铝合金铸嘴堵塞的影响及对 AA5754连铸连轧板材性能的影响。同时考察了 IPP金相定量分析法、Prefil-Footprinter法和PoDFA技术三种夹杂物定量分析方法在实际工业生产中的实用性。
　　通过对高通量连铸连轧铝合金熔体内夹杂物形貌及种类分析表明，AA8011铝合金熔体内夹杂物主要是氧化膜、碳化物、细化剂（TiB2）颗粒和卤化物盐类；高合金元素的AA5754铝合金熔体还含有氧化镁和尖晶石（MgAl2O4）组成含镁氧化物，这些夹杂物尺寸均大于AA8011铝合金熔体中夹杂物尺寸。Al-5Ti-B细化剂的加入，使得铝合金熔体中夹杂物种类增加。但经过不同的连续净化工艺处理，夹杂物种类逐渐减少，夹杂物形貌均由原来团聚形成多刺、无规则形状，逐渐变得形貌圆滑、形状规则、分布均匀。在铸造前AA8011铝合金熔体中剩余夹杂物主要为尺寸小于5μm的Al4C3，而AA5754铝合金熔体还含有一些尺寸在10~20μm，形貌圆滑的含镁氧化物。
　　通过对AA8011和AA5754两种铝合金熔体中夹杂物含量在连续净化过程演变规律分析表明，熔体中夹杂物含量（夹杂物面积比）随着在线净化工艺的处理，夹杂物含量均呈现逐渐降低的趋势。但是合金元素，特别是Mg元素的存在使得熔体内夹杂物含量明显增加，尺寸增大。在对应位置处，高通量连铸连轧AA5754铝合金熔体中夹杂物含量是AA8011铝合金熔体内的2~3倍，尺寸也是AA8011铝合金熔体中夹杂物尺寸的5~6倍。尺寸较小的夹杂物能够通过SNIF除气净化处理除去，泡沫陶瓷过滤器对两种合金熔体内尺寸较大的夹杂物均有很好的过滤效果。但深床过滤器对 AA5754铝合金熔体的净化效果不如对AA8011铝合金熔体的净化效果，因此在工业生产中根据生产合金种类的不同，来调整深床过滤器的使用。
　　利用 IPP金相定量分析法、Prefil-Footprinter法和 PoDFA法对 AA8011和AA5754两种铝合金熔体内夹杂物进行定量分析表明，金相分析法和Prefil-Footprinter、PoDFA法的结果有很好的一致性。由于 AA8011铝合金熔体内夹杂物种类较少，使PoDFA法的计算方法进行计算意义不大，必要时可以作为Prefil-Footprinter法的验证。
　　通过对高通量连铸连轧AA8011铸嘴堵塞机理研究，在堵塞的铸嘴型腔内的结瘤物由三层结构组成：反应层、挂渣层和金属层。尺寸小于3μm的夹杂物一般情况下对合金产品的性能影响不大，但是会加剧铸嘴挂渣，造成铸嘴堵塞，降低高通量连铸连轧铝合金产品的生产效率，增加经济成本。同时由于高通量连铸连轧工艺特点，这些尺寸较小的夹杂物会在铸造过程容易聚集在一起，造成铸板的偏析，影响产品的性能。通过拉伸实验和断口分析得出，随夹杂物含量的增大，特别是当夹杂物在试样边部，容易形成裂纹源，造成高通量连铸连轧AA5754铝合金轧板合金抗拉强度和延伸率变差。

目录

声明

1 绪论

1.1 高通量连铸连轧工艺

1.2 高通量连铸连轧铝合金熔体夹杂物的研究现状

1.3 高通量连铸连轧铝熔体净化工艺的研究现状

1.4 选题背景意义及主要研究内容

2 实验材料及分析方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法

3 高通量连铸连轧AA8011铝合金熔体夹杂物的变化规律

3.1 引言

3.2 夹杂物显微分析

3. 3 过滤器内夹杂物分析

3. 4 铸坯内夹杂物分析

3.5 AA8011铝合金熔体内夹杂物的定量分析

3.6 本章小结

4 高通量连铸连轧AA5754铝合金熔体夹杂物的变化规律

4.1 引言

4.2 夹杂物显微分析

4.3 铸坯内夹杂物分析

4.4 熔体内夹杂物的定量分析

4.5 本章小结

5 夹杂物对高通量连铸连轧铸嘴堵塞及产品性能的影响

5.1 引言

5.2 熔体夹杂物对铸嘴堵塞的影响

5.3 熔体夹杂物对铝合金组织和性能的影响

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

个人简历及在学期间的学术成果