CN117737481A - 添加高比例废铝的铝合金铸锭、其制备方法及铝合金板带材 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种添加高比例废铝的铝合金铸锭、其制备方法及铝合金板带材。该制备方法中废铝占铝合金铸锭的重量百分含量为70～90％；制备方法包括：将废铝、纯铝锭与合金熔剂送入熔炼炉，进行熔化，得到铝熔体温度为720～745℃时，进行第一炉内精炼、第二炉内精炼、在线除气和在线过滤，得到铝净化熔体送入结晶器，在685～705℃进行铸造，得到添加高比例废铝的铝合金铸锭。本发明可以显著提高废铝的添加量，同时通过调控熔铸工艺，制备得到高Fe含量铝合金铸锭，铸锭中第二相和晶粒分布均匀、尺寸细小，使用该铸锭生产的铝合金板带材的力学性能和表面性能优异，可以进一步满足汽车和建筑装饰件等高端产品对铝材的技术要求。

Description

添加高比例废铝的铝合金铸锭、其制备方法及铝合金板带材

技术领域

本发明涉及铝合金材料技术领域，具体而言，涉及一种添加高比例废铝的铝合金铸锭、其制备方法及铝合金板带材。

背景技术

随着国民经济的快速发展，铝合金在太阳能、汽车、建筑装饰等诸多领域得到了更加广泛的应用，并且向附加值高的高端方向发展，市场前景广阔。Al-Fe系铝合金因其价格低，质量轻，耐热性好，导电性能优良等特点逐渐进入人们的视野并被广泛利用于包装，建筑和机电领域。近年来市场竞争日趋激烈，对铝合金材料的要求也在不断提高。

为了节能减碳，进一步降低生产成本，近年来废铝回收及再利用成为国内外的研究热点。但目前国内使用废铝制备铝材普遍存在废料质量不稳定、熔铸工序添加废料比例低、铝屑废料难以高效利用等诸多问题，不仅影响废料的利用率，而且不利于降本增效。

当前国内市场应用较多的国产高表面铝材普遍存在表面光泽度不高、底纹料纹明显以及成形能力不足等问题，都严重制约了其在高端行业领域的进一步应用。由于Al-Fe系铝合金中Fe元素的固溶度较低，在合金中多以富Fe相形式存在，其中针状或片状的富铁相割裂铝合金基体而形成裂纹源，最终降低铝合金的力学性能，同时在后期进行轧制加工后制备的板材易出现条带底纹，降低板材的表面性能和力学性能。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种添加高比例废铝的铝合金铸锭、其制备方法及铝合金板带材，以解决现有技术中废铝屑等废料难以回收利用、Al-Fe系合金表面性能和力学性能较差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种添加高比例废铝的铝合金铸锭的制备方法，铝合金铸锭中Fe的重量百分含量＜1.8％；废铝占铝合金铸锭的重量百分含量为70～90％；废铝包括一级废料、二级废料、铝屑和消费后回收废料，且铝屑占废铝的重量百分含量≤8％；制备方法包括以下步骤：步骤S1，将铝屑进行预熔炼，得到铝屑锭；步骤S2，将一级废料、二级废料、铝屑锭、消费后回收废料、纯铝锭与合金熔剂送入熔炼炉，进行熔化，得到铝熔体；步骤S3，当铝熔体的温度为720～745℃时，利用第一惰性气体将第一精炼剂吹入铝熔体中，然后进行第一静置，以进行第一炉内精炼，得到铝第一精炼熔体；步骤S4，将铝第一精炼熔体送入保温炉，利用第二惰性气体将第二精炼剂吹入铝第一精炼熔体中，然后进行第二静置，以进行第二炉内精炼，得到铝第二精炼熔体；步骤S5，当铝第二精炼熔体的温度≥730℃时，将其依次进行在线除气和在线过滤，得到铝净化熔体；步骤S6，将铝净化熔体送入结晶器，在685～705℃进行铸造，单个结晶器的冷却水流量为45～60m³/h，得到添加高比例废铝的铝合金铸锭。

进一步地，按重量百分比计，废铝包括75～85％的一级废料、5～18％的二级废料、5～8％的铝屑和余量的消费后回收废料；和/或按重量百分比计，废铝中0.1％≤Fe＜1.8％，0.03％≤Mn≤1.0％，0.04％≤Si≤1％。

进一步地，按重量百分比计，铝合金铸锭包括1.1％≤Fe＜1.8％，Cu＜0.1％，0.05％≤Mn≤0.7％，Mg≤0.03％，0.05％≤Si≤0.85％，Zn＜0.03％，Ti≤0.04％，余量为Al及不可避免的杂质，每种不可避免的杂质含量≤0.05％，总杂≤0.15％。

进一步地，步骤S1中，预熔炼的温度为750～780℃；和/或步骤S1还包括将铝屑熔化后依次进行炉内除气、扒渣、静置15～25min和熔体过滤的步骤；和/或步骤S2中，熔化的温度为740～770℃，合金熔剂包括Mn剂和/或Fe剂。

进一步地，步骤S3和步骤S4中，第一精炼剂和第二精炼剂分别独立地包括无Na颗粒状精炼剂和/或无Na粉状精炼剂；和/或第一精炼剂和第二精炼剂的吹入时间分别独立地为10～25min；和/或第一静置和第二静置的时间分别独立地为15～30min；和/或步骤S5中，使用第三惰性气体进行在线除气，使用双板式过滤进行在线过滤；其中，第一惰性气体、第二惰性气体和第三惰性气体分别独立地包括氩气和/或氮气。

进一步地，步骤S6中，铸造的起始速度为35～40mm/min，稳定生产速度为43～58mm/min；和/或单个结晶器的冷却水温≤28℃。

根据本发明的另一方面，提供了一种添加高比例废铝的铝合金铸锭，由本发明上述的制备方法得到。

进一步地，铝合金铸锭的平均晶粒尺寸＜150μm，最大含Fe第二相尺寸＜55μm，平均含Fe第二相尺寸＜12μm，夹渣尺寸＜0.4mm，含气量≤0.12ml/100gAl。

根据本发明的另一方面，提供了一种铝合金板带材，由本发明上述的添加高比例废铝的铝合金铸锭依次经过均匀化处理、加热、热轧、一次冷轧、中间退火、二次冷轧和成品退火制备得到。

进一步地，铝合金板带材的反射率≥85％，光泽度≥795GU，抗拉强度≥125MPa，屈服强度≥85MPa，伸长率＞30％。

与现有技术相比，本发明的技术进步主要体现在：

1、针对目前使用含铝废料生产用于汽车等高端产品的铝合金铸锭时，为了保证铝合金的性能，废料添加比例通常较低(70％以下)，大量的废铝尤其是铝屑难以有效利用的问题，本发明通过调控熔炼与熔体处理工艺，降低铝熔体中的含气量，提高纯净度，可以在显著提高废铝的添加比例的同时保证铸锭质量，而且将难以利用的铝屑进行了高效利用，实现了工业生产中的节能降碳、降本增效的目的。

2.针对目前使用含铝废料生产的高铁元素铝合金铸锭普遍存在的第二相和晶粒尺寸粗大且分布不均的问题，本发明通过调控铸造工艺，消除了铸锭中存在的大尺寸含Fe第二相，使铸锭晶粒和第二相均匀细小分布，提高了铸锭组织均匀性，为后续进行铝合金轧制提供了良好稳定的铸锭基础。

综上，应用本发明的技术方案，在熔炼炉和保温炉分别进行熔体精炼、除气、静置处理，并通过在线除气和在线过滤提高熔体纯净度，降低净化处理后的熔体中含渣量和含气量。同时通过调控铸造温度，抑制铸锭中粗大含Fe相的析出，保证晶粒均匀细小。本发明可以显著提高废铝的添加量，同时通过调控熔铸工艺，制备得到高Fe含量铝合金铸锭，铸锭中第二相和晶粒分布均匀、尺寸细小，使用该铸锭生产的铝合金板带材的力学性能和表面性能优异，可以进一步满足汽车和建筑装饰件等高端产品对铝材的技术要求。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例1中铝合金扁锭中第二相分布图；

图2示出了根据本发明实施例1中铝合金扁锭中晶粒分布图；

图3示出了根据本发明对比例1中铝合金扁锭中第二相分布图；

图4示出了根据本发明对比例1中铝合金扁锭中晶粒分布图；

图5示出了根据本发明对比例2中铝合金扁锭中第二相分布图；以及

图6示出了根据本发明对比例3中铝合金扁锭中晶粒分布图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要说明的是，本发明中“汽车和建筑装饰件等高端产品对铝材的技术要求”一般是指对铝合金的以下要求：最大含Fe第二相尺寸＜60μm，平均含Fe第二相尺寸＜13μm，晶粒平均尺寸＜150μm；单个取样样品夹渣尺寸＜0.6mm，铸锭含气量≤0.12ml/100gAl；抗拉强度≥120MPa，屈服强度≥80MPa，伸长率＞30％，反射率≥85％，光泽度≥790GU。

正如本发明背景技术中所述，现有技术中存在废铝屑等废料难以回收利用、Al-Fe系合金表面性能和力学性能较差的问题。为了解决上述问题，在本发明一种典型的实施方式中，提供了一种添加高比例废铝的铝合金铸锭的制备方法，铝合金铸锭中Fe的重量百分含量＜1.8％；废铝占铝合金铸锭的重量百分含量为70～90％；废铝包括一级废料、二级废料、铝屑和消费后回收废料(比如废旧汽车内饰及建筑装饰用铝等)，且铝屑占废铝的重量百分含量≤8％。

制备方法包括以下步骤：步骤S1，将铝屑进行预熔炼，得到铝屑锭；步骤S2，将一级废料、二级废料、铝屑锭、消费后回收废料、纯铝锭与合金熔剂送入熔炼炉，进行熔化，得到铝熔体；步骤S3，当铝熔体的温度为720～745℃时，利用第一惰性气体将第一精炼剂吹入铝熔体中，然后进行第一静置，以进行第一炉内精炼，得到铝第一精炼熔体；步骤S4，将铝第一精炼熔体送入保温炉，利用第二惰性气体将第二精炼剂吹入铝第一精炼熔体中，然后进行第二静置，以进行第二炉内精炼，得到铝第二精炼熔体；步骤S5，当铝第二精炼熔体的温度≥730℃时，将其依次进行在线除气和在线过滤，得到铝净化熔体；步骤S6，将铝净化熔体送入结晶器，在685～705℃进行铸造，单个结晶器的冷却水流量为45～60m³/h，得到添加高比例废铝的铝合金铸锭。

发明人在研究过程中出乎意料地发现，由于本发明的原料中添加了高比例的废铝，因此杂质Fe含量较高，易形成粗大片状β相割裂组织恶化力学性能，因此本发明通过使用特定的熔铸工艺参数抑制粗大β相出现，从而改善铸锭组织，进一步提高成品板带材的力学性能和表面性能。

但是熔铸工艺的改善效果也存在一定限制，为了保证铝合金铸锭具有良好的组织特性，进而使得制备得到的铝合金板带材具有良好的性能，铝合金铸锭中Fe含量仍需要控制在一定的范围内。当铝合金铸锭温度达到一定水平(比如655℃)且Fe含量＞1.8％时，合金会发生过共晶反应，首先析出Al₃Fe相，而在凝固前沿，初生的Al₃Fe相四周出现树枝状的枝晶，随着凝固的不断进行，四周的薄枝晶接触会发生焊合，形成片状Al₃Fe相，在生长速率足够大的情况下，各个枝晶之间没有足够的时间进行焊合，最终Al₃Fe相就会呈现出针状甚至片状，严重割裂基体连续性，在合金受到外力作用时成为裂纹源，恶化合金的力学性能。另外，粗大的Al₃Fe相难以通过后续轧制完全破碎，最终易在板带材表面形成料纹等缺陷，严重影响铝合金板带材的表面质量和力学性能。因此本发明特别限定铝合金铸锭中Fe的重量百分含量＜1.8％，以适配本发明特定的熔铸工艺，进一步改善铝合金铸锭和成品板带材的性能。

同时，发明人在研究过程中出乎意料地发现，本发明在进行废铝的高比例添加过程中，废铝中铝屑比例＞8％时，会导致熔炼过程中熔体中的渣含量高，提高熔体的粘稠度，后续会影响在线过滤效率的同时，在铸造过程中会有部分铝液预先凝固从而黏附在设备(比如分流袋)上，这些率先凝固的铝液中会析出大量的粗大针状甚至板片状含Fe第二相，且会在铸造过程中从设备(比如分流袋)上脱落进入铸锭，这些粗大的硬质含Fe第二相难以在铸锭的后续均匀化退火及轧制工序转化或破碎，并且熔体中的夹渣难以被完全过滤从而进入铸锭中，影响最终制备得到的铝合金板带材的力学性能和表面性能。因此本发明特别限定铝屑占废铝的重量百分含量≤8％，以保证较好的合金性能。

具体地，在实际制备过程中，本发明先将铝屑进行预熔炼，得到铝屑锭；然后将一级废料、二级废料、铝屑锭、消费后回收废料、纯铝锭与合金熔剂送入熔炼炉进行熔化，得到含有较多杂质的铝熔体，进入精炼步骤。

当铝熔体的温度为720～745℃时，利用第一惰性气体将第一精炼剂吹入铝熔体中，以进行第一炉内精炼，熔体中的碱金属等有害元素和部分渣通过与精炼剂发生反应而生成盐类或其他化合物上浮至熔体表面，同时熔体中的[H]通过与惰性气体作用上浮逸出达到除氢目的，然后进行第一静置，使熔体中的夹渣因密度差而上浮或下沉，同时保证熔体内的气泡完全上浮逸出，得到铝第一精炼熔体；然后将铝第一精炼熔体转入保温炉，以同样的方法进行第二炉内精炼，得到铝第二精炼熔体。需要说明的是，本发明特别限定当铝熔体的温度为720～745℃时进行精炼，可以促进精炼剂与熔体内的有害元素及部分渣的反应，得到纯净化的铝液，保证铸锭的气含量和渣含量满足要求，上述温度过高或者过低时不仅无法达到除气除渣效果，反而会在熔体内引入不必要的渣，降低精炼效果。

然后，当铝第二精炼熔体的温度≥730℃时，将其依次进行在线除气和在线过滤，在此过程中熔体中的气体和渣进一步被除去，得到铝净化熔体，提高熔体纯净度，净化处理后的熔体中夹渣尺寸小且含气量低。

最后，铝净化熔体通过流槽流入结晶器中，在685～705℃进行铸造，单个结晶器的冷却水流量为45～60m³/h，通过调控铸造温度在上述范围内，可以抑制铸锭中粗大含Fe相的析出，在添加高比例废铝的同时保证晶粒均匀细小，得到铝合金铸锭。同时，本发明特别限定单个结晶器的冷却水流量在上述范围内，是因为发明人在研究过程中出乎意料地发现，当铸造过程中的冷却强度不足时，添加高比例废铝的合金的铸锭组织中不仅会出现粗大晶粒，并且会呈现出大量针状并且尺寸较大的含Fe第二相。当受到外力使合金变形时，粗大晶粒会导致合金的塑性变形不均匀，应力集中，最终导致合金的强度、硬度、塑性和韧性都降低，粗大的第二相难以破碎，降低最终合金的板带材力学性能和表面性能。因此本发明特别限定单个结晶器的冷却水流量在本发明上述范围之内。

综上，本发明在熔炼炉和保温炉分别进行熔体精炼、除气、静置处理，并通过在线除气和在线过滤提高熔体纯净度，降低净化处理后的熔体中含渣量和含气量。同时调控铸造温度，抑制铸锭中粗大含Fe相的析出，保证晶粒均匀细小。本发明可以显著提高废铝的添加量，同时通过调控熔铸工艺，制备得到高Fe含量铝合金铸锭，铸锭中第二相和晶粒分布均匀、尺寸细小，使用该铸锭生产的铝合金板带材的力学性能和表面性能优异，可以进一步满足汽车和建筑装饰件等高端产品对铝材的技术要求。

在一种优选的实施方式中，按重量百分比计，废铝包括75～85％的一级废料、5～18％的二级废料、5～8％的铝屑和余量的消费后回收废料；和/或按重量百分比计，废铝中0.1％≤Fe＜1.8％，0.03％≤Mn≤1.0％，0.04％≤Si≤1％。上述含量范围内可以实现废铝的更高效消耗和利用，同时进一步提高熔体纯净度，使得铸锭组织更加均匀细小，进而可以更好地降低铝锭添加量从而降低成本。

出于进一步提高铸锭的组织性能，从而进一步改善由本发明铸锭制备的板带材的力学性能和表面性能，在一种优选的实施方式中，按重量百分比计，铝合金铸锭包括1.1％≤Fe＜1.8％，Cu＜0.1％，0.05％≤Mn≤0.7％，Mg≤0.03％，0.05％≤Si≤0.85％，Zn＜0.03％，Ti≤0.04％，余量为Al及不可避免的杂质，比如Cr、V等，每种不可避免的杂质含量≤0.05％，总杂≤0.15％。

上述含量的Fe可以更好地抑制粗大β相析出；上述含量的Cu可以进一步提高铸造过程的稳定性，进一步还可以避免铸锭开裂；上述含量的Mn可以进一步提高铝合金的再结晶温度，有利于提高成品的组织均匀性；上述含量的Si的加入更有利于铝合金中β相在热处理过程中向α相转变，从而可以进一步提高铸锭组织均匀性；上述含量的Ti可以更好地减少成品板带材表面形成料纹等缺陷，从而进一步改善表面质量。本发明的铝合金铸锭中上述含量的各元素相互协同配合，一方面可以更方便地由添加高比例废铝的原料制备得到，另一方面可以具有更好的铸锭组织，进而可以进一步提高成品板带材的力学性能和表面性能。

由于铝屑中杂质较多，在熔化后会导致熔体粘性大，流动性差，在一种优选的实施方式中，步骤S1中，预熔炼的温度为750～780℃；和/或步骤S1还包括将铝屑熔化后依次进行炉内除气、扒渣、静置15～25min和熔体过滤的步骤；上述熔炼温度下可以在进一步提高熔化效率的同时提高熔体流动性，有利于后续熔体除气时渣上浮至表面，此外还可以更好地降低熔体的吸气造渣倾向，达到更好的熔体处理效果且更易于过滤。和/或步骤S2中，熔化的温度为740～770℃，合金熔剂包括Mn剂和/或Fe剂，只要能达到目标铸锭成分即可，可以根据实际情况适应调整，也可以使用Al-Mn中间合金，还可以添加工业硅以改善成分含量。上述条件下可以在促进固态锭完全熔化的同时，进一步提高熔化效率。

在一种优选的实施方式中，步骤S3和步骤S4中，第一精炼剂和第二精炼剂分别独立地包括无Na颗粒状精炼剂和/或无Na粉状精炼剂；和/或第一精炼剂和第二精炼剂的吹入时间分别独立地为10～25min；和/或第一静置和第二静置的时间分别独立地为15～30min；和/或步骤S5中，使用第三惰性气体进行在线除气，使用双板式过滤进行在线过滤；其中，第一惰性气体、第二惰性气体和第三惰性气体分别独立地包括氩气和/或氮气。上述条件下可以使得精炼剂与熔体中的有害元素和部分渣更充分反应，同时使得反应后的渣和气体更充分地上浮或下沉，进一步提高除气除渣效果，改善熔体纯净度，并最终改善铸锭的组织性能。

出于在铸造过程中更好地抑制铸锭中粗大含Fe相的析出，并促进晶粒均匀细小的目的，在一种优选的实施方式中，步骤S6中，铸造的起始速度为35～40mm/min，稳定生产速度为43～58mm/min；和/或单个结晶器的冷却水温≤28℃。

在本发明又一种典型的实施方式中，还提供了一种添加高比例废铝的铝合金铸锭，由本发明上述的制备方法得到，其具有均匀且细小的晶粒组织，含气量和含渣量均较低，在保证铸锭质量的前提下不仅提高了废料的使用比例，而且将难以利用的铝屑进行了高效利用，实现了工业生产中的节能降碳，达到降本增效目的。

具体地，在一种优选的实施方式中，铝合金铸锭的平均晶粒尺寸＜150μm，最大含Fe第二相尺寸＜55μm，平均含Fe第二相尺寸＜12μm，夹渣尺寸＜0.4mm，优选可以达到平均晶粒尺寸＜140μm，最大含Fe第二相尺寸＜45μm，平均含Fe第二相尺寸＜11μm，夹渣尺寸＜0.3mm，含气量≤0.12ml/100gAl，可以为后续进行轧制提供更加良好稳定的铸锭基础。

在本发明又一种典型的实施方式中，还提供了一种铝合金板带材，由本发明上述的添加高比例废铝的铝合金铸锭依次经过均匀化处理、加热、热轧、一次冷轧、中间退火、二次冷轧和成品退火制备得到，其具备显著改善的力学性能和表面性能。

具体地，在一种优选的实施方式中，铝合金板带材的反射率≥85％，光泽度≥795GU，抗拉强度≥125MPa，屈服强度≥85MPa，伸长率＞30％，优选可以达到光泽度≥800GU，抗拉强度≥130MPa，屈服强度≥90MPa，伸长率＞35％，能够更好地满足汽车和建筑装饰件等高端产品对铝材的技术要求，实现废铝的高效转化利用。

典型的但非限定性的，按重量百分比计，废铝包括75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％或其任意两个数值组成的范围值的一级废料，5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％或其任意两个数值组成的范围值的二级废料，5％、6％、7％、8％或其任意两个数值组成的范围值的铝屑和余量的消费后回收废料。

典型的但非限定性的，按重量百分比计，废铝中Fe的含量为0.1％、0.2％、0.5％、0.8％、1％、1.2％、1.5％、1.79％或其任意两个数值组成的范围值，Mn含量为0.03％、0.1％、0.2％、0.5％、0.8％、1.0％或其任意两个数值组成的范围值，Si含量为0.04％、0.1％、0.2％、0.5％、0.8％、1％或其任意两个数值组成的范围值。

典型的但非限定性的，按重量百分比计，废铝占铝合金铸锭的重量百分含量为70％、72％、75％、78％、80％、82％、85％、88％、90％或其任意两个数值组成的范围值。

典型的但非限定性的，按重量百分比计，铝合金铸锭包括Fe含量为1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.79％或其任意两个数值组成的范围值，Cu含量为0％、0.02％、0.05％、0.08％、0.09％或其任意两个数值组成的范围值，Mn含量为0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％或其任意两个数值组成的范围值，Mg含量为0％、0.01％、0.02％、0.03％或其任意两个数值组成的范围值，Si含量为0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.85％或其任意两个数值组成的范围值，Zn含量为0％、0.01％、0.02％、0.029％或其任意两个数值组成的范围值，Ti含量为0％、0.01％、0.02％、0.03％、0.04％或其任意两个数值组成的范围值，余量为Al及不可避免的杂质。

典型的但非限定性的，步骤S1中，预熔炼的温度为750℃、755℃、760℃、765℃、770℃、775℃、780℃或其任意两个数值组成的范围值。

典型的但非限定性的，步骤S2中，熔化的温度为740℃、745℃、750℃、755℃、760℃、765℃、770℃或其任意两个数值组成的范围值。

典型的但非限定性的，步骤S3中，当铝熔体的温度为720℃、725℃、730℃、735℃、740℃、745℃或其任意两个数值组成的范围值时，利用第一惰性气体将第一精炼剂吹入铝熔体中。

典型的但非限定性的，第一精炼剂和第二精炼剂的吹入时间分别独立地为10min、15min、20min、25min或其任意两个数值组成的范围值；第一静置和第二静置的时间分别独立地为15min、20min、25min、30min或其任意两个数值组成的范围值。

典型的但非限定性的，步骤S6中，在685℃、690℃、695℃、700℃、705℃或其任意两个数值组成的范围值进行铸造，单个结晶器的冷却水流量为45m³/h、50m³/h、55m³/h、60m³/h或其任意两个数值组成的范围值，铸造的起始速度为35mm/min、36mm/min、37mm/min、38mm/min、39mm/min、40mm/min或其任意两个数值组成的范围值，稳定生产速度为43mm/min、45mm/min、48mm/min、50mm/min、52mm/min、55mm/min、58mm/min或其任意两个数值组成的范围值。

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。

如无特殊说明，以下实施例和对比例中的“％”均指重量百分比。

实施例1

铝合金铸锭的成分见表1。

原料选择：包含一级废料76％、二级废料17％、铝屑6％、其余为消费后回收料的铝合金回收废料，其中Fe综合含量约1.7％，Mn综合含量约0.5％，Si综合含量约0.5％，铝合金回收废料占铝合金铸锭的重量百分含量为80％。

制备方法包括以下步骤：

步骤S1，采用中频感应炉对铝屑进行预熔炼，熔炼温度760℃，熔化后进行炉内除气、扒渣并静置20min后，熔体经过30目过滤板过滤，浇铸成铝屑锭备用；

步骤S2，将一级废料、二级废料、铝屑锭、消费后回收废料、纯铝锭与合金熔剂送入熔炼炉，在760℃进行熔化，得到铝熔体；

步骤S3，当铝熔体的温度为745℃时，将无Na颗粒状精炼剂加入精炼罐，并通过高纯Ar气吹入铝熔体中15min，然后静置30min，以进行第一炉内精炼，得到铝第一精炼熔体；

步骤S4，将铝第一精炼熔体通过流槽导入保温炉，并将无Na颗粒状精炼剂通过高纯Ar气吹入铝第一精炼熔体中15min，然后静置30min，以进行第二炉内精炼，得到铝第二精炼熔体；

步骤S5，当铝第二精炼熔体的温度为730℃时，将其依次经过在线除气机和在线过滤箱，除气选用高纯Ar气和双转子除气机，在线过滤箱使用双板式过滤，过滤板分别为40目和60目，得到铝净化熔体；

步骤S6，将铝净化熔体通过分配流槽流入结晶器中，铸造温度690℃，起车铸造速度为36mm/min，稳定生产铸造速度为55mm/min，单个结晶器冷却水流量58m³/h，冷却水温≤28℃，得到添加高比例废铝的铝合金铸锭。

实施例2

铝合金铸锭的成分见表1。

原料选择：包含一级废料77％、二级废料15％、铝屑5％、其余为消费后回收料的铝合金回收废料，其中Fe综合含量约1.6％，Mn综合含量约0.6％，Si综合含量约0.2％，铝合金回收废料占铝合金铸锭的重量百分含量为80％。

制备方法包括以下步骤：

步骤S1，采用中频感应炉对铝屑进行预熔炼，熔炼温度760℃，熔化后进行炉内除气、扒渣并静置20min后，熔体经过30目过滤板过滤，浇铸成铝屑锭备用；

步骤S2，将一级废料、二级废料、铝屑锭、消费后回收废料、纯铝锭与合金熔剂送入熔炼炉，在765℃进行熔化，得到铝熔体；

步骤S3，当铝熔体的温度为740℃时，将无Na颗粒状精炼剂加入精炼罐，并通过高纯Ar气吹入铝熔体中15min，然后静置30min，以进行第一炉内精炼，得到铝第一精炼熔体；

步骤S4，将铝第一精炼熔体通过流槽导入保温炉，并将无Na颗粒状精炼剂过高纯Ar气吹入铝第一精炼熔体中15min，然后静置30min，以进行第二炉内精炼，得到铝第二精炼熔体；

步骤S5，当铝第二精炼熔体的温度为735℃时，将其依次经过在线除气机和在线过滤箱，除气选用高纯Ar气和双转子除气机，在线过滤箱使用双板式过滤，过滤板分别为40目和60目，得到铝净化熔体；

步骤S6，将铝净化熔体通过分配流槽流入结晶器中，铸造温度690℃，起车铸造速度为38mm/min，稳定生产铸造速度为48mm/min，单个结晶器冷却水流量47m³/h，冷却水温≤28℃，得到添加高比例废铝的铝合金铸锭。

实施例3

铝合金铸锭的成分见表1。

原料选择：包含一级废料75％、二级废料16％、铝屑7％、其余为消费后回收料的铝合金回收废料，其中Fe综合含量约1.4％，Mn综合含量约0.7％，Si综合含量约0.5％，铝合金回收废料占铝合金铸锭的重量百分含量为80％。

制备方法包括以下步骤：

步骤S1，采用中频感应炉对铝屑进行预熔炼，熔炼温度760℃，熔化后进行炉内除气、扒渣并静置20min后，熔体经过30目过滤板过滤，浇铸成铝屑锭备用；

步骤S2，将一级废料、二级废料、铝屑锭、消费后回收废料、纯铝锭与合金熔剂送入熔炼炉，在755℃进行熔化，得到铝熔体；

步骤S3，当铝熔体的温度为740℃时，将无Na颗粒状精炼剂加入精炼罐，并通过高纯Ar气吹入铝熔体中15min，然后静置30min，以进行第一炉内精炼，得到铝第一精炼熔体；

步骤S4，将铝第一精炼熔体通过流槽导入保温炉，并将无Na颗粒状精炼剂通过高纯Ar气吹入铝第一精炼熔体中15min，然后静置30min，以进行第二炉内精炼，得到铝第二精炼熔体；

步骤S5，当铝第二精炼熔体的温度为735℃时，将其依次经过在线除气机和在线过滤箱，除气选用高纯Ar气和双转子除气机，在线过滤箱使用双板式过滤，过滤板分别为40目和60目，得到铝净化熔体；

步骤S6，将铝净化熔体通过分配流槽流入结晶器中，铸造温度702℃，起车铸造速度为39mm/min，稳定生产铸造速度为56mm/min，单个结晶器冷却水流量60m³/h，冷却水温≤28℃，得到添加高比例废铝的铝合金铸锭。

实施例4

与实施例1的区别在于，原料选择中，使用包含一级废料75％、二级废料18％、铝屑5％、其余为消费后回收料的铝合金回收废料，其中Fe综合含量约0.1％，Mn综合含量约1.0％，Si综合含量约1％，铝合金回收废料占铝合金铸锭的重量百分含量为70％。

实施例5

与实施例1的区别在于，原料选择中，使用包含一级废料85％、二级废料5％、铝屑8％、其余为消费后回收料的铝合金回收废料，其中Fe综合含量约1.75％，Mn综合含量约0.03％，Si综合含量约0.04％，铝合金回收废料占铝合金铸锭的重量百分含量为90％。

实施例6

与实施例1的区别在于，控制原料使得最终制备得到的铝合金铸锭的成分不同，详见表1。

实施例7

与实施例1的区别在于，控制原料使得最终制备得到的铝合金铸锭的成分不同，详见表1。

实施例8

与实施例1的区别在于，步骤S1中，采用中频感应炉对铝屑进行预熔炼，熔炼温度750℃，熔化后进行炉内除气、扒渣并静置15min后，熔体经过30目过滤板过滤，浇铸成铝屑锭备用；步骤S2中，将一级废料、二级废料、铝屑锭、消费后回收废料、纯铝锭与合金熔剂送入熔炼炉，在740℃进行熔化，得到铝熔体。

实施例9

与实施例1的区别在于，步骤S1中，采用中频感应炉对铝屑进行预熔炼，熔炼温度780℃，熔化后进行炉内除气、扒渣并静置25min后，熔体经过30目过滤板过滤，浇铸成铝屑锭备用；步骤S2中，将一级废料、二级废料、铝屑锭、消费后回收废料、纯铝锭与合金熔剂送入熔炼炉，在770℃进行熔化，得到铝熔体。

实施例10

与实施例1的区别在于，步骤S3中，当铝熔体的温度为720℃时，将无Na颗粒状精炼剂加入精炼罐，并通过高纯Ar气吹入铝熔体中10min，然后静置15min，以进行第一炉内精炼，得到铝第一精炼熔体；步骤S4中，将铝第一精炼熔体通过流槽导入保温炉，并将无Na颗粒状精炼剂通过高纯Ar气吹入铝第一精炼熔体中10min，然后静置15min，以进行第二炉内精炼，得到铝第二精炼熔体。

实施例11

与实施例1的区别在于，步骤S3中，当铝熔体的温度为745℃时，将无Na颗粒状精炼剂加入精炼罐，并通过高纯Ar气吹入铝熔体中25min，然后静置30min，以进行第一炉内精炼，得到铝第一精炼熔体；步骤S4中，将铝第一精炼熔体通过流槽导入保温炉，并将无Na颗粒状精炼剂通过高纯Ar气吹入铝第一精炼熔体中25min，然后静置30min，以进行第二炉内精炼，得到铝第二精炼熔体。

实施例12

与实施例1的区别在于，步骤S6中，将铝净化熔体通过分配流槽流入结晶器中，铸造温度685℃，起车铸造速度为35mm/min，稳定生产铸造速度为43mm/min，单个结晶器冷却水流量45m³/h，冷却水温≤28℃，得到添加高比例废铝的铝合金铸锭。

实施例13

与实施例1的区别在于，步骤S6中，将铝净化熔体通过分配流槽流入结晶器中，铸造温度705℃，起车铸造速度为40mm/min，稳定生产铸造速度为58mm/min，单个结晶器冷却水流量60m³/h，冷却水温≤28℃，得到添加高比例废铝的铝合金铸锭。

对比例1

与实施例1的区别在于，铝合金回收废料包含一级废料58％，二级废料27％，铝屑10％，其余为消费后回收料；步骤S1中，未将铝屑进行预熔炼，直接将铝屑进行压块，得到铝屑块备用；步骤S6中，起车铸造速度为55mm/min，稳定生产铸造速度为42mm/min。

对比例2

与实施例1的区别在于，铝合金扁锭的成分不同，详见表1。

对比例3

与对比例2的区别在于，步骤S6中，铸造温度692℃，起车铸造速度为33mm/min，稳定生产铸造速度为40mm/min，单个结晶器冷却水流量39m³/h，冷却水温≤28℃。

将上述实施例和对比例制备得到的铝合金铸锭进行组织测试，结果见表2。实施例1中铝合金扁锭中第二相分布图见图1；实施例1中铝合金扁锭中晶粒分布图见图2；对比例1中铝合金扁锭中第二相分布图见图3；对比例1中铝合金扁锭中晶粒分布图见图4；对比例2中铝合金扁锭中第二相分布图见图5；对比例3中铝合金扁锭中晶粒分布图见图6。

将上述实施例和对比例制备得到的铝合金铸锭依次进行均匀化处理、加热、热轧、一次冷轧、中间退火、二次冷轧和成品退火，得到铝合金板材，性能测试结果见表3。

测试方法：

最大含Fe第二相尺寸、平均含Fe第二相尺寸、晶粒平均尺寸、单个取样样品夹渣尺寸最大：使用OLYMPUS GX51金相显微镜和JEOL JSM6480扫描电镜观察分析各样品的微观组织，采用Image-Pro Plus软件统计各尺寸第二相个数、平均晶粒尺寸。

铸锭含气量：根据GB/T 20975.30-2019铝及铝合金化学分析方法第30部分：氢含量的测定进行铝合金固态测氢，或采用ABB-ALSCAN在线测氢仪进行在线测氢。

抗拉强度、屈服强度、伸长率：根据GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第一部分：室温拉伸，拉伸试验在CSS-44100型电子万能试验机上进行。

反射率：根据GB/T 20503-2006铝及铝合金阳极氧化阳极氧化膜镜面反射率和镜面光泽度的测定，采用LAMBDA650/750分光光度计进行反射率测试。

光泽度：根据GB/T 13891-2008建筑饰面材料镜向光泽度测定方法，采用3nh-NHG268光泽度仪进行光泽度测试。

表1

重量百分比％	Fe	Cu	Mn	Mg	Si	Zn	Ti	Al及杂质
									实施例1	1.67	0.02	0.06	0.02	0.62	0.02	0.036	余量
实施例2	1.42	0.01	0.12	0.01	0.05	0.01	0.024	余量
									实施例3	1.29	0.01	0.62	0.01	0.78	0.01	0.028	余量
实施例6	1.1	0.08	0.05	0.03	0.05	0.02	0.04	余量
									实施例7	1.79	0.08	0.7	0.03	0.85	0.02	0.04	余量
对比例2	1.92	0.03	0.17	0.02	0.19	0.01	0.031	余量

表2

表3

由上可知，与对比例相比，本发明各实施例在熔炼炉和保温炉分别进行熔体精炼、除气、静置处理，并通过在线除气和在线过滤提高熔体纯净度，降低净化处理后的熔体中含渣量和含气量。同时通过调控铸造温度，抑制铸锭中粗大含Fe相的析出，保证晶粒均匀细小。本发明可以显著提高废铝的添加量，同时通过调控熔铸工艺，制备得到高Fe含量铝合金铸锭，铸锭中第二相和晶粒分布均匀、尺寸细小，使用该铸锭生产的铝合金板带材的力学性能和表面性能优异，可以进一步满足汽车和建筑装饰件等高端产品对铝材的技术要求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种添加高比例废铝的铝合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述铝合金铸锭中Fe的重量百分含量＜1.8％；所述废铝占所述铝合金铸锭的重量百分含量为70～90％；所述废铝包括一级废料、二级废料、铝屑和消费后回收废料，且所述铝屑占所述废铝的重量百分含量≤8％；所述制备方法包括以下步骤：

步骤S1，将所述铝屑进行预熔炼，得到铝屑锭；

步骤S2，将所述一级废料、所述二级废料、所述铝屑锭、所述消费后回收废料、纯铝锭与合金熔剂送入熔炼炉，进行熔化，得到铝熔体；

步骤S3，当所述铝熔体的温度为720～745℃时，利用第一惰性气体将第一精炼剂吹入所述铝熔体中，然后进行第一静置，以进行第一炉内精炼，得到铝第一精炼熔体；

步骤S4，将所述铝第一精炼熔体送入保温炉，利用第二惰性气体将第二精炼剂吹入所述铝第一精炼熔体中，然后进行第二静置，以进行第二炉内精炼，得到铝第二精炼熔体；

步骤S5，当所述铝第二精炼熔体的温度≥730℃时，将其依次进行在线除气和在线过滤，得到铝净化熔体；

步骤S6，将所述铝净化熔体送入结晶器，在685～705℃进行铸造，单个所述结晶器的冷却水流量为45～60m³/h，得到所述添加高比例废铝的铝合金铸锭。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按重量百分比计，所述废铝包括75～85％的所述一级废料、5～18％的所述二级废料、5～8％的所述铝屑和余量的所述消费后回收废料；和/或

按重量百分比计，所述废铝中0.1％≤Fe＜1.8％，0.03％≤Mn≤1.0％，0.04％≤Si≤1％。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，按重量百分比计，所述铝合金铸锭包括1.1％≤Fe＜1.8％，Cu＜0.1％，0.05％≤Mn≤0.7％，Mg≤0.03％，0.05％≤Si≤0.85％，Zn＜0.03％，Ti≤0.04％，余量为Al及不可避免的杂质，每种所述不可避免的杂质含量≤0.05％，总杂≤0.15％。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，

所述步骤S1中，所述预熔炼的温度为750～780℃；和/或所述步骤S1还包括将所述铝屑熔化后依次进行炉内除气、扒渣、静置15～25min和熔体过滤的步骤；和/或

所述步骤S2中，所述熔化的温度为740～770℃，所述合金熔剂包括Mn剂和/或Fe剂。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，

所述步骤S3和所述步骤S4中，所述第一精炼剂和所述第二精炼剂分别独立地包括无Na颗粒状精炼剂和/或无Na粉状精炼剂；和/或所述第一精炼剂和所述第二精炼剂的吹入时间分别独立地为10～25min；和/或所述第一静置和所述第二静置的时间分别独立地为15～30min；和/或

所述步骤S5中，使用第三惰性气体进行所述在线除气，使用双板式过滤进行所述在线过滤；其中，所述第一惰性气体、所述第二惰性气体和所述第三惰性气体分别独立地包括氩气和/或氮气。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S6中，所述铸造的起始速度为35～40mm/min，稳定生产速度为43～58mm/min；和/或单个所述结晶器的冷却水温≤28℃。

7.一种添加高比例废铝的铝合金铸锭，其特征在于，由权利要求1至6中任一项所述的制备方法得到。

8.根据权利要求7所述的铝合金铸锭，其特征在于，所述铝合金铸锭的平均晶粒尺寸＜150μm，最大含Fe第二相尺寸＜55μm，平均含Fe第二相尺寸＜12μm，夹渣尺寸＜0.4mm，含气量≤0.12ml/100gAl。

9.一种铝合金板带材，其特征在于，由权利要求7或8所述的添加高比例废铝的铝合金铸锭依次经过均匀化处理、加热、热轧、一次冷轧、中间退火、二次冷轧和成品退火制备得到。

10.根据权利要求9所述的铝合金板带材，其特征在于，所述铝合金板带材的反射率≥85％，光泽度≥795GU，抗拉强度≥125MPa，屈服强度≥85MPa，伸长率＞30％。