高速连铸连轧AA5052合金板熔体夹杂的研究

摘要

高速连铸连轧铝板带工艺是新型高效短流程的生产工艺，该工艺由高速连续铸造机和热三连扎机直接将电解铝液直配的铝熔体转化为1～2mm的板坯，生产效率可达50t/h。但电解铝液中夹杂物的含量高，而且合金熔体的铸造速度很快，夹杂物含量的高低将直接影响板材性能，因此对高速连铸连轧工艺合金熔体中夹杂物分布的研究非常重要;细化剂的过度添加会对铝熔体引入较多的夹杂物，少了会影响细化效果，细化剂对铝熔体质量的影响成为该工艺的关键技术;由于高速连铸连轧工艺铝熔体中夹杂物的含量较高和铸嘴材质的因素，铸嘴挂渣问题较为突出，研究铸嘴挂渣机理和优化方法成为一项重要技术。
　　本文针对高速连铸连轧工艺合金熔体中夹杂物的检测手段展开研究，结合Image-ProPlus计算机分析软件研究了新型高效的IPP金相分析技术来检测合金熔体中的夹杂物;分别利用新型金相分析法和国外的PoDFA、Prefil-Footprinter检测分析方法对AA5052铝熔体中夹杂的分布规律做了系统研究，并与国外的PoDFA检测分析方法做了结果对比;通过实验模拟和工业在线条件分别研究了细化剂Al5TiB对高速连铸连轧AA5052合金细化效果并做对比分析，研究了不同含量的细化剂Al5TiB对铝熔体质量的影响，尤其是对夹杂物含量的影响;通过对铸嘴挂渣结合物和进口宽幅铸嘴材质的研究，确定了铸嘴挂渣的基本机理，并对比研究了石墨乳、氮化硼、高岭土和脱模剂涂层对铸嘴挂渣的优化。主要结果如下:
　　(1)高速连铸连轧AA5052铝熔体中夹杂物主要是尖晶石、细化剂颗粒、盐颗粒和氧化膜，炉口处尖晶石含量达97％，前箱处的夹杂物主要是钛硼聚集颗粒和尖晶石颗粒，二者占到总夹杂含量的80％以上。
　　(2)高速连铸连轧AA5052铝熔体中夹杂物含量在炉口处较高，经过SNIF除气处理，显著降低，经过滤处理后夹杂物含量达到最低，但在前箱处夹杂物的数量又急剧增加。
　　(3)细化剂Al5TiB加入AA5052熔体后，铝熔体中夹杂物的数量也逐渐增加，但在夹杂物平均尺寸却明显的比不含细化剂铝钛硼的夹杂物要小;AA5052合金熔体流动性随细化剂Al5TiB加入量的增加而增加，最后趋于平稳;细化剂加入后，晶粒得到了明显的细化，高速连铸连轧生产AA5052细化剂Al5TiB最佳的加入量为约0.25％。
　　(4)高速连铸连轧工艺生产AA5052铝合金铸嘴挂渣的主要成分为尖晶石、镁橄榄石、硅酸镁等，尖晶石的含量最多，镁橄榄石次之。
　　(5)铸嘴中的SiO2或Al2O3、AA5052与熔体中的Al、Mg、MgO之间在连铸连轧过程中发生反应，生成尖晶石、硅酸镁、镁橄榄石等导致铸嘴挂渣。铸嘴表面粗糙度对铸嘴挂渣反应具有直接影响。
　　(6)铸嘴涂层可有效隔离铝熔体和铸嘴材料，减少或避免二者发生反应，减少铸嘴挂渣。氮化硼涂层与其他涂层相比:具有较高的结合力、小的粗糙度、不沾铝（大的润湿角）等优点，可以替代进口的铸嘴石墨乳涂层。

目录

声明

摘要

图和附表清单

1 绪论

1．1 高速连铸连轧铝板带生产工艺

1．2 铝合金熔体夹杂的检测方法

1．2．1 溴-甲醇法

1．2．2 金相法

1．2．3 过滤法

1．2．4 无损检测法

1．3 高速连铸连轧AA5052熔体夹杂的研究现状

1．3．1 高速连铸连轧铝熔体中夹杂物的类型及分布规律

1．3．2 高速连铸连轧铝熔体净化工艺研究

1．3．3 细化剂Al5TiB对铝熔体的影响

1．3．4 高速连铸连轧工艺生产中的挂渣现象

1．4 选题背景与本文研究的目的、内容和意义

1．4．1 选题背景及意义

1．4．2 研究内容

2 验方法及材料

2．1 实验方法

2．1．1 测渣方法

2．1．2 熔体流动性分析

2．1．3 显微组织对比分析

2．1．4 铸嘴涂层

2．1．5 SEM分析、EDS分析和XRD分析

2．1．6 性能分析

2．2 实验材料

3 高速连铸连轧AA5052合金板熔体测渣分析

3．1 引言

3．2 IPP金相分析测渣法

3．2．1 测渣工艺

3．2．2 IPP金相分析测渣法对高速连铸连轧铝熔体中夹杂的分布统计

3．3 PoDFA法测渣

3．3．1 测渣工艺

3．3．2 PoDFA法对高速连铸连轧AA5052熔体中夹杂物的分布统计

3．3．3 渣面积与过滤重量的拟合曲线分析

3．4 Prefil法测渣

3．4．1 测渣工艺

3．4．2 Prefil法对高速连铸连轧AA5052熔体中夹杂物的分布统计

3．5 金相分析法与国外方法测渣方法的对比

3．6 本章小结

4 细化剂Al5TiB对高速连铸连轧AA5052熔体质量影响

4．1 前言

4．2 细化剂铝钛硼含量对AA5052铝熔体渣形貌的研究

4．3 细化剂铝钛硼对AA5052铝熔体流动性的影响

4．4 细化剂铝钛硼含量对AA5052组织的影响

4．5 细化剂铝钛硼含量对AA5052熔体形核的研究

4．5．1 实验室条件细化效果分析

4．5．2 高速连铸连轧生产条件的细化效果分析

4．6 结论

5 高速连铸连轧AA5052铸嘴挂渣机理分析及涂层研究

5．1 前言

5．2 铸嘴挂渣的热力学分析

5．3 铸嘴挂渣的现场分析

5．4 铸嘴挂渣成分分析

5．4．1 XRD分析

5．4．2 SEM分析

5．5 铸嘴挂渣的机理分析

5．6 铸嘴涂层研究

5．6．1 流动性分析

5．6．2 结合力分析

5．6．3 粗糙度分析

5．6．4 润湿角分析

5．6 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