权利要求
1.一种提升铸造
铝合金中
锌元素均匀性的方法，其特征在于，首先，将
锌锭浸没入铝合金熔炼产线流槽的铝水中5mm-10mm;然后，根据设定的参数自动调节锌锭的高度使锌锭保持在最佳的升降位置，进而实现锌元素在铸造铝合金中的均匀分布;
针对倾翻式熔炼炉，锌锭与流槽铝水的接触体积逐步减小;锌锭升降位置=初始位置-α×时间+β×温度-θ×压力;
针对非倾翻式熔炼炉，锌锭与流槽铝水的接触体积逐步增大，锌锭升降位置=初始位置+α×时间-β×温度+θ×压力;
其中，时间为锌锭在流槽中的熔炼时间，温度为流槽的熔炼温度，压力为流槽的熔炼压力，α、β、θ为试验得到的常数。
2.根据权利要求1所述的一种提升铸造铝合金中锌元素均匀性的方法，其特征在于，α、β、θ的取值跟熔炼炉吨位、锌锭重量、铸造合金的具体成分要求、以及铸造工艺有关，根据不同的工艺、不同的熔炼炉及不同的合金实测的Zn含量变化进而调整得到相应的α、β、θ值。
3.根据权利要求1所述的一种提升铸造铝合金中锌元素均匀性的方法，其特征在于，锌锭的升降通过锌锭升降装置来自动调节。
4.根据权利要求1所述的一种提升铸造铝合金中锌元素均匀性的方法，其特征在于，锌锭浸没入铝水中的深度结合铝水液位测量装置测得的液位高度进行判断。
5.根据权利要求1所述的一种提升铸造铝合金中锌元素均匀性的方法，其特征在于，锌锭为长方体状锌锭，锌锭的长度方向与流槽的走向一致。
6.一种提升铸造铝合金中锌元素均匀性的装置，其特征在于，用来实现如权利要求1-4中任意一项所述的一种提升铸造铝合金中锌元素均匀性的方法，包括底座和安装在底座上的电子称重装置、伺服电机、上下升降装置、铝水液位测量装置、控制器和锌锭，上下升降装置可升降地安装在底座上并在伺服电机的驱动下进行升降，锌锭安装在上下升降装置上随之升降，电子称重装置用来检测锌锭的重量变化，铝水液位测量装置用来检测铝水液位高度，控制器用来根据子称重装置和铝水液位测量装置反馈的信号控制伺服电机的动作，进而实现锌锭在铝水中浸入深度的调节。
7.根据权利要求6所述的一种提升铸造铝合金中锌元素均匀性的装置，其特征在于，底座为钢板，电子称重装置包括称重
传感器和数据处理器，电子称重装置对安装在底座上的所有装置进行称重，然后去掉非锌锭装置的质量得到锌锭的质量。
8.根据权利要求6所述的一种提升铸造铝合金中锌元素均匀性的装置，其特征在于，伺服电机具有伺服驱动器，上下升降装置为螺杆升降机构，螺杆升降机构的升降螺杆通过传动机构与伺服电机的输出轴连接，进而在伺服电机的带动下进行旋转下降或旋转上升，锌锭与升降螺杆固定。
9.根据权利要求8所述的一种提升铸造铝合金中锌元素均匀性的装置，其特征在于，升降螺杆为不锈钢件，升降螺杆的下端使用螺纹与锌锭进行连接，升降螺杆的上端通过传动机构与伺服电机连接;升降螺杆的升降行程范围为0-500mm，升降精度为±0.5mm。
10.根据权利要求6所述的一种提升铸造铝合金中锌元素均匀性的装置，其特征在于，铝水液位测量装置为基于红外线的液位检测装置，包括用于发射红外光的发射装置，用于接收红外光的接收装置，以及与接收装置连接的检测输出电路;发射装置发出的红外光经液面反射后被接收装置所接收，接收装置将其接收到的红外光信号转换为电信号，检测输出电路用于对电信号进行处理并输出检测结果信号。
说明书
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技术领域
[0001]本发明涉及铝合金熔炼净化技术领域，具体涉及一种用于提升7系铝合金铸造成分锌的均匀性的方法及装置。
背景技术
[0002]铝合金是一种重要的工业金属材料，在航空航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中有着广泛应用。随着我国汽车和航空产业的快速发展，对于超高强度的铝合金需求越来越多。但是，在铝合金的生产过程中，特别是在熔炼和铸造阶段，仍存在一些亟待解决的问题。
[0003]现有技术中，铝合金熔炼过程中锌元素的加入方式主要为：通过升降组件使其进入熔炼液体内部，如公开号为CN103088224A、CN117109294A等中国发明专利申请所述。现有技术仍存在的问题是：1)锌元素加入时会因为比铝元素重造成铸造过程中出现锌元素沉底，进而导致铸造出来的
铝棒或者铸件出现成分不均匀。2)直接加入大量锌锭可能导致熔体中部分区域锌元素过于集中，搅拌难度加大，也容易出现锌元素偏析偏大的问题。
[0004]有鉴于此，开发设计一种能够减少铸造产品的锌元素前后差异现象、提高铝合金铸锭质量的技术方案具有重要的现实意义。
发明内容
[0005]本发明的目的在于提供一种自动补锌提升7系铝合金中锌元素分布均匀性的方法及装置，为解决现有技术中存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
[0006]为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。
[0007]一种提升铸造铝合金中锌元素均匀性的方法，其设计构思为，首先，将锌锭浸没入铝合金熔炼产线流槽的铝水中5mm-10mm;然后，根据设定的参数自动调节锌锭的高度使锌锭保持在最佳的升降位置，进而实现锌元素在铸造铝合金中的均匀分布。
[0008]针对倾翻式熔炼炉，锌锭与流槽铝水的接触体积逐步减小;锌锭升降位置=初始位置-α×时间+β×温度-θ×压力。
[0009]针对非倾翻式熔炼炉，锌锭与流槽铝水的接触体积逐步增大，锌锭升降位置=初始位置+α×时间-β×温度+θ×压力。
[0010]其中，时间为锌锭在流槽中的熔炼时间，温度为流槽的熔炼温度，压力为流槽的熔炼压力，α、β、θ为试验得到的常数。
[0011]通过上述补偿逻辑，有效解决了不同类型熔炼炉中铝水内部锌元素含量差异的问题，确保铝合金的均匀性和稳定性。
[0012]更为优选的是，α、β、θ的取值跟熔炼炉吨位、锌锭重量、铸造合金的具体成分要求、以及铸造工艺有关，根据不同的工艺、不同的熔炼炉及不同的合金实测的Zn含量变化进而调整得到相应的α、β、θ值。
[0013]更为优选的是，锌锭的升降通过锌锭升降装置来自动调节。
[0014]更为优选的是，锌锭浸没入铝水中的深度结合铝水液位测量装置测得的液位高度进行判断。
[0015]更为优选的是，锌锭为长方体状锌锭，锌锭的长度方向与流槽的走向一致。这样，锌锭与铝水有更大的接触面，利于锌元素在铝水中的分布均匀。
[0016]另一方面，本发明还提供一种提升铸造铝合金中锌元素均匀性的装置，其用来实现如上所述的一种提升铸造铝合金中锌元素均匀性的方法，包括底座和安装在底座上的电子称重装置、伺服电机、上下升降装置、铝水液位测量装置、控制器和锌锭，上下升降装置可升降地安装在底座上并在伺服电机的驱动下进行升降，锌锭安装在上下升降装置上随之升降，电子称重装置用来检测锌锭的重量变化，铝水液位测量装置用来检测铝水液位高度，控制器用来根据子称重装置和铝水液位测量装置反馈的信号控制伺服电机的动作，进而实现锌锭在铝水中浸入深度的调节。
[0017]更为优选的是，底座为钢板，电子称重装置包括称重传感器和数据处理器，电子称重装置对安装在底座上的所有装置进行称重，然后去掉非锌锭装置的质量得到锌锭的质量。
[0018]更为优选的是，伺服电机具有伺服驱动器，上下升降装置为螺杆升降机构，螺杆升降机构的升降螺杆通过传动机构与伺服电机的输出轴连接，进而在伺服电机的带动下进行旋转下降或旋转上升，锌锭与升降螺杆固定。
[0019]更为优选的是，升降螺杆为不锈钢件，升降螺杆的下端使用螺纹与锌锭进行连接，升降螺杆的上端通过传动机构与伺服电机连接;升降螺杆的升降行程范围为0-500mm，升降精度为±0.5mm。
[0020]更为优选的是，铝水液位测量装置为基于红外线的液位检测装置，包括用于发射红外光的发射装置，用于接收红外光的接收装置，以及与接收装置连接的检测输出电路;发射装置发出的红外光经液面反射后被接收装置所接收，接收装置将其接收到的红外光信号转换为电信号，检测输出电路用于对电信号进行处理并输出检测结果信号。
[0021]本发明提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点。
[0022]一、本发明提供的方法，通过实时调整锌锭的升降位置，实现了锌元素在熔体中的快速均匀分布，有效解决了传统方法中只依靠熔炼炉内大量添加锌锭可能出现的偏析问题。
[0023]二、本发明提供的方法，通过对倾翻式熔炼炉和普通熔炼炉分别设置不同的升降参数补偿逻辑，针对倾翻式熔炼炉，锌锭与流槽铝水的接触体积逐步减小;针对普通熔炼炉，锌锭与流槽铝水的接触体积逐步增大，有效解决了不同类型熔炼炉中铝水内部锌元素含量差异的问题。
[0024]三、本发明提供的装置，通过在铝合金熔炼产线的流槽上设置固定锌锭的上下升降装置，结合电子称重装置、铝水液位测量装置和控制器，可以实时监测和调整锌锭的升降位置，实现了锌元素的精确控制加入，锌元素加入过程自动化;并且，可以根据不同炉型进行不同的添加补充锌元素，有效防止了因为锌元素沉底造成的前后成分不均匀，提高了生产效率，降低了人为操作误差。
[0025]本发明通过上述技术方案的综合运用，有效改善了铝合金铸锭的质量，大幅提高了7系铝合金的的成分一致性，从而保证了产品的性能一致性。
[0026]本发明的一些其他有益效果或技术优势将在后面的描述或实践中变得更为明显。
附图说明
[0027]图1所示为本发明提供的提升铸造铝合金中锌元素均匀性的装置示意图。
[0028]附图标记说明。
[0029]1：底座，2：电子称重装置，3：伺服电机，4：上下升降装置，5：铝水液位测量装置，6：控制器，7：锌锭，8：流槽。
具体实施方式
[0030]下面结合说明书的附图，对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0031]本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
[0032]一种提升铸造铝合金中锌元素均匀性的方法，其基本构思为：在铝合金熔炼产线的流槽上设置锌锭升降装置，工作时，首先，利用锌锭升降装置将锌锭浸入铝水中5mm-10mm深度位置;然后，根据锌锭的实时重量变化自动调节锌锭的高度使锌锭保持在最佳的升降位置。通过不断的实时监测锌锭重量变化并调整锌锭高度，确保锌锭在铝水中的稳定性和均匀分布，从而实现锌元素在铸造铝合金中分布的均匀性。
[0033]本发明针对不同类型的熔炼炉设计了不同的升降补偿逻辑，针对倾翻式熔炼炉，炉内铝水由于是从上部倒出，锌锭与流槽铝水的接触体积逐步减小;针对普通熔炼炉，炉内铝水由于是从底部流出，锌锭与流槽铝水的接触体积逐步增大。
[0034]具体地，对于倾翻式熔炼炉，根据实时监测到的锌锭重量变化采用如下补偿逻辑调节锌锭升降位置。
[0035]升降位置=初始位置-α×时间+β×温度-θ×压力。
[0036]其中，时间为锌锭在流槽中的熔炼时间，温度为流槽的熔炼温度，压力为流槽的熔炼压力。
[0037]对于普通熔炼炉，根据实时监测到的锌锭重量变化采用如下补偿逻辑调节锌锭升降位置。
[0038]升降位置=初始位置+α×时间-β×温度+θ×压力。
[0039]其中，时间为锌锭在流槽中的熔炼时间，温度为流槽的熔炼温度，压力为流槽的熔炼压力。
[0040]α、β、θ为根据实际铸造前后差异试验进行调整得到，为试验得到的常数。α、β、θ跟熔炼炉吨位、锌锭重量相关，同时还和铸造合金的具体成分要求、铸造工艺等有关，根据不同的工艺、设备及合金实测的Zn含量变化来得到这个参数。具体的试验方法为现有已知的单因素试验和正交试验，这里不做详细介绍。
[0041]通过上述补偿逻辑，有效解决了不同类型熔炼炉中铝水内部锌元素含量差异的问题，确保铝合金的均匀性和稳定性。
[0042]实施例一。
[0043]一种提升7003铸造铝合金中锌元素均匀性的方法，其步骤如下：1)按如下重量百分比配置合金原料，Zn5.6%，Mg0.8%，Zr0.15%，余量为Al;2)将除Zn以外的其他合金原料预先加入到吨位为20吨的非倾翻式熔炼炉中熔融;3)利用锌锭升降装置将长200mm、宽120mm、厚度300mm的锌锭(重50kg)浸没入铝水中5mm;然后，根据公式升降位置=初始位置+α×时间-β×温度+θ×压力实时调节锌锭的高度使锌锭保持在最佳的升降位置;α=0.0165、β=0.0012、θ=0.0005;4)精炼、除气、过滤，铸造得到直径为229mm的铝棒。
[0044]实施例二。
[0045]一种提升7046铸造铝合金中锌元素均匀性的方法，其步骤如下：1)按如下重量百分比配置合金原料，Zn6.5%，Mg1.4%，Zr0.15%，余量为Al;2)将除Zn以外的其他合金原料预先加入到吨位为25吨的倾翻式熔炼炉中熔融;3)利用锌锭升降装置将长200mm，宽120mm，厚度300mm锌锭(重50kg)浸没入铝水中10mm;然后，根据公式升降位置=初始位置-α×时间+β×温度-θ×压力调节锌锭的高度使锌锭保持在最佳的升降位置;α=0.0108、β=0.0009、θ=0.0003;4)精炼、除气、过滤，铸造得到直径为229mm的铝棒。
[0046]对比例一。
[0047]本对比例与实施例一基本一致，区别仅在于，去掉了步骤3)，将所有合金原料预先加入到非倾翻式熔炼炉中熔融。
[0048]对比例二。
[0049]本对比例与实施例二基本一致，区别仅在于，去掉了步骤3)，将所有合金原料预先加入到倾翻式熔炼炉中熔融。
[0050]各实施例及对比例制得的铝棒中Zn元素分布检测情况如表1所示。
[0051]
[0052]从表1可以看出，采用本发明的锌锭高度实施调整技术可以有效提高Zn元素在铸造得到的铝棒中的分布均匀性。
[0053]实施例三。
[0054]参照图1所示，一种提升铸造铝合金中锌元素均匀性的装置，包括底座1、电子称重装置2、伺服电机3、上下升降装置4、铝水液位测量装置5、控制器6和锌锭7，上下升降装置4可升降地安装在底座1上并在伺服电机3的驱动下进行升降，锌锭7安装在上下升降装置4上，电子称重装置2用来检测锌锭7的重量变化，铝水液位测量装置5用来检测铝水液位高度，控制器6用来根据子称重装置2和铝水液位测量装置5反馈的信号控制伺服电机3的动作，进而实现锌锭7在铝水中浸入深度的调节。
[0055]其中，所述底座1采用耐高温钢板制成，长宽厚尺寸为400mm×120mm×50mm，用于安装其他组件。所述电子称重装置2包括称重传感器和数据处理器，其中称重传感器精度为±1g;称重传感器为拉力称重传感器或压电式称重传感器;电子称重装置2对安装在底座1上的所有装置进行称重，然后去掉非锌锭装置的质量即为锌锭的质量。所述伺服电机3具有伺服驱动器，伺服电机最大行程为500mm。所述上下升降装置4为螺杆升降机构，螺杆升降机构的升降螺杆通过传动机构与伺服电机3的输出轴连接，进而在伺服电机3的带动下进行旋转下降或旋转上升，锌锭7与升降螺杆固定。所述铝水液位测量装置4为基于红外线的液位检测装置，包括用于发射红外光的发射装置，用于接收红外光的接收装置，以及与接收装置连接的检测输出电路;其中，发射装置发出的红外光经液面反射后被接收装置所接收，接收装置将其接收到的红外光信号转换为电信号，检测输出电路对电信号进行处理并输出检测结果信号。基于红外线的液位检测装置不与铝水接触、结构简单、可靠。所述控制器5采用现有已知的工业控制计算机。
[0056]需要说明的是，电子称重装置2、伺服电机3、铝水液位测量装置5、以及控制器6等电子元器件均为市售产品，这些电子元器件之间的连接电路设计由所采用的产品型号而决定，属于本领域技术人员所掌握的普通技术知识，这里不做详细介绍。
[0057]本实施例中，所述升降螺杆采用316不锈钢材料制成，长度为300mm，直径为20mm，下端使用螺纹与锌锭进行连接。所述升降螺杆的上端通过传动机构(如传动齿轮、链条等)与伺服电机3连接，以实现升降，升降行程范围为0-500mm，升降精度为±0.5mm。
[0058]所述控制器5中集成有具体的控制算法，至于控制算法的具体集成方式是本领域技术人员所掌握的普通技术知识，这里不再赘述。控制器5还具备通信功能，可与流槽铝水液位电子系统联通，实现数据的互传和协同控制。
[0059]在使用时，首先将锌锭固定在升降螺杆杆上，再将锌锭浸没入流槽8的铝水中，铝水温度为720℃-750℃;然后，控制器根据实时称重数据和预设参数，自动调节伺服电机的工作状态，使锌锭保持在最佳的升降位置。通过不断的实时监测和调整，确保锌锭在铝水中的稳定性和均匀分布，从而实现对锌元素含量的精确控制。
[0060]另外需要说明的是，在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;也可以是机械连接;可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。
[0061]在发明中，除非另有规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅是表示第一特征水平高度高于第二特征的高度。第一特征在第二特征 “之上”、“之下”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
[0062]通过上述的结构和原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围，本发明的保护范围应由各权利要求项及其等同物限定之。具体实施方式中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。
说明书附图(1)
声明：
“提升铸造铝合金中锌元素均匀性的方法及装置” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：广东齐力澳美高新材料股份有限公司
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2026年08月06日 ~ 08日 
