一种民机用大规格2系铝合金铸锭及其制备方法
技术领域
本发明属于民机用2系铝合金制备领域，具体涉及一种民机用大规格2系铝合金铸锭及其制备方法。
背景技术
民用航空制造业发展水平是衡量一个国家实力的象征，也是推动科技进步和经济社会发展的重要行业。回顾历史，我国大飞机研制之路走过了一段艰难坎坷的历程。1970年8月，我国正式启动了首架大型民用飞机研制项目，经过十年的艰苦奋斗，我国自主研制的首架大型喷气式客机（运十）首飞成功。但之后由于种种原因，1985年运十项目被搁置。尽管在上世纪80年代末和90年代，我国又通过国际合作发展民用飞机，但最终这些尝试都未能持续推进。
随着中国经济的快速增长和民航业的不断发展，航空运输产业展现出巨大的市场需求。研制具有自主知识产权的商用飞机被再次提上日程。2002和2007年，我国ARJ21新支线飞机和大型客机C919研制项目先后启动，经过十余年努力，ARJ21飞机终于走完了一款商用飞机研制、试验、运营的全过程，并于2016年正式投入航线运营。随后，我国自主研制的大型喷气式客机C919于2017年5月5日在上海浦东国际机场实现完美首飞，这标志着我国真正具备了研制现代干线飞机的核心能力，2019年8月1日，国产C919大型客机第四架试飞飞机在上海浦东国际机场完成首次飞行，表明C919向着投入航线运营的目标又迈进了一大步。据预测，在未来20年，全球商用飞机交付量将达4万多架，总价值将达6万亿美元，其中我国新机交付量将达9000多架，占全球的22%。中国的民机之路正在加速迎接未来发展和市场良机。
我国民机研发时间较短，通过加大力度进行科研攻关，取得了显著进步，但在相关构件材料研发上仍相对落后，民机用航空铝合金材料绝大多数需要进口，而技术含量更高的航空铝合金型材则完全依赖进口。民机机翼下长桁通常选用高强高韧、高损伤容限的2系铝合金型材制造，其常用牌号及状态有2026-T3511和2224-T3511等。其中2026合金是美国铝业公司在2024合金基础上，通过降低Fe、Si含量，同时添加少量Zr，研发出的一种新型2系铝合金。通过合理的热加工与热处理，成形制造的2026-T3511型材具有强度高、损伤容限高、耐蚀性良好的特点，在A320系列客机上获得了大规模应用，并被C919选做机翼下长桁的制造材料，但目前仍然依赖进口。
2系铝合金属于Al-Cu系可热处理强化铝合金，通常包括Al-Cu-Mg、Al-Cu-Mg-Si及Al-Cu-Mg-Fe-Ni等系列。典型的2系铝合金牌号包括2024、2324、2026、2A50、2A14等，具有密度小、强度高、高温性能好等优点，广泛应用于航空航天、国防工业及汽车工业等领域，既可用于生产飞机机翼下长桁、机身纵梁等航空型材，也可用于制造飞机机轮轮毂、发动机气缸塞、压缩机叶轮等锻件。不同的用途对2系铸锭的规格尺寸、合金成分、偏析程度、氢含量与渣含量都有不同的要求。为满足民机用机翼下长桁高强高韧、高损伤容限、高疲劳寿命的使用需求，需要生产出直径600mm-700mm，高合金含量，低Fe、Si含量，低成分偏析，小晶粒尺寸，低氢含量、渣含量的大规格高品质2系圆铸锭。
2系铝合金铸锭的生产包括备料、熔炼、精炼、除气、过滤、铸造、均匀化等过程，生产出满足民机机翼下长桁使用要求的大规格2系圆铸锭仍面临很大的技术挑战，尤其是具有高合金含量、低Fe和Si含量的大直径锭坯的制备面临铸锭开裂额极大风险，且铸造成型率很低，难以实现工业化批量生产。大直径铸锭影响铸锭芯部的冷却条件，增大液穴深度，显著增加成分的宏观偏析，造成铸锭芯部晶粒粗化。同时，铸锭氢含量和渣含量的有效控制也一直是铝合金熔铸的另一难题。现有技术只能针对铸锭的一项或几项指标进行性能改进，尚未针对民机用大规格高品质圆铸锭进行设备配置的系统设计和工艺过程的系统优化，也未能实现铸锭性能的全面提升。
目前，针对2系铝合金铸锭的制备，部分企业或研究院也作出了相应的技术改进。西南铝业有限责任公司2014年在CN 104451211A专利中公开了一种2系铝合金铸锭的制备方法。通过将铸造温度、铸造冷却水流与铸造速度进行优化匹配，采用纯铝浇铸进行引头，将成型率提高到90%以上，氢含量控制在0.15ml/100gAl以下，但未给出渣含量、晶粒尺寸、偏析程度等更详细的质量指标。
广西南南铝加工有限公司2015年在CN 104805319 A专利中公开了一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法。铸锭晶粒度一级，氢含量≤0.10ml/100gAl，成品率超过90%，也未给出渣含量、偏析程度等更详细的质量指标。其采用的2219合金本身对Fe、Si含量的控制要求相对较低，尽管铸造难度相对较低，但仍难以满足民机机翼下长桁的使用要求。
中南大学2015年在CN 105057622 A专利中公布了一种抑制DC（半连续）铸造铝合金铸锭宏观偏析的方法及装置。通过将电磁搅拌器置于结晶器上方，降低结晶器内铝合金热对流引起的熔体流场，降低液穴深度，将铝合金铸锭宏观偏析由10%-17%的水平降至5%以下。但所采用的电磁铸造设备及工艺十分复杂，不利于工业化批量生产，目前仅在高校及研究院所中小规模使用。
综上所述，由于民机机翼下长桁对大规格圆铸锭有非常苛刻的要求，导致现有技术无法进行工业化稳定生产。尽管现有技术通过某项装备与工艺改进，改进了铸锭的某项或某几项指标，但均未实现2系铝合金铸锭大规格与各质量指标的全面提升，也无法满足民机用大规格2系铝合金工业化生产的需求。
究其原因，首先是因为我国民航工业起步较晚，没有催生出重型航空用型材和大规格铸锭的市场需求，现有技术生产线都不是以满足民用民机航空型材生产作为主要目的而建立的，设备配置不够齐全，工艺过程控制要求偏低。其次，民机用大规格2系圆铸锭主要应用于生产机翼长桁、机身纵梁等重型航空型材，其技术指标要求高，生产难度大，大规格2系圆铸锭制备本身就是一个国际难题，其技术主要掌握在美铝、肯联等国外极少数铝合金巨头手中。民机用大规格2系圆铸锭的生产难度体现在以下两个方面：
首先，为满足民机用大断面型材的生产需求，圆铸锭尺寸很大，其直径可达600mm-700mm。2系航空铝合金材料的合金含量高，在铸造过程中热应力作用下易发生开裂。同时，要求对Fe、Si等杂质元素的含量进行严格控制，这又进一步增加了铸锭成型时的开裂风险。此外，大规格铸锭铸造过程中液穴更深，凝固过程中产生的内应力更大，也非常容易发生铸造开裂。
其次，民机用铝合金铸锭需要同时满足低成分偏析、细晶粒、高纯净化的要求。在Al-Cu相图中，Cu元素在共晶点548℃的分配系数k为0.17，具有显著的偏析倾向，2系铝合金在铸造过程中必然产生成分偏析，而低偏析铸造的难度非常大，此外，随铸锭尺寸规格增大，其成分偏析增大，因此，大规格锭坯的成分偏析控制难度更大。受半连续铸造冷却条件的控制，铸锭晶粒尺寸从边部到芯部越来越大，大规格铸锭因铸锭芯部的冷却速度非常慢，容易导致芯部晶粒粗化，难以满足航空用铝合金一级粒度的使用要求。现有技术生产的航空2系铝合金圆锭尺寸都相对较小，通过优化铸造参数和细化剂添加工艺，可在一定程度上解决成分偏析和晶粒细化的问题。但对于大规格铸锭成分偏析和晶粒细化的综合控制技术方法，未见相关公开报道。
第三，航空用铝合金铸锭的高纯净化程度高，要求通过对铝合金熔体进行多级严格净化，严控熔体中的氢含量和渣含量。在现有的技术报道中，2系航空铝合金氢含量的控制一般处于≤0.15ml/100gAl的水平，仍无法满足民机用铝合金铸锭对氢含量的控制要求。此外，在目前2系铝合金铸锭的铸造过程中没有对渣含量进行在线测试，
正是由于上述原因，导致我国目前无法生产出符合标准的2系铝合金铸锭。
发明内容
本发明提供一种民机用大规格2系铝合金铸锭及其制备方法，用以解决现有技术中的缺陷。本发明通过以下技术方案予以实现：
一种民机用大规格2系铝合金铸锭，铝合金铸锭中各物质的质量百分比为：Si含量低于0.05%，Fe含量低于0.06%，Cu含量3.7%-4.1%，Mg含量1.2%-1.4%，Mn含量低于0.4%-0.8%，Cr含量低于0.02%，Ti含量0.02%-0.06%，Zr含量0.08%-0.12%，其它杂质元素含量低于0.15%，余量为Al。
一种民机用大规格2系铝合金铸锭的铸造方法，包括如下步骤：
步骤一：根据铝合金铸锭中各物质的质量百分比，考虑合金熔炼过程中的烧损及废料中合金成分及含量，按照投料量，计算出铝锭、铜板、镁锭、铝锰中间合金、铝铬中间合金、铝钛中间合金、铝锆中间合金的重量，最后根据计算结果，称量各种原料。
步骤二：将充分干燥的铝锭投入熔炼炉，熔化过程中控制炉膛温度为950-1050℃；待铝锭全部熔化后，使用电磁搅拌设备搅拌15-30min。熔体温度达到700℃后，开始进行合金化，熔体温度起伏范围控制在700-750℃，分批加入铜板及各种中间合金，每批合金添加时间间隔为20min，并采用电磁搅拌器进行持续搅拌，合金化过程中，在每次投料前，均采用扒渣车扒净熔体表面的浮渣。
步骤三：待全部原料投入熔炼炉且完全熔化后，将熔体由熔炼炉转入静置炉，进行第一次精炼，静置炉的炉膛温度为850℃，熔体从熔炼炉向静置炉转移时的熔体温度控制在725-745℃，采用旋转通气装置进行精炼，其转子转速为250-350RPM，并通入氩气与氯气混合气体，氩气流量为180-220slpm，氯气流量为5-15slpm，在精炼过程及时清理浮出熔体的浮渣，每次精炼时间控制在30min，通过在固定位置取样进行化学成分分析，对熔体合金成分进行精准调控。
步骤四：将在静置炉完成第一次精炼的熔体先后送入两级双转子除气箱进行第二次精炼，除气箱温度控制在735-745℃，熔体从静置炉向两级双转子除气箱转移时的熔体温度控制在715-735℃，并在除气箱内加入细化剂。
步骤五：将经过两级双转子除气箱二次精炼后的熔体送入双层过滤箱中进行过滤，第一级过滤板孔隙率选择30ppi进行第四次除渣，第二级过滤板孔隙率选择50ppi进行第五次除渣，每次起铸时，提前40min利用天然气燃烧喷枪的火焰对过滤板及整套流槽进行均匀预热，但加热时间不超过2h。
步骤六：将经过双层过滤箱过滤的熔体送入铸造机进行铸造，起始铸造速度为20-25mm/min，水流量25-30m3/h·根，同时启用结晶器自动润滑系统；当铸造长度超过100mm时，将铸造速度调整为35-40 mm/min，水流量调整为 40-45m3/h·根，并保持匀速铸造；当铸锭长度超过550mm后，将铸造速度调整为20-25 mm/min，水流量调整为25-30m3/h·根。
步骤七：将铸造机铸造完成的铸锭立即送入均匀化炉中进行均匀化处理，按照不同合金配比所预设定的均匀化工艺进行均匀化退火处理，防止铸锭在残余应力释放过程中产生裂纹。
如上所述的一种民机用大规格2系铝合金铸锭的制备方法，所述步骤一中铜板、镁锭、铝锰中间合金、铝铬中间合金、铝钛中间合金、铝锆中间合金需提前分割成小块，这样既便于称重，又便于在合金化过程中添加，能够快速完成合金化过程。
如上所述的一种民机用大规格2系铝合金铸锭的制备方法，所述熔体在由熔炼炉转静置炉的流槽内进行氢含量测试。
如上所述的一种民机用大规格2系铝合金铸锭的制备方法，所述步骤三中熔体精炼120min后，因故不能及时铸造的，需要重新精炼5min，并视实际情况进行扒渣，当静置炉熔体停留时间超过6h时，熔体即报废。
如上所述的一种民机用大规格2系铝合金铸锭的制备方法，所述步骤四中两级双转子除气箱用转子旋转除气装置，第一级转子除气装置通入氩气与氯气混合气体进行第二次除气和除渣时，其单转子氩气流量为4-6m3/h，单转子氯气流量为0.04-0.064m3/h；第二级转子除气装置通入氩气进行第三次除气和除渣时，其单转子氩气流量为4-6m3/h。
如上所述的一种民机用大规格2系铝合金铸锭的制备方法，所述步骤四的细化剂采用Al-5Ti-1B细化丝，所述Al-5Ti-1B细化丝添加量为1.5-2.5kg/t，所述Al-5Ti-1B细化丝添加位置为第一级转子除气装置与第二级转子除气装置中间的流槽中心位置，且分别在第一级转子除气装置与第二级转子除气装置的前端和后端进行氢含量测试。
如上所述的一种民机用大规格2系铝合金铸锭的制备方法，所述步骤五中双层过滤箱在每炉铸造完成后，对过滤板进行更换，并对过滤装置进行仔细清理，熔体渣含量的测试位置为第二级过滤后流槽内，检测目标为尺寸大于20μm的渣的数量，单位为k/kg，即每公斤千个。
如上所述的一种民机用大规格2系铝合金铸锭的制备方法，所述步骤六中铸造机在铸造过程中采用刮水板控制整个铸锭的冷却速度，通过铸锭的自退火，消除部分热应力，避免产生铸造裂纹，且刮水板位置越靠近结晶器，铸锭的退火效应越强，越不容易产生铸造裂纹，但会给铸锭的显微组织带来一些不利影响，根据反复试验得出当刮水板放置位置与结晶器之间的距离为180-280mm时，能够在避免铸造裂纹的产生同时，确保不会对铸锭的显微组织带来不利影响。
如上所述的一种民机用大规格2系铝合金铸锭的制备方法，所述步骤六的铸造机的铸造流盘的温度为665-695℃。
本发明的优点是：
1、本发明所制备的2系铝合金铸锭在铸造时不易开裂，提高了2系铝合金铸锭的成品率，且制备过程对氢含量和渣含量进行监控，从而确保生产出的2系铝合金铸锭符合民机机翼下长桁所需2系铝合金型材的制备需求。本发明在铸造过程中采用三级除气五级除渣熔体纯净化技术、细化剂精准添加高效利用技术、铸造温度精准控制技术，解决了熔体纯净化、晶粒粗化、成分偏析及铸造开裂等一系列技术问题。本发明采用细化剂精准添加高效利用技术，显著提高细化剂的使用效率，既细化了铸锭晶粒尺寸，又避免了过多未利用的细化剂颗粒团聚形成夹渣；通过采用铸造温度精准控制技术，合理控制液穴深度，解决了成分偏析控制和铸锭心部晶粒细化难题；通过采用三级除气五级除渣熔体纯净化技术，显著降低了熔体中的氢含量与渣含量；在采用热顶铸造和刮水自退火装置的基础上，通过上述三个技术的联合使用，显著提高了铸锭的成型率，全面提升了大规格2系铸锭的各项质量指标，生产出的大规格高品质2系铸锭满足民机用机翼下长桁生产和装机需求，填补了国内空白。
2、本发明先后在静置炉、两级双转子除气箱中，进行了三次除气，显著降低了熔体中氢含量；先后在静置炉、两级双转子除气箱、双级过滤箱中，进行了五次除渣，显著降低了熔体中的渣含量。这种三级除气五级除渣熔体纯净化技术显著降低了熔体的氢含量和渣含量，即保障了铸锭品质，又降低了铸锭开裂风险。而现有技术都是针对精炼、除气、过滤中一个或两个过程进行改进，只着眼于降低熔体的氢含量，没有关注熔体中的渣含量，也没有将静置炉精炼、两级双转子除气箱、双级过滤箱进行联用和工艺优化，因而未能系统降低熔体的氢含量和渣含量。
3、由于细化剂添加后需要均匀分散到熔体中，且仅在一定时间范围内，才具有良好的晶粒细化效果，为此，本发明结合铸锭尺寸和常用铸造速度，缩短了除气箱后的流槽长度，也就缩短了细化剂添加熔体进入液穴的时间，另外将细化剂添加位置调整至两级双转子除气箱之间，通过2#除气箱内的搅拌作用，使细化剂的形核质点均匀分散于熔体中，增强了细化剂的使用效果。而现有技术中，有的在静置炉后添加细化剂，然后经过除气箱、过滤箱及较长的流槽，容易错过细化剂的最佳作用时间；有的在除气箱和过滤箱之间添加，使得未完全分散的细化剂形核质点易发生团聚，堵塞过滤板，进而弱化细化效果；有的则在过滤箱后添加细化剂，因此时熔体温度较低，细化剂形核质点易团聚，既弱化了细化效果，又会提高熔体渣含量，进而降低铸锭品质。
4、本发明考虑到了铸造时熔体温度的控制问题，在两级双转子除气箱、双级过滤箱及各级流槽中均预设有加热保温和温度测量装置，实现了铸造过程中熔体温度的精准控制，能在除气箱和过滤箱中使溶体保持较高的温度，既提高了熔体的流动性，又利于细化剂的快速分散。此外，本发明还能降低流盘熔体温度，降低铸造液穴深度，控制铸锭偏析程度，并细化晶粒尺寸。而现有技术尽管均能满足有色标准中关于圆铸锭质量要求，但未关注铸造过程中整个温度的控制，尚无法实现熔体在两级双转子除气箱、双级过滤箱及流槽中的温度管理与控制。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明的工艺流程图；
图2是本发明实施例1生产的铸锭照片；
图3是本发明实施例1生产的铸锭进行低倍检查晶粒度评级的照片，其中(a)是GB/T3246.2标准中一级晶粒度的照片，(b)是本发明实施例1生产的铸锭的实际试样组织照片。
图4是采用本发明技术生产的铸锭挤压成形的民机机翼下长桁型材。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
步骤一：根据铝合金铸锭中各物质的质量百分比，并考虑到合金熔炼过程中的烧损及废料中合金成分及含量，按照投料量，计算出铝锭、铜板、镁锭、铝锰中间合金、铝铬中间合金、铝钛中间合金、铝锆中间合金的重量，并根据计算结果，称量各种原料，其中铜板、镁锭、铝锰中间合金、铝铬中间合金、铝钛中间合金、铝锆中间合金需提前分割成小块再进行称量。
步骤二：将充分干燥的铝锭投入熔炼炉，在熔化过程中控制炉膛温度为950℃；待铝锭全部熔化后，使用电磁搅拌设备搅拌30min。熔体温度到达700℃后，开始进行合金化，熔体温度起伏范围控制在700-750℃，分批加入铜板及各种中间合金，每批合金添加时间间隔为20min，并采用电磁搅拌器进行持续搅拌，在合金化过程中，每次投料前，均采用扒渣车扒净熔体表面浮渣。
步骤三：待全部原料投入熔炼炉且完全熔化后，将熔体由熔炼炉转入静置炉进行第一次精炼，静置炉的炉膛温度为850℃，熔体由熔炼炉转到静置炉的流槽中氢含量平均测试结果为0.5123ml/100gAl，熔体经过流槽的温度控制在725-745℃，熔体转入静置炉后，马上进行熔体表面扒渣，静置炉采用旋转通气装置进行精炼，旋转通气装置的转子转速为350RPM，并通入氩气与氯气混合气体，氩气流量为220slpm，氯气流量为15slpm，在精炼过程及时清理浮出熔体的浮渣，精炼30min，并视实际情况进行扒渣。
步骤四：将在静置炉内完成第一次精炼的熔体送入两级双转子除气箱进行第二次精炼，熔体转移前的静置炉温度调整至720℃，两级双转子除气箱温度调整为745℃，熔体从静置炉向两级双转子除气箱转移时的熔体温度控制在715-735℃，两级双转子除气箱前流槽氢含量平均测试结果为0.2351ml/100gAl，两级双转子除气箱采用转子旋转除气装置，其中第一级转子除气装置通入氩气与氯气混合气体进行第二次除气和除渣，单转子氩气流量为6m3/h，单转子氯气流量为0.064m3/h；第二级转子除气装置通入氩气进行第三次除气和除渣，单转子流量为6m3/h，在第一级转子除气装置与第二级转子除气装置中间的流槽中心位置加入Al-5Ti-1B细化丝，所述Al-5Ti-1B细化丝添加量为2.5kg/t。
步骤五：将经过两级双转子除气箱进行第二次精炼的除气除渣后的熔体送入双层过滤箱中进行过滤，第一级过滤板孔隙率选择30ppi进行第四次除渣，第二级过滤板孔隙率选择50ppi进行第五次除渣，在每次起铸时，提前40min利用天然气燃烧喷枪的火焰对过滤板及整套流槽进行均匀预热，但加热时间不允许超过2h，
步骤六：将经过双层过滤箱过滤的熔体送入600mm直径结晶器的铸造机进行铸造，起始铸造速度为25mm/min，水流量30m3/h·根，同时启用结晶器自动润滑系统；当铸造长度超过100mm时，铸造速度调整为40 mm/min，水流量调整为 45m3/h·根，并保持匀速铸造；当铸锭长度超过550mm时，铸造速度调整为25mm/min，水流量调整为30m3/h·根，铸造过程中刮水板位置与结晶器的距离为280mm，并通过流槽的温度管理，将铸造流盘温度控制在670℃。
步骤七：将铸造机铸造完成的铸锭立即送入均匀化炉中进行均匀化处理，以防止铸锭在残余应力释放过程中产生裂纹。
本实施例的所涉及的方法经过多个批次验证，其铸锭成型率达100%，在线测氢结果的平均值为0.0836ml/100gAl，直径大于20μm冶金渣平均含量为8472 PCS/kg，铸锭径向Cu元素偏析极值差为0.25%，铸锭晶粒度一级。
实施例2
步骤一：根据铝合金铸锭中各物质的质量百分比，并考虑到合金熔炼过程中的烧损及废料中合金成分及含量，根据投料量，计算出铝锭、铜板、镁锭、铝锰中间合金、铝铬中间合金、铝钛中间合金、铝锆中间合金的重量，并根据计算结果，称量各种原料，其中铜板、镁锭、铝锰中间合金、铝铬中间合金、铝钛中间合金、铝锆中间合金需提前分割成小块再进行称量。
步骤二：将充分干燥的铝锭投入熔炼炉，熔化过程中控制炉膛温度为950℃； 待铝锭全部熔化后，使用电磁搅拌设备搅拌30min。熔体温度达到700℃后，开始进行合金化，熔体温度起伏范围控制在700-750℃，分批加入铜板及各种中间合金，每批合金添加时间间隔为20min，并采用电磁搅拌器进行持续搅拌，在合金化过程中，每次投料前，均采用扒渣车扒净熔体表面浮渣。
步骤三：待全部原料投入熔炼炉且完全熔化后，将熔体由熔炼炉转入静置炉进行第一次精炼，静置炉的炉膛温度为850℃，熔体由熔炼炉转到静置炉的流槽中氢含量平均测试结果为0.4932ml/100gAl，熔体经过流槽的温度控制在725-745℃，熔体转入静置炉后，马上进行熔体表面扒渣，静置炉采用旋转通气装置进行精炼，其中旋转通气装置的转子转速为250RPM，并通入氩气与氯气混合气体，氩气流量为180slpm，氯气流量为5slpm，在精炼过程中及时清理浮出熔体的浮渣，精炼时间为30min，并视实际情况进行扒渣。
步骤四：将在静置炉完成第一次精炼的熔体送入两级双转子除气箱进行第二次精炼，将熔体转移前的静置炉的温度调整至720℃，两级双转子除气箱温度调整为745℃，将熔体从静置炉向两级双转子除气箱转移时的熔体温度控制在715-735℃，两级双转子除气箱前流槽氢含量平均测试结果为0.2151ml/100gAl，两级双转子除气箱采用转子旋转除气装置，其中第一级转子除气装置通入氩气与氯气混合气体进行第二次除气和除渣，单转子氩气流量为4m3/h，单转子氯气流量为0.04m3/h；第二级转子除气装置通入氩气进行第三次除气和除渣，单转子流量为4m3/h，在第一级转子除气装置与第二级转子除气装置中间的流槽中心位置加入Al-5Ti-1B细化丝，所述Al-5Ti-1B细化丝添加量为2.5kg/t。
步骤五：将经过两级双转子除气箱进行第二次精炼的除气除渣后的熔体送入双层过滤箱中进行过滤，第一级过滤板孔隙率选择30ppi进行第四次除渣，第二级过滤板孔隙率选择50ppi进行第五次除渣，在每次起铸时，提前40min利用天然气燃烧喷枪的火焰对过滤板及整套流槽进行均匀预热，但加热时间不允许超过2h。
步骤六：将经过双层过滤箱过滤的熔体送入600mm直径结晶器的铸造机进行铸造，起始铸造速度为25mm/min，水流量30 m3/h·根，同时启用结晶器自动润滑系统；当铸造长度超过100mm时，将铸造速度调整为40 mm/min，水流量调整为 45 m3/h·根，并保持匀速铸造；当铸锭长度超过550mm时，将铸造速度调整为25 mm/min，水流量调整为30 m3/h·根，铸造过程中刮水板位置距离结晶器为180mm，铸造过程中，通过流槽的温度管理，将铸造流盘温度控制在670℃。
步骤七：将铸造机铸造完成的铸锭立即送入均匀化炉中进行均匀化处理，以防止铸锭在残余应力释放过程中产生裂纹。
本实施例所涉及方法经过多个批次验证，其铸锭成型率达100%，在线测氢结果的平均值为0.0945ml/100gAl，直径大于20μm冶金渣平均含量为7567 PCS/kg，铸锭径向Cu元素偏析极值差为0.24%，铸锭晶粒度一级。
实施例3
步骤一：根据铝合金铸锭中各物质的质量百分比，并考虑到合金熔炼过程中的烧损及废料中合金成分及含量，根据投料量，计算出铝锭、铜板、镁锭、铝锰中间合金、铝铬中间合金、铝钛中间合金、铝锆中间合金的重量，并根据计算所得结果，称量各种原料，其中铜板、镁锭、铝锰中间合金、铝铬中间合金、铝钛中间合金、铝锆中间合金需提前分割成小块再进行称量；
步骤二：将充分干燥的铝锭投入熔炼炉，在熔化过程中控制炉膛温度为1000℃；待铝锭全部熔化后，使用电磁搅拌设备搅拌20min。当熔体温度到达700℃后，开始进行合金化，熔体温度起伏范围控制在700-750℃，分批加入铜板及各种中间合金，每批合金添加时间间隔20min，并采用电磁搅拌器进行持续搅拌，在合金化过程中，每次投料前，均采用扒渣车扒净熔体表面浮渣；
步骤三：待全部原料投入熔炼炉且完全熔化后，将熔体由熔炼炉转入静置炉进行第一次精炼，静置炉的炉膛温度为850℃，熔体由熔炼炉转到静置炉的流槽中氢含量平均测试结果为0.4841ml/100gAl，熔体经过流槽的温度控制在725-745℃，熔体转入静置炉后，马上进行熔体表面扒渣，静置炉采用旋转通气装置进行精炼，旋转通气装置的转子转速为350RPM，并通入氩气与氯气混合气体，其中氩气流量为220slpm，氯气流量为15slpm，在精炼过程中及时清理浮出熔体的浮渣，精炼30min，并视实际情况进行扒渣；
步骤四：将在静置炉完成第一次精炼的熔体送入两级双转子除气箱进行第二次精炼，熔体转移前，将静置炉的温度调整至720℃，两级双转子除气箱温度调整为745℃，熔体从静置炉向两级双转子除气箱转移时的温度控制在715-735℃，两级双转子除气箱前流槽氢含量平均测试结果为0.2231ml/100gAl，两级双转子除气箱采用转子旋转除气装置，第一级转子除气装置通入氩气与氯气混合气体进行第二次除气和除渣，单转子氩气流量为6m3/h，单转子氯气流量为0.064m3/h；第二级转子除气装置通入氩气进行第三次除气和除渣，单转子流量为6m3/h，在第一级转子除气装置与第二级转子除气装置中间的流槽中心位置加入Al-5Ti-1B细化丝，所述Al-5Ti-1B细化丝添加量为1.5kg/t。
步骤五：将经过两级双转子除气箱进行第二次精炼的除气除渣后的熔体送入双层过滤箱中进行过滤，第一级过滤板孔隙率选择30ppi进行第四次除渣，第二级过滤板孔隙率选择50ppi进行第五次除渣，在每次起铸时，提前40min利用天然气燃烧喷枪的火焰对过滤板及整套流槽进行均匀预热，但加热时间不允许超过2h。
步骤六：将经过双层过滤箱过滤的熔体送入700mm直径结晶器的铸造机进行铸造，起始铸造速度为25mm/min，水流量25 m3/h·根，同时启用结晶器自动润滑系统；当铸造长度超过100mm时，将铸造速度调整为40 mm/min，水流量调整为 44 m3/h·根，并保持匀速铸造；当铸锭长度超过550mm时，将铸造速度调整为25 mm/min，水流量调整为25 m3/h·根。铸造过程中采用的刮水板位置距结晶器180mm，在铸造过程中，通过流槽的温度管理，将铸造流盘温度控制在690℃。
步骤七：将铸造机铸造完成的铸锭立即送入均匀化炉中进行均匀化处理，以防止铸锭在残余应力释放过程中产生裂纹。
本实施例涉及的方法经多个批次验证，其铸锭成型率达100%，在线测氢结果的平均值为0.0854ml/100gAl，直径大于20μm冶金渣平均含量为9310 PCS/kg铸锭径向Cu元素偏析极值差为0.34%，铸锭晶粒度一级。
表1为本发明实施例的检测结果。由本发明的实施例1-3可以看出，本发明通过一系列技术创新，使大规格高纯净2系铸锭的铸造成型率达到100%，氢含量控制在0.10 mL/100gAl以下，直径20μm以上渣含量低于10000 PCS/kg，Cu元素偏析极值差低于0.34%，晶粒度达到一级。依据本专利技术生产的铸锭已成功用于民机机翼下长桁型材的生产，且成功通过中商飞的产品认证和供货，实物照片见图4。
表1 实施例检测结果
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
