1、鋁合金扁錠熔鑄工藝方法，其特征在于它通過下述步驟實現(xiàn)：
一、把合金原料加熱到740～
二、向合金熔液的底部通入氯氣，同時保持合金熔液的溫度在700～
三、把合金熔液向鑄錠模(1)長條形的型腔(1-1)的一端中澆注，鑄錠模(1)置放于由液壓系統(tǒng)(3)驅動的滑動平臺(2)上，滑動平臺(2)在導軌(4)上運動，鑄錠模(1)隨滑動平臺(2)運動，合金熔液從型腔(1-1)的一端澆注到型腔(1-1)的另一端，在滑動平臺(2)運動的同時向合金熔液中勻速插入Al-Ti-B絲，使Al-Ti-B絲中的各元素沿型腔(1-1)的長度方向均勻熔入合金熔液中。
如何提高扁錠的成品率和成材率 中國鋁業(yè)青海分公司 孫繼陶 蔣建平
摘要：目前扁錠生產中經常會產生裂紋、彎曲、夾渣、縮松、鑄錠表面產生偏析瘤、鑄錠尺寸不易控制等鑄造缺陷，產生這些缺陷的主要原因是設備落后、生產技術不適應大規(guī)模生產的需要，不僅浪費了大量的資源，增加了成本，還大量的消耗了勞動力，增加了生產工人的負擔。為了改變目前的生產現(xiàn)狀，中鋁青海分公司引進國際先進的鑄造設備和生產技術，對大扁錠項目進行改造，改造中采用的低液位鑄造技術、計算機網(wǎng)絡控制鑄造技術、激光液位控制技術、電磁攪拌技術、液壓內導立式半連續(xù)鑄造系統(tǒng)、旋轉噴頭吹起提法、以及激光自動鋸切機組都是世界領先技術設備。本文以這些先進技術為基礎，通過分析扁錠產生鑄造缺陷的原因以及提高扁錠成品率的途徑，從而找出提高扁錠成材率的有效方法。
前言：扁錠成材率主要由板錠毛坯的成品率和鑄件的加工量決定，扁錠廢品率低，銑切加工量小，扁錠的成材率就高，否則鑄件廢品率高，且加工銑切量大，成材率就低。扁錠成品率高低還與熔體的化學成分、澆注工藝、晶粒形狀、晶粒大小等有關，鑄錠內部組織如果多為細小的等軸晶，鑄件組織致密就不會產生鑄造缺陷，鑄件表面平滑就可以減少銑切加工量，就可以提高扁錠的成材率。
1． 扁錠生產的現(xiàn)狀
目前國內扁錠生產廠家多使用：25t、50 t臥式混合爐，MT在線精煉裝置，爐內吹氣精煉設備，立式卷揚豎井鑄造系統(tǒng)，固定厚式結晶器（120～200㎜），丁字型澆注系統(tǒng)。
生產技術采用：手工計算、人工配料，人力攪拌，人工精煉、扒渣，爐眼人工控流，多人同時控流鋪底澆注，人工控制澆注速度以及冷卻水水壓等。
鑄造缺陷：由于人工作業(yè)難以實現(xiàn)技術要求，配料無法保證一次成功，爐內精煉不夠徹底，人工攪爐不均勻，扒渣不干凈，鋪底鋁不平衡、薄厚不勻，冷卻凝固時間不一致，造成鑄錠彎曲變形、裂紋、偏析瘤、夾雜、氣泡、縮松等。
使用厚的結晶器（200㎜）生產的扁錠，表面偏析瘤多，鑄件表面不光滑，銑切面大約每端面12㎜，扁錠毛坯成品率只有95%，且要消耗大量的人力物力，生產成本較高。也不利于大批量生產，企業(yè)發(fā)展和產品轉型受到很大的限制。
2．鑄件結晶、晶粒細化機理及控制
從剖析產生鑄造缺陷的原理出發(fā)，我們知道，要提高扁錠的成品率，降低廢品的產生，就要從分析鑄件結晶、晶粒細化的機理入手，找出控制鑄件獲得細等軸晶的途徑。
2．1鑄件結晶、晶粒細化機理 鑄件晶粒組織由三個區(qū)組成：表面細晶粒區(qū)、內部柱狀晶區(qū)和中心等軸晶區(qū)（如圖所示）
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晶粒區(qū)的形成：當液體金屬澆入溫度較低的鑄型時，與鑄型接觸的一層液體受到強烈激冷，產生很大的過冷，因而在型壁上及液體中大量的生核，成長為細晶粒區(qū)。表面層區(qū)晶體向內單向延伸生長就形成為柱狀晶區(qū)。液體內部獨立生核和長大的區(qū)域稱為中心等軸晶區(qū)。等軸晶生核的途徑為液體中存在外來生核的質點；型壁晶體的脫落；枝晶上分枝的熔斷脫落；由于液面冷卻上部晶體的沉積。
2.2 等軸晶組織的獲得及控制：
2.2.1增大冷卻速度及降低澆注溫度的主要方法是提高鑄型的激冷能力及降低澆注溫度
降低澆注溫度是減少柱狀晶獲得等軸晶的有效措施。甚至在減少液體流動的情況下也能得到等軸晶。
2.2.2加強液體在澆注和凝固期間的流動
促使已凝固層晶體和分枝的脫落，造成較強的溫度起伏，加強晶體脫落以后的增值作用，都可以獲得細等軸晶。
2.2.3 孕育處理
是向液體添加少量物質，促使液體內部生核的方法。它的原理為外加晶核；采用生核劑；采用強成分過冷元素。
3．提高扁錠成品率的途徑
提高扁錠成品率就要使用國際技術領先的鑄造設備和生產技術，從獲得細等軸晶入手，消除鑄造缺陷，得到內部成分均勻、組織致密、表面光滑的扁錠。
3．1引進國際先進的扁錠鑄造設備
中鋁青海分公司第二電解廠引進ABB電磁攪拌設備，加拿大STAS公司的旋轉噴頭除氣裝置，低液位鑄造用內襯石墨結晶器，液壓內導立式半連續(xù)鑄造設備，50t熔煉爐和50t傾動式靜置爐各兩臺，計算機自動控制澆注設備，激光液位控制系統(tǒng)，激光鑄錠長度控制系統(tǒng)等（左圖為生產現(xiàn)場設備布局，右圖為傾動式熔煉爐）。
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3.2 采用國際先進的扁錠鑄造技術
計算機配料技術，電磁攪拌、小坦克加料小車機械手扒渣技術，在線半自動、自動精煉技術，激光液位控制鑄造技術。
3.2.1 鋁熔體精煉：除氣、除渣、晶粒細化過程。
鋁熔體精煉主要采用爐內透氣磚、電磁攪拌、小坦克加料小車機械手扒渣技術。ABB電磁攪拌器使用變頻器產生的三相交流電，攪拌器線圈中的低頻電流產生一個行波磁場，此行波磁場穿透不銹鋼板，并在鋁熔池內產生攪拌力，攪拌力驅動鋁液，均勻鋁液上下表面溫度、同時均勻合金化學成分，促使熔體內的夾雜物、氣體上浮到熔體表面。鋁溶池的有效攪拌加速了反應動力學、改善了傳熱和傳質效果。
ABB電磁攪拌的優(yōu)點：由于采用的是磁場產生的攪拌力，減少了人工攪拌帶來的金屬和非金屬夾雜；減少了鋁液表面過熱，從而減少了氧化鋁的產生，也就是減少了鋁熔體的二次污染。
鋁熔體在攪拌中會有大量的氣體通過透氣磚排向爐外，達到爐內精煉除氣的效果。
精煉結束后采用復合履帶加料機械手將爐內的渣物扒掉，機械扒渣能夠非常徹底的凈化熔體。
3.2.2 在線精煉：過濾、六轉子旋轉噴頭除氣體法裝置（如右圖(1)）
過濾：采用CFF雙層過濾箱、陶瓷過濾板技術，在線過濾系統(tǒng)是一套帶有氣體預熱蓋系統(tǒng)的雙層分級23"∕20"過濾箱。鋁液從過濾板通過時熔體中的夾雜物經過過濾器機械阻隔或其他材料的化學作用而達到排除分離的目的。
六轉子旋轉噴頭除氣體法裝置除氣的原理：用密封罩將溜槽中的熔融鋁液密封，用耐火材料擋板
來分割不同的處理區(qū)域，處理轉子分配反應氣體到熔融液體內，在凈化器內設置的能旋轉的氣體噴頭，使凈化的氣體在剪切力的作用下，通過旋轉噴頭噴入鋁液中，形成微細的氣泡，增加了氣—液的接觸面積，延長了氣泡在鋁液中的運動距離和停留時間，使氣體體積增加，吸附熔體中的氧化夾雜物和氣體浮游到熔體表面而被排除，從而達到在線精煉的高精質量目的。
3.2.3 晶粒細化喂絲（添加孕育劑）機控制（Grain Refiner Rod Feeder Control）
使用Wastaff公司提供的自動雙拉桿進給裝置，該裝置應用PLC閉環(huán)速度控制使其達到規(guī)定的給進效率。
3.3低液位鑄造（LHC）技術
結晶器的高度對鑄錠的結晶特點和液穴形狀有影響，因而對鑄錠的應力分布和裂紋傾向有影響，液位較低，鑄錠在結晶器內停留的時間較短，對減輕二次加熱程度，防止淬火性表面裂紋是有利的。
液位過高，鑄錠在結晶器內停留的時間較長，而此加熱程度加劇，容易使鑄錠在脫離結晶器直接見水時，形成淬火性表面裂紋。過去常用的結晶器為120～200㎜，Wagstaff公司提供的Low
Head Composite Fixed Mold(低液位組合結晶器)結晶器高度僅為80㎜，液面波幅只有2㎜。
3.3.1 低液位鑄造技術的核心特征是結晶器只有80㎜高，結晶器內有四片滲透性能的石墨內襯（如上圖2所示）：
在鑄造過程中，石墨是多孔的，并且可以作為鑄造潤滑油容器，石墨具有潤滑特性，且不被鋁液潤濕。石墨內襯對鑄造的扁錠提供了理想的表面，扁錠表面平滑無偏析瘤，偏析深度僅200～500μm，初晶厚約1㎜，可減少銑面量50%，減少熱軋切邊量17%,每端面只需銑切2～4㎜，大大提高了成材率。
3.3.2 微分激光溜槽液位、結晶器液位控制：
激光模擬液面高度傳感器（如上圖3）用來監(jiān)測溜槽內的金屬液位，并在液位處于高或低時發(fā)出信號由控制熔煉爐的液壓缸的液壓比例閥來調整熔煉爐的角度從而調整溜槽中的液面高度。
結晶器微分激光傳感器，用來測量與結晶器高度有關的結晶器孔內的熔融金屬，維持穩(wěn)定的金屬流量，以便鑄造過程處在安全可靠的電子控制之下。實現(xiàn)時間和速度的精確控制，使扁錠底部在進入冷卻水之前就已經凝固，減少卷曲，得到最佳化的錠底。當金屬液面達到規(guī)定液面時自動開始鑄造，在鑄出底部翹曲后，結晶器中的金屬液面自動降低到最佳鑄造液面，可以獲得最佳表面質量，并盡量減少殼區(qū)。
3.3.3 低澆注溫度
低溫澆鑄是獲得細等軸晶的重要途徑，爐溫低于
爐內保持正壓也很重要，這樣可以防止氣體進入爐內。爐壓設定為20Pa，可以在1～30Pa之間調整。
3.3.4 液壓內導立式半連續(xù)鑄造
液壓內導立式半連續(xù)鑄造保證了鑄造過程的平穩(wěn)運行，克服了卷揚系統(tǒng)產生的震動、下降速度不勻等情況造成的扁錠裂紋、彎曲變形等鑄造缺陷。
使用以上設備和技術生產的扁錠，表面光滑無偏析瘤，兩個大面基本不用銑面（需要銑面也只銑2～4㎜），底部翹曲只有70㎜，底部鋸切較原扁錠少鋸切80㎜，同時基本消除了鑄造缺陷，扁錠成品率可以達到99%。
4．提高扁錠成材率
提高扁錠成材率，就是扁錠在鋸切加工時減少鋸口尺寸，提高鋸切精度，防止成品扁錠在鋸切時由于定尺不準出現(xiàn)廢品，造成不必要的浪費。
本次改造后，工藝上采用國際先進技術，加工鋸切使用激光自動鋸切機組。激光扁錠鋸床機組的使用，可以使長度鋸切精度≤±3㎜，
切斜度：≤±0.5°，鋸切不平度：≤±0.5㎜，鋸口寬度：<2㎜， 鋸切面的粗糙度：<30μm，
稱重精度：<0.05%，完全做到定尺生產。
5．鑄造扁錠成材率的計算
5.1 計算采用新技術前扁錠的成材率：
設扁錠規(guī)格為：（4920×1050×330）即：L =4920㎜，d =1050㎜，h=330㎜，取ρ=2.7 t/m3，切頭l=150㎜，銑切面δl=12㎜，（扁錠只銑上下兩個大面），設扁錠成品率為95%，計算如下：
鑄件毛坯重量：
P坯= L ?d ?h?ρ（ρ—比重）
=4.92×1.05×0.33×2.7=4.604t
底部翹曲切頭的重量：
P鋸=d?h?l?ρ(l—底部翹曲切頭長度)
=1.05×0.33×0.15×2.7=0.14 t
銑切面重量：
P銑=（L－l）?d?2δl?ρ
=（4.92－0.15）×1.05×2×0.012×2.7=0.324 t
成材板錠的重量：
P成=P坯－P鋸－P銑=4.604－0.14－0.324=4.14 t
成材率α：
α= P成∕P坯 ×100%×成品率=4.14÷4.604×100%×95%=85.42%
5.2 計算采用新技術后扁錠的成材率：
設扁錠規(guī)格為：（4920×1050×330）即：L =4920㎜，d =1050㎜，h=330㎜，取ρ=2.7t/m3，切頭l=70㎜，銑切面δl=3㎜，（扁錠只銑上下兩個大面，一般可以不用銑面），采用先進鑄造技術后，扁錠成品率可以提高到99%，計算扁錠成材率如下：
鑄件毛坯重量：
P坯= L ?d ?h?ρ（比重）
=4.92×1.05×0.33×2.7=4.604t
底部翹曲切頭的重量：
P鋸=d?h?l?ρ(底部翹曲切頭長度)
=1.05×0.33×0.07×2.7=0.065 t
銑切面重量：
P銑=（L－l）?d?2δl?ρ
=（4.92－0.07）×1.05×2×0.003×2.7=0.082 t
成材板錠的重量：
P成=P坯－P鋸－P銑=4.604－0.065－0.082=4.457t
成材率α：
α= P成∕P坯 ×100%×成品率=4.457÷4.604×100%×95%=95.84%
比較后得知，可以提高扁錠成材率（95.84%－85.42%）10.42個百分點。
6．扁錠成材率對生產成本的影響
扁錠成材率的提高，不僅降低了能耗，節(jié)省了人力、物力，延長了設備使用壽命，還降低了生產成本，按10萬噸扁錠計算，年節(jié)約生產成本10211600 元，年綜合經濟效益增加20673280元。
6.1 經濟效益核算，按10萬t扁錠生產能力計算，較采用原設備技術可以多生產成材扁錠100000×10.42%=10420t，按每噸500元計算可以增加效益10420×500=5210000元。
6.2 節(jié)能降耗，如果將10420t的廢品回爐，需要增加生產成本（將廢品回爐再生產成扁錠需要增加成本每噸980元）10420×980=10211600元。
6.3 減少鋁的燒損，可以增加產量10420×3%=312.6t，按市場價格每噸鋁16800元計算，可以增加效益312.6×16800=5251680元。年綜合效益為10211600＋5210000＋5251680=20673280元。
結論： 使用國際先進的鑄造技術和設備，不僅消除了鑄造缺陷，還大幅度提高了扁錠的成材率，扁錠質量有了根本保證，創(chuàng)造了可觀的經濟價值，同時減輕了生產工人的勞動強度。
參 考 文 獻：
1 《中國鋁業(yè)青海分公司扁錠改造項目國際招標文件》．
2 《中國鋁業(yè)青海分公司扁錠改造項目國際招標中標項目文件》．
3 李慶春等．鑄件形成理論基礎[M]．北京：機械工業(yè)出版社 ，1982年．
4 陳存中等．有色合金熔煉與鑄錠[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，1996年．[pagebreak]
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西南鋁
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扁錠熔鑄生產線 |
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熱軋生產線 |
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熱軋生產線由鑄錠平面銑床、雙膛爐鏈式加熱爐 、推進式加熱爐、熱粗軋機組、熱精軋機組、厚板機列、軋輥磨床、卷材退火爐等設備組成。 用途：為薄板廠和壓延廠冷軋線提供厚度2.5—7毫米卷材坯料，為預拉伸中厚板材生產線提供厚度15—200毫米的板坯 ，提供廣泛用于民用和軍工的鋁及鋁合金中厚規(guī)格（15—40毫米）熱軋板材產品。 |
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用途：對熱軋坯料進行中溫軋制，為精整生產線等后步工序提供從民用到軍工、從普通到高檔的厚度在0.3毫米-7.0毫米的優(yōu)質冷軋板產品。 |
