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(shí)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(shí)保持合金熔液的溫度在700～
三、把合金熔液向鑄錠模(1)長(zhǎng)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(qū)動(dòng)的滑動(dòng)平臺(tái)(2)上，滑動(dòng)平臺(tái)(2)在導(dǎo)軌(4)上運(yùn)動(dòng)，鑄錠模(1)隨滑動(dòng)平臺(tái)(2)運(yùn)動(dòng)，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(dòng)平臺(tái)(2)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)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(zhǎng)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(guó)鋁業(yè)青海分公司 孫繼陶 蔣建平
摘要：目前扁錠生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生裂紋、彎曲、夾渣、縮松、鑄錠表面產(chǎn)生偏析瘤、鑄錠尺寸不易控制等鑄造缺陷，產(chǎn)生這些缺陷的主要原因是設(shè)備落后、生產(chǎn)技術(shù)不適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需要，不僅浪費(fèi)了大量的資源，增加了成本，還大量的消耗了勞動(dòng)力，增加了生產(chǎn)工人的負(fù)擔(dān)。為了改變目前的生產(chǎn)現(xiàn)狀，中鋁青海分公司引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)的鑄造設(shè)備和生產(chǎn)技術(shù)，對(duì)大扁錠項(xiàng)目進(jìn)行改造，改造中采用的低液位鑄造技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制鑄造技術(shù)、激光液位控制技術(shù)、電磁攪拌技術(shù)、液壓內(nèi)導(dǎo)立式半連續(xù)鑄造系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)噴頭吹起提法、以及激光自動(dòng)鋸切機(jī)組都是世界領(lǐng)先技術(shù)設(shè)備。本文以這些先進(jìn)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過分析扁錠產(chǎn)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(xué)成分、澆注工藝、晶粒形狀、晶粒大小等有關(guān)，鑄錠內(nèi)部組織如果多為細(xì)小的等軸晶，鑄件組織致密就不會(huì)產(chǎn)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(chǎn)的現(xiàn)狀
目前國(guó)內(nèi)扁錠生產(chǎn)廠家多使用：25t、50 t臥式混合爐，MT在線精煉裝置，爐內(nèi)吹氣精煉設(shè)備，立式卷揚(yáng)豎井鑄造系統(tǒng)，固定厚式結(jié)晶器（120～200㎜），丁字型澆注系統(tǒng)。
生產(chǎn)技術(shù)采用：手工計(jì)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(shí)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(shí)現(xiàn)技術(shù)要求，配料無法保證一次成功，爐內(nèi)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(shí)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(jié)晶器（200㎜）生產(chǎn)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(chǎn)成本較高。也不利于大批量生產(chǎn)，企業(yè)發(fā)展和產(chǎn)品轉(zhuǎn)型受到很大的限制。
2．鑄件結(jié)晶、晶粒細(xì)化機(jī)理及控制
從剖析產(chǎn)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(chǎn)生，就要從分析鑄件結(jié)晶、晶粒細(xì)化的機(jī)理入手，找出控制鑄件獲得細(xì)等軸晶的途徑。
2．1鑄件結(jié)晶、晶粒細(xì)化機(jī)理 鑄件晶粒組織由三個(gè)區(qū)組成：表面細(xì)晶粒區(qū)、內(nèi)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(dāng)液體金屬澆入溫度較低的鑄型時(shí)，與鑄型接觸的一層液體受到強(qiáng)烈激冷，產(chǎn)生很大的過冷，因而在型壁上及液體中大量的生核，成長(zhǎng)為細(xì)晶粒區(qū)。表面層區(qū)晶體向內(nèi)單向延伸生長(zhǎng)就形成為柱狀晶區(qū)。液體內(nèi)部獨(dú)立生核和長(zhǎng)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(zhì)點(diǎn)；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(dòng)的情況下也能得到等軸晶。
2.2.2加強(qiáng)液體在澆注和凝固期間的流動(dòng)
促使已凝固層晶體和分枝的脫落，造成較強(qiáng)的溫度起伏，加強(qiáng)晶體脫落以后的增值作用，都可以獲得細(xì)等軸晶。
2.2.3 孕育處理
是向液體添加少量物質(zhì)，促使液體內(nèi)部生核的方法。它的原理為外加晶核；采用生核劑；采用強(qiáng)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(guó)際技術(shù)領(lǐng)先的鑄造設(shè)備和生產(chǎn)技術(shù)，從獲得細(xì)等軸晶入手，消除鑄造缺陷，得到內(nèi)部成分均勻、組織致密、表面光滑的扁錠。
3．1引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)的扁錠鑄造設(shè)備
中鋁青海分公司第二電解廠引進(jìn)ABB電磁攪拌設(shè)備，加拿大STAS公司的旋轉(zhuǎn)噴頭除氣裝置，低液位鑄造用內(nèi)襯石墨結(jié)晶器，液壓內(nèi)導(dǎo)立式半連續(xù)鑄造設(shè)備，50t熔煉爐和50t傾動(dòng)式靜置爐各兩臺(tái)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制澆注設(shè)備，激光液位控制系統(tǒng)，激光鑄錠長(zhǎng)度控制系統(tǒng)等（左圖為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布局，右圖為傾動(dòng)式熔煉爐）。
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3.2 采用國(guó)際先進(jìn)的扁錠鑄造技術(shù)
計(jì)算機(jī)配料技術(shù)，電磁攪拌、小坦克加料小車機(jī)械手扒渣技術(shù)，在線半自動(dòng)、自動(dòng)精煉技術(shù)，激光液位控制鑄造技術(shù)。
3.2.1 鋁熔體精煉：除氣、除渣、晶粒細(xì)化過程。
鋁熔體精煉主要采用爐內(nèi)透氣磚、電磁攪拌、小坦克加料小車機(jī)械手扒渣技術(shù)。ABB電磁攪拌器使用變頻器產(chǎn)生的三相交流電，攪拌器線圈中的低頻電流產(chǎn)生一個(gè)行波磁場(chǎng)，此行波磁場(chǎng)穿透不銹鋼板，并在鋁熔池內(nèi)產(chǎn)生攪拌力，攪拌力驅(qū)動(dòng)鋁液，均勻鋁液上下表面溫度、同時(shí)均勻合金化學(xué)成分，促使熔體內(nèi)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(yīng)動(dòng)力學(xué)、改善了傳熱和傳質(zhì)效果。
ABB電磁攪拌的優(yōu)點(diǎn)：由于采用的是磁場(chǎng)產(chǎn)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(chǎn)生，也就是減少了鋁熔體的二次污染。
鋁熔體在攪拌中會(huì)有大量的氣體通過透氣磚排向爐外，達(dá)到爐內(nèi)精煉除氣的效果。
精煉結(jié)束后采用復(fù)合履帶加料機(jī)械手將爐內(nèi)的渣物扒掉，機(jī)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(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)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(shù)，在線過濾系統(tǒng)是一套帶有氣體預(yù)熱蓋系統(tǒng)的雙層分級(jí)23"∕20"過濾箱。鋁液從過濾板通過時(shí)熔體中的夾雜物經(jīng)過過濾器機(jī)械阻隔或其他材料的化學(xué)作用而達(dá)到排除分離的目的。
六轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子分配反應(yīng)氣體到熔融液體內(nèi)，在凈化器內(nèi)設(shè)置的能旋轉(zhuǎn)的氣體噴頭，使凈化的氣體在剪切力的作用下，通過旋轉(zhuǎn)噴頭噴入鋁液中，形成微細(xì)的氣泡，增加了氣—液的接觸面積，延長(zhǎng)了氣泡在鋁液中的運(yùn)動(dòng)距離和停留時(shí)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(dá)到在線精煉的高精質(zhì)量目的。
3.2.3 晶粒細(xì)化喂絲（添加孕育劑）機(jī)控制（Grain Refiner Rod Feeder Control）
使用Wastaff公司提供的自動(dòng)雙拉桿進(jìn)給裝置，該裝置應(yīng)用PLC閉環(huán)速度控制使其達(dá)到規(guī)定的給進(jìn)效率。
3.3低液位鑄造（LHC）技術(shù)
結(jié)晶器的高度對(duì)鑄錠的結(jié)晶特點(diǎn)和液穴形狀有影響，因而對(duì)鑄錠的應(yīng)力分布和裂紋傾向有影響，液位較低，鑄錠在結(jié)晶器內(nèi)停留的時(shí)間較短，對(duì)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(jié)晶器內(nèi)停留的時(shí)間較長(zhǎng)，而此加熱程度加劇，容易使鑄錠在脫離結(jié)晶器直接見水時(shí)，形成淬火性表面裂紋。過去常用的結(jié)晶器為120～200㎜，Wagstaff公司提供的Low
Head Composite Fixed Mold(低液位組合結(jié)晶器)結(jié)晶器高度僅為80㎜，液面波幅只有2㎜。
3.3.1 低液位鑄造技術(shù)的核心特征是結(jié)晶器只有80㎜高，結(jié)晶器內(nèi)有四片滲透性能的石墨內(nèi)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(rùn)滑油容器，石墨具有潤(rùn)滑特性，且不被鋁液潤(rùn)濕。石墨內(nèi)襯對(duì)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(jié)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(cè)溜槽內(nèi)的金屬液位，并在液位處于高或低時(shí)發(fā)出信號(hào)由控制熔煉爐的液壓缸的液壓比例閥來調(diào)整熔煉爐的角度從而調(diào)整溜槽中的液面高度。
結(jié)晶器微分激光傳感器，用來測(cè)量與結(jié)晶器高度有關(guān)的結(jié)晶器孔內(nèi)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(shí)現(xiàn)時(shí)間和速度的精確控制，使扁錠底部在進(jìn)入冷卻水之前就已經(jīng)凝固，減少卷曲，得到最佳化的錠底。當(dāng)金屬液面達(dá)到規(guī)定液面時(shí)自動(dòng)開始鑄造，在鑄出底部翹曲后，結(jié)晶器中的金屬液面自動(dòng)降低到最佳鑄造液面，可以獲得最佳表面質(zhì)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(xì)等軸晶的重要途徑，爐溫低于
爐內(nèi)保持正壓也很重要，這樣可以防止氣體進(jìn)入爐內(nèi)。爐壓設(shè)定為20Pa，可以在1～30Pa之間調(diào)整。
3.3.4 液壓內(nèi)導(dǎo)立式半連續(xù)鑄造
液壓內(nèi)導(dǎo)立式半連續(xù)鑄造保證了鑄造過程的平穩(wěn)運(yùn)行，克服了卷揚(yáng)系統(tǒng)產(chǎn)生的震動(dòng)、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(shè)備和技術(shù)生產(chǎn)的扁錠，表面光滑無偏析瘤，兩個(gè)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(shí)基本消除了鑄造缺陷，扁錠成品率可以達(dá)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(shí)減少鋸口尺寸，提高鋸切精度，防止成品扁錠在鋸切時(shí)由于定尺不準(zhǔn)出現(xiàn)廢品，造成不必要的浪費(fèi)。
本次改造后，工藝上采用國(guó)際先進(jìn)技術(shù)，加工鋸切使用激光自動(dòng)鋸切機(jī)組。激光扁錠鋸床機(jī)組的使用，可以使長(zhǎng)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(chǎn)。
5．鑄造扁錠成材率的計(jì)算
5.1 計(jì)算采用新技術(shù)前扁錠的成材率：
設(shè)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(gè)大面），設(shè)扁錠成品率為95%，計(jì)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(zhǎng)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(jì)算采用新技術(shù)后扁錠的成材率：
設(shè)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(gè)大面，一般可以不用銑面），采用先進(jìn)鑄造技術(shù)后，扁錠成品率可以提高到99%，計(jì)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(zhǎng)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(gè)百分點(diǎn)。
6．扁錠成材率對(duì)生產(chǎn)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(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，還降低了生產(chǎn)成本，按10萬噸扁錠計(jì)算，年節(jié)約生產(chǎn)成本10211600 元，年綜合經(jīng)濟(jì)效益增加20673280元。
6.1 經(jīng)濟(jì)效益核算，按10萬t扁錠生產(chǎn)能力計(jì)算，較采用原設(shè)備技術(shù)可以多生產(chǎn)成材扁錠100000×10.42%=10420t，按每噸500元計(jì)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(chǎn)成本（將廢品回爐再生產(chǎn)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(chǎn)量10420×3%=312.6t，按市場(chǎng)價(jià)格每噸鋁16800元計(jì)算，可以增加效益312.6×16800=5251680元。年綜合效益為10211600＋5210000＋5251680=20673280元。
結(jié)論： 使用國(guó)際先進(jìn)的鑄造技術(shù)和設(shè)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(zhì)量有了根本保證，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)減輕了生產(chǎn)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
參 考 文 獻(xiàn)：
1 《中國(guó)鋁業(yè)青海分公司扁錠改造項(xiàng)目國(guó)際招標(biāo)文件》．
2 《中國(guó)鋁業(yè)青海分公司扁錠改造項(xiàng)目國(guó)際招標(biāo)中標(biāo)項(xiàng)目文件》．
3 李慶春等．鑄件形成理論基礎(chǔ)[M]．北京：機(jī)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(chǎn)線 |
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熱軋生產(chǎn)線 |
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熱軋生產(chǎn)線由鑄錠平面銑床、雙膛爐鏈?zhǔn)郊訜釥t 、推進(jìn)式加熱爐、熱粗軋機(jī)組、熱精軋機(jī)組、厚板機(jī)列、軋輥磨床、卷材退火爐等設(shè)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(yù)拉伸中厚板材生產(chǎn)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(chǎn)品。 |
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用途：對(duì)熱軋坯料進(jìn)行中溫軋制，為精整生產(chǎn)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(zhì)冷軋板產(chǎn)品。 |
