硬合金圓鑄錠熔鑄機(jī)組配置方案選擇

代先華

(中色科技股份有限公司，河南洛陽(yáng)471039)

隨著科學(xué)技術(shù)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國(guó)鋁加工業(yè)取得了很大的成就，各種鋁合金型材在建筑工程、現(xiàn)代汽車及機(jī)械制造等部門已廣泛應(yīng)用，特別是在急需輕量化的航空航天、國(guó)防軍工及交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域方面，國(guó)內(nèi)鋁合金大、中型工業(yè)型材在近年來也獲得了高速發(fā)展，正逐步向高端化、專業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)轉(zhuǎn)變。

作為與其配套的熔鑄是鋁合金材料物理冶金的重要基礎(chǔ)，又是變形鋁加工產(chǎn)品多段加工工序的第一步，硬合金圓鑄錠熔鑄機(jī)組如何有效配置首當(dāng)其中擺在各加工企業(yè)面前。

1 熔鑄機(jī)組配置原則

熔鑄機(jī)組配置主要集中在噸位選擇及其類型匹配上。熔鑄機(jī)組噸位的確定是整個(gè)熔鑄設(shè)計(jì)最基本同時(shí)也是最重要的環(huán)節(jié)。因此，必須嚴(yán)格按照生產(chǎn)任務(wù)的要求，在現(xiàn)有熔鑄生產(chǎn)技術(shù)條件下，綜合考慮投資、占地面積、節(jié)能及其規(guī)模等因素，配置最佳噸位的熔鑄機(jī)組。

通常情況下，為了節(jié)省成本、避免能源浪費(fèi)以及更有效保證熔體質(zhì)量，熔鋁爐、保溫爐與半連續(xù)鑄造機(jī)組成的熔鑄機(jī)組應(yīng)按公式(T熔+T熔輔)≥(T鑄+T鑄輔)的要求進(jìn)行匹配，其中T熔為熔鋁爐的熔化時(shí)間，T熔輔為熔鋁爐其他工序如裝料、扒渣、取樣、調(diào)整成分、轉(zhuǎn)爐等的輔助操作時(shí)間，T鑄為鑄造機(jī)鑄造時(shí)間，T鑄輔為鑄造機(jī)其他工序如吊錠、清理鑄盤等的輔助操作時(shí)間。

2 幾種常見熔鑄機(jī)組配置類型

目前，常見的熔鑄機(jī)組配置有以下幾種類型:

①1+1型，1臺(tái)熔鋁爐/保溫爐，既是熔鋁爐又是保溫爐、1臺(tái)鑄造機(jī)組成的熔鑄機(jī)組;

②2+1型，即2臺(tái)熔鋁爐/保溫爐、1臺(tái)鑄造機(jī)組成的熔鑄機(jī)組;

這兩種類型適用于合金品種單一、小規(guī)格的擠壓型材圓鑄錠(如6063合金或6061合金等)生產(chǎn)。

③2+1+1型，即2臺(tái)熔鋁爐、1臺(tái)保溫爐、1臺(tái)鑄造機(jī)組成的熔鑄機(jī)組。此類型適合合金品種較少、批量大、規(guī)格范圍少、鑄造時(shí)間短的全部為軟合金圓鑄錠或以軟合金圓鑄錠為主兼做部分小規(guī)格的硬合金圓鑄錠鑄造的生產(chǎn);

④2+2+1型，即2臺(tái)熔鋁爐、2臺(tái)保溫爐、1臺(tái)鑄造機(jī)組成的熔鑄機(jī)組。此類型最適合于大、中型鋁加工廠的扁鑄錠生產(chǎn)，其鑄造規(guī)格少，批量大，鑄造機(jī)利用率最高;

⑤1+1+1型，即1臺(tái)熔鋁爐、1臺(tái)保溫爐、1臺(tái)鑄造機(jī)組成的熔鑄機(jī)組。此類型適合多品種、多規(guī)格(更換合金頻繁)、小批量或鑄造時(shí)間長(zhǎng)的大規(guī)格硬合金圓鑄錠(直徑大于500mm)的生產(chǎn)。

3 硬合金圓鑄錠熔鑄機(jī)組配置

3.1 噸位選擇

對(duì)于硬合金圓鑄錠熔鑄，宜采用小噸位(10～30t)、多條生產(chǎn)線的熔鑄機(jī)組。隨著熔鑄技術(shù)的發(fā)展以及圓鑄錠熔鑄規(guī)模的不斷擴(kuò)大，可適當(dāng)配置中型(50t左右)熔鑄機(jī)組滿足大規(guī)模產(chǎn)能，減少過多生產(chǎn)線。采用小、中噸位配置的理由如下:

(1)鑄造性能方面。硬合金具有比較寬的結(jié)晶溫度范圍和比較低的塑性，鑄造性能不太好，鑄造時(shí)鑄錠易出現(xiàn)裂紋，鑄造難度大。而且鑄錠規(guī)格越大、鑄造根數(shù)越多，鑄錠生產(chǎn)難度越大，鑄造成功率和成品率越低;

(2)生產(chǎn)組織方面。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)其他鋁加工廠生產(chǎn)硬合金圓鑄錠的經(jīng)驗(yàn)，硬合金圓鑄錠生產(chǎn)具有小批量、多品種的特點(diǎn)，合金更換較頻繁。選用多條小噸位的熔鑄生產(chǎn)線，可以對(duì)某種或同類牌號(hào)的合金在指定生產(chǎn)線上進(jìn)行生產(chǎn)，有利于生產(chǎn)組織，同時(shí)在更換合金品種時(shí)會(huì)減少洗爐量，提高成品率;

(3)生產(chǎn)安全方面。圓鑄錠重量一般不大，小的不到3t(Φ400mm以下)，直徑大于500mm的大規(guī)格硬合金圓鑄錠錠重約為 4～7t，最大約 20t(Φ1200mm)。如采用大噸位爐子和鑄造機(jī)的配置，每鑄次圓鑄錠鑄造根數(shù)較多，一旦出現(xiàn)裂紋、漏鋁等現(xiàn)象，操作人員不易于處理，更容易產(chǎn)生危險(xiǎn)。采用小噸位爐子和鑄造機(jī)，操作人員更容易掌握生產(chǎn)工藝，提高鑄造成功率;

(4)生產(chǎn)成本方面。生產(chǎn)硬合金圓鑄錠對(duì)合金成分要求比較嚴(yán)格，爐子容量越大，調(diào)整合金成分越難。另外每次更換合金時(shí)，需用高純鋁進(jìn)行洗爐，爐子容量越大，洗爐量越多，能源消耗越多，運(yùn)行成本越高。采用小噸位爐子更有利于合金成分的調(diào)配及調(diào)整，減少生產(chǎn)周期，降低能耗，減少運(yùn)行成本;

(5)國(guó)內(nèi)外情況。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)硬合金圓鑄錠采用的熔鑄機(jī)組基本為小噸位的熔鑄生產(chǎn)線。如東北輕合金有限責(zé)任公司采用25t和15t;西南鋁業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司為9t;廣西南南鋁加工有限公司為20t和 50t。

世界范圍內(nèi)硬合金圓鑄錠的噸位范圍為20～60t。其中俄羅斯的噸位為最大，在Samara和KUMZ兩個(gè)工廠，Almex提供了工裝，兩個(gè)工廠的熔鑄機(jī)組噸位均為60t。歐洲大部分制造商的噸位普遍比較小約為20t，代表性的工廠有 Otto Fuchs、Universal Alloy Romania、加鋁Issorie工廠等。印度和美國(guó)的噸位介于中間，大致為30～40t，典型工廠有美鋁Pimalco工廠，印度HAAL等。日本的情況跟歐洲基本相同。

3.2 熔鑄機(jī)組各設(shè)備數(shù)量匹配

通過對(duì)爐子周期和鑄造周期的計(jì)算，在熔鑄機(jī)組數(shù)量匹配上，必須使?fàn)t子和鑄造機(jī)數(shù)量搭配最合理。

通常情況下，一個(gè)熔煉周期時(shí)間為6～8h。在現(xiàn)有的鑄造技術(shù)條件下，硬合金圓鑄錠的鑄造速度相對(duì)較慢，其鑄造時(shí)間較長(zhǎng)。特別是大規(guī)格圓鑄錠，例如鑄造直徑Φ500～Φ700mm，鑄錠長(zhǎng)度約7m的硬合金圓鑄錠，其純鑄造時(shí)間5～6h(超大規(guī)格的鑄錠時(shí)間更長(zhǎng))，加上鑄造輔助時(shí)間(吊錠、清理鑄盤等)6～8h，鑄造機(jī)生產(chǎn)周期較長(zhǎng)。鑄造時(shí)間加上保溫爐操作時(shí)間與一個(gè)熔煉周期相當(dāng)。其熔鑄機(jī)組采用1+1+1的配置方式為最佳。

4 結(jié)論

綜上所述，對(duì)于硬合金圓鑄錠熔鑄生產(chǎn)，宜采用小噸位1+1+1熔鑄機(jī)組，即10～30t熔鑄機(jī)組(1臺(tái)熔鋁爐+1臺(tái)保溫爐+1臺(tái)鑄造機(jī))的配置方式;如果生產(chǎn)規(guī)模大，專業(yè)化程度高，同時(shí)綜合考慮其他方面因素，也可增配部分中型熔鑄機(jī)組，即10～30t熔鑄機(jī)組(1臺(tái)熔鋁爐+1臺(tái)保溫爐+1臺(tái)鑄造機(jī))結(jié)合50t左右熔鑄機(jī)組(1臺(tái)熔鋁爐+1臺(tái)保溫爐+1臺(tái)鑄造機(jī))的配置方式。