變形鋁合金熔鑄工藝分析

王美琪

[摘 要]在變形鋁合金的生產(chǎn)過(guò)程中，熔煉鑄造是一個(gè)非常關(guān)鍵的工藝，該工藝在為下游工序提供合格的坯料的同時(shí)，還要盡量節(jié)約能耗、降低生產(chǎn)成本。本文主要介紹了變形鋁合金的各個(gè)鑄造工藝的特點(diǎn)及各工藝的優(yōu)點(diǎn)和弊端。一對(duì)變形鋁合金熔鑄工藝進(jìn)行分析后得出結(jié)論，為在未來(lái)的工程中熔鑄工藝的選擇提供一定的依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]變形鋁合金 熔鑄工藝 工藝分析

中圖分類號(hào)：TG27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）29-0022-01

引言

鋁加工業(yè)的發(fā)展使鋁材的應(yīng)用更加廣泛，尤其是在目前的航空航天工業(yè)、軌道交通業(yè)、乘用車輛制造業(yè)、軍工材料及民用產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)行業(yè)中，鋁材應(yīng)用的市場(chǎng)被開(kāi)拓發(fā)展成為了十分廣闊的大市場(chǎng)，因此就對(duì)鋁材的質(zhì)量也提出了更高更嚴(yán)的要求。而鋁材的熔鑄是鋁材生產(chǎn)的第一道工序，其目的主要是是為鋁材軋制、鍛造、擠壓生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)錠坯。錠坯的冶金質(zhì)量的高低，是在后續(xù)的工序中再難以進(jìn)行更改的。因此，控制好錠坯的生產(chǎn)與質(zhì)量是發(fā)揮鋁材的潛力的重要前提。要以先進(jìn)的工藝技術(shù)和最低的成本獲得高性能、高質(zhì)量的鋁合金鑄錠使之滿足后續(xù)工序及最終成品的需要是現(xiàn)代化鋁材應(yīng)用所追求的。

一、變形鋁合金熔鑄

鋁熔鑄是利用電解鋁液、返回廢料、中間合金為主要入爐原料，經(jīng)熔化、保溫、精煉、鑄造成錠，鑄錠經(jīng)鋸切、銑面處理成壓延車間需要的合格扁錠，或者鑄軋/連鑄連軋成板帶坯。其主要的工藝過(guò)程為熔煉、熔體處理、鑄造。鋁熔鑄的這三個(gè)主要工序過(guò)程是緊密銜接、相互制約、密切配合才能完成熔鑄過(guò)程。在此過(guò)程中，如何發(fā)揮設(shè)備壽命期內(nèi)的能力，提高生產(chǎn)力，節(jié)能降耗，降低生產(chǎn)成本越來(lái)越受到鋁加工行業(yè)的關(guān)注。

二、變形鋁合金熔煉

熔煉過(guò)程為了使熔體內(nèi)部成分、溫度均勻，需要采用適當(dāng)?shù)臄嚢杓夹g(shù)，建議采用電磁攪拌。電磁攪拌的主要優(yōu)點(diǎn)是：減少爐內(nèi)各部位熔體的溫度差；熔體成分均勻；由于提高了熱的傳輸，能耗下降；爐渣下降。

鋁熔體處理一般指對(duì)熔體進(jìn)行合金化、凈化與細(xì)化。合金化的目的是為了提高強(qiáng)度，此外，還應(yīng)該考慮改善加工性、抗蝕性、耐磨性、硬度、液態(tài)金屬的流動(dòng)性、表面性能以及其他特殊性能等。凈化處理或精煉是采取措施使鋁熔體中不希望存在的氣體與固體物質(zhì)降到所允許的范圍以內(nèi)，以確保材料的性能符合標(biāo)準(zhǔn)或某些特殊要求。鋁熔體的凈化處理主要是將氫及氧化鋁降到所要求的水平或更低一些。為了獲得鑄錠均勻細(xì)小的最佳晶粒組織，主要途徑有控制凝固時(shí)的溫度制度，細(xì)化處理。

三、變形鋁合金鑄造

鋁合金鑄造是將經(jīng)檢驗(yàn)合格的鋁熔體澆注到帶有水冷卻設(shè)施的結(jié)晶器中，使熔體在重力場(chǎng)或外力場(chǎng)的作用下充型、冷卻、凝固成鋁錠坯的工藝過(guò)程。變形鋁合金鑄造主要有半連續(xù)鑄造、鑄軋、連鑄連軋三種鑄造工藝。半連續(xù)鑄造屬于靜模鑄造，鑄軋和連鑄連軋屬于動(dòng)模鑄造。對(duì)于變形鋁合金鑄造來(lái)說(shuō)，作者認(rèn)為動(dòng)模鑄造是發(fā)展的方向，它可以實(shí)現(xiàn)液體金屬一次加工成材，達(dá)到節(jié)能、降耗、提高生產(chǎn)效率的目的。動(dòng)模鑄造可分為四類：其一是輥間鑄造，液體金屬?gòu)墓┝髯炝鞯揭粚?duì)相向轉(zhuǎn)動(dòng)的軋輥之間冷凝成形并被壓延成板材，典型的輥間鑄造是連續(xù)鑄軋技術(shù)；其二是輪間鑄造，用帶定型槽溝的環(huán)形輪和鋼帶組成結(jié)晶器，金屬液進(jìn)入結(jié)晶腔內(nèi)，隨鑄輪同步運(yùn)行，在鑄輪與鋼帶分離處，熔體凝結(jié)成坯并以與鑄輪周邊相同的線速度拉出錠坯；其三是帶間鑄造，結(jié)晶器由兩條相互平行的履帶式類型的鋼板?；蜾搸ЫM成；其四是無(wú)接觸鑄造，氣化層鑄造以及電磁鑄造屬此類的鑄造方式。對(duì)于變形鋁合金板帶的成型，選用鑄軋和連鑄連軋的優(yōu)勢(shì)明顯。

（一）半連續(xù)鑄造坯錠

目前應(yīng)用最多的是直接水冷立式半連續(xù)鑄造機(jī)，它可以生產(chǎn)各種鋁合金牌號(hào)和規(guī)格的扁錠以及實(shí)心和空心圓鑄錠。鑄造過(guò)程中鋁液重量基本壓在引錠座上，對(duì)結(jié)晶器壁的側(cè)壓力較小、凝殼與結(jié)晶器壁之間的摩擦阻力較小，且比較均勻。牽引力穩(wěn)定可保持鑄造速度穩(wěn)定，鑄錠的冷卻均勻且容易控制。其中尤以液壓鑄造機(jī)的應(yīng)用最為普遍，特別是內(nèi)導(dǎo)式鑄造機(jī)的優(yōu)點(diǎn)更為明顯。

（二）鑄軋

鋁熔體從凈化處理裝置流出后，進(jìn)入可以控制液面高度的前箱內(nèi)。通過(guò)前箱底側(cè)的橫澆道流入由保溫材料制成的供料嘴中，液體金屬靠靜壓力由供料嘴直接進(jìn)入一對(duì)相反方向旋轉(zhuǎn)的鑄軋輥中間。鑄軋輥使液體金屬快速結(jié)晶。隨著鑄軋輥的轉(zhuǎn)動(dòng)，鋁熔體的熱量不斷通過(guò)凝固殼被鑄軋輥帶走，結(jié)晶前沿溫度持續(xù)下降，結(jié)晶面不斷向熔體內(nèi)部推進(jìn)，當(dāng)上下兩個(gè)結(jié)晶層增厚并相遇時(shí)，即完成鑄造過(guò)程而進(jìn)入軋制區(qū)，經(jīng)軋制變形成為鑄軋帶坯。鋁帶坯連續(xù)鑄軋技術(shù)代替了通常鑄錠熱軋工藝生產(chǎn)帶坯所需的鑄造、鋸切、銑面、加熱、熱軋等全部工序。

（三）連鑄連軋

連鑄連軋工藝是一種工藝設(shè)備緊湊，在連續(xù)鑄造機(jī)后面緊接著配置熱連軋軋機(jī)組的緊湊生產(chǎn)線，是從液體到板帶材一次性完成的連續(xù)生產(chǎn)線。顯然，連鑄連軋不同于連續(xù)鑄軋，后者是在旋轉(zhuǎn)的鑄軋輥中，鋁熔體同時(shí)完成凝固及軋制變形兩個(gè)過(guò)程。但是兩種方法的共同點(diǎn)均是將熔煉、鑄造、軋制集中在一條生產(chǎn)線，從而實(shí)現(xiàn)從鋁液到鋁板帶坯連續(xù)性生產(chǎn)，比常規(guī)的間斷式生產(chǎn)流程少了多道工序。

在連鑄連軋工藝中，鋁熔體通過(guò)鑄造前箱及鑄嘴進(jìn)入運(yùn)動(dòng)的雙鋼帶水冷模腔。前箱安放在鑄機(jī)的進(jìn)口處，進(jìn)入前箱鋁液的流量大小由流槽上的浮漂式控制器來(lái)控制，控制信號(hào)大小由鑄造速度傳感器反饋。鑄嘴上開(kāi)有小孔，在小孔中通入低壓惰性氣體等，均勻地分布在鋼帶和鋁液之間，起到鋁液和鋼帶間的熱傳遞，使進(jìn)入鋼帶口的鋁液凝固均勻，不會(huì)使鋼帶間產(chǎn)生急速的熱脹冷縮，引起鋼帶變形，影響鋁板帶表面的平整度。在鋼帶的下部安裝有釹-鐵-硼強(qiáng)磁體支撐輥，產(chǎn)生的強(qiáng)磁力對(duì)鋼帶有極強(qiáng)的吸引力，使鋼帶限制在鑄機(jī)規(guī)定的范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，鑄造出來(lái)的鑄坯截面是矩形的。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在變形鋁合金板帶材生產(chǎn)的工藝選擇上，連鑄連軋具有相當(dāng)明顯的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于鋁熔鑄的工藝配置應(yīng)該是針對(duì)企業(yè)對(duì)產(chǎn)品定位方面的考慮，單就產(chǎn)能及基本投資而言，從產(chǎn)品產(chǎn)能的靈活性以及生產(chǎn)產(chǎn)品的多樣性考慮，首選的應(yīng)該是普通熱軋工藝流程。但是對(duì)于剛剛起步或初涉獵鋁加工的企業(yè)來(lái)說(shuō)，選擇成熟的鑄軋工藝也不失為一種少投入、快見(jiàn)效、迅速回收成本、產(chǎn)能雖小不會(huì)被套牢的工藝。

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