低液位鋁扁錠鑄造裝置的機(jī)械技術(shù)要點(diǎn)及應(yīng)用實(shí)踐

張保存，劉金炎

(1. 山東華宇合金材料有限公司，山東 臨沂276017；2. 中鋁材料應(yīng)用研究院有限公司 蘇州分公司，江蘇 蘇州 215026)

在鋁合金扁錠半連續(xù)鑄造中，低液位鑄造技術(shù)代表了當(dāng)前最先進(jìn)的扁錠生產(chǎn)工藝技術(shù)，其技術(shù)原理是在傳統(tǒng)直接水冷半連續(xù)鑄造的基礎(chǔ)上，通過(guò)結(jié)晶器的改進(jìn)設(shè)計(jì)和工藝控制，將結(jié)晶器內(nèi)鋁熔體液位精確地控制在較低的水平[1]。該技術(shù)可應(yīng)用于1xxx、3xxx、4xxx、5xxx、6xxx系鋁合金扁錠鑄造，大大提高了鑄錠的表面質(zhì)量[2]。

低液位鑄造過(guò)程中，結(jié)晶器內(nèi)壁與鋁合金熔體接觸的一次冷卻(一冷)區(qū)高度減小，逆流導(dǎo)熱距離(結(jié)晶器下方噴出的冷卻水，在其見(jiàn)水點(diǎn)的上方有一個(gè)冷卻影響區(qū)，該冷卻影響區(qū)的頂端到見(jiàn)水點(diǎn)的距離稱為逆流導(dǎo)熱距離)頂端以上的一冷區(qū)也被減小，這樣錠坯二次加熱時(shí)間短，鑄錠的表面質(zhì)量高[3-6]。而這套裝備基本被國(guó)外壟斷，價(jià)格非常高。

山東華宇合金材料有限公司鋁加工事業(yè)部在合金二區(qū)新生產(chǎn)線中需要配置低液位鋁扁錠鑄造裝置，為達(dá)到安全、低成本、高效、高質(zhì)量的良好效果，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)與技術(shù)交流，確定了這套裝置的機(jī)械技術(shù)要點(diǎn)，并于2017年3月開(kāi)始委托某公司進(jìn)行加工制作，針對(duì)這套裝備的技術(shù)要點(diǎn)和應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行如下論述。

1 扁錠低液位鑄造裝置系統(tǒng)組成

扁錠低液位鑄造裝置系統(tǒng)主要包括：鑄造水箱平臺(tái)與引錠頭底座平臺(tái)各1套、520mm×(1100mm～1400mm)規(guī)格可調(diào)結(jié)晶器及配套引錠頭2套、分配流槽(集成液位控制裝置)1套、供油和輔助氣體裝置1套、扁錠鑄造自動(dòng)控制程序1套。

(1)鑄造水箱平臺(tái)與引錠頭底座平臺(tái)。鑄造水箱平臺(tái)上安裝有結(jié)晶器供油管道、殘油控制管道、結(jié)晶器水路控制管道。鑄造平臺(tái)尺寸滿足最大結(jié)晶器規(guī)格為650mm×1750mm。鑄造平臺(tái)一次同時(shí)鑄造兩根扁錠。引錠頭底座與水箱平臺(tái)設(shè)計(jì)有4個(gè)配合導(dǎo)向柱及套，水箱平臺(tái)與引錠頭底座平臺(tái)安裝拆卸必須整體吊裝。分配流槽傾翻配備液壓缸2個(gè)。

(2)可調(diào)結(jié)晶器及配套引錠頭。520mm×(1100mm～1400mm)結(jié)晶器采用雙排水增強(qiáng)冷卻技術(shù)，鑄造開(kāi)始階段采用單排冷卻水，減少冷卻有助于降低扁錠的翹曲，穩(wěn)定階段采用雙排冷卻水增強(qiáng)冷卻，提高鑄錠的冶金質(zhì)量。結(jié)晶器可調(diào)范圍無(wú)極可調(diào)。結(jié)晶器設(shè)計(jì)有潤(rùn)滑油通道及殘油控制。引錠頭采用可調(diào)設(shè)計(jì)，安裝有排水氣塞，減輕鑄造過(guò)程中鑄錠彈跳。提供5mm、10mm、20mm、30mm、50mm、100mm夾片各4片。其中50mm、100mm夾片設(shè)計(jì)有吊裝孔，其余因重量輕無(wú)需設(shè)計(jì)吊裝孔。

結(jié)晶器與引錠頭配合間隙滿足520mm×1100mm無(wú)需堵塞，其它規(guī)格尺寸需要鑄造前堵塞石棉繩，以免配合間隙過(guò)大造成漏鋁。結(jié)晶器與引錠頭對(duì)中采用人工對(duì)中方式。鑄造前將引錠頭升高到結(jié)晶器下沿，先人工初步調(diào)整好結(jié)晶器與引錠頭的配合間隙，防止升高引錠頭過(guò)程中引錠頭與結(jié)晶器內(nèi)壁的刮擦損壞結(jié)晶器；再精細(xì)調(diào)整結(jié)晶器與引錠頭的配合間隙，盡可能兩邊間隙偏差不大。

(3)分配流槽(集成液位控制裝置)。分配流槽采用厚鋼板制作外殼，防止高溫使用過(guò)程中變形影響液位控制精度。內(nèi)襯、分流帶、鑄管、塞棒等耐材采用派瑞科產(chǎn)品。液位控制激光器、塞桿控制器采用進(jìn)口產(chǎn)品。

(4)供油和氣體輔助裝置。結(jié)晶器供油和氣體輔助裝置自行設(shè)計(jì)，潤(rùn)滑油泵站定量控制潤(rùn)滑油量，具有加熱系統(tǒng)和加油系統(tǒng)。潤(rùn)滑油消耗量約500ml/鑄次，兩根鑄錠一個(gè)鑄次。具有殘油控制裝置，防止殘油滲出。

(5)扁錠和圓棒采用獨(dú)立的控制系統(tǒng)，進(jìn)行單獨(dú)控制和操作，帶鑄造參數(shù)存儲(chǔ)功能(包含鑄造速度、水流量、鑄造溫度、注油時(shí)間和注油量等數(shù)據(jù))。

2 安裝及生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 扁錠鑄造裝置平臺(tái)安裝至傾翻臂關(guān)鍵技術(shù)

(1)將引錠底座放置到水平地面，提起引錠底座上的導(dǎo)向圈，插入U(xiǎn)型吊裝墊片(每根導(dǎo)向柱上插入一片U型吊裝墊片)。

(2)吊起引錠頭將定位銷孔插入到引錠座的定位銷上，然后鎖緊底部4個(gè)螺栓，完成引錠頭的安裝。

(3)采用等長(zhǎng)吊帶平穩(wěn)吊起鑄造平臺(tái)將其套柱筒插入到引錠座的4個(gè)導(dǎo)向柱上，緩慢下降平臺(tái)直到落到導(dǎo)向圈上，完成鑄造平臺(tái)與引錠座裝配。

(4)將結(jié)晶器安裝到鑄造平臺(tái)上，此時(shí)將鑄造平臺(tái)上用于限定結(jié)晶器移動(dòng)的螺栓完全松開(kāi)，以便調(diào)整結(jié)晶器位置；利用結(jié)晶器上4個(gè)吊裝孔，采用簡(jiǎn)易吊架將結(jié)晶器吊到平臺(tái)上方對(duì)著平臺(tái)上引導(dǎo)銷釘，緩慢下降結(jié)晶器直到結(jié)晶器落到對(duì)應(yīng)位置后，采用木塊移動(dòng)結(jié)晶器初步對(duì)中后，采用螺栓和定制墊片鎖緊結(jié)晶器，注意此時(shí)保持鑄造平臺(tái)上限定結(jié)晶器的螺栓完全松開(kāi)。

(5)采用定制螺栓墊片將鑄造平臺(tái)和引錠底座鎖緊，然后連接平臺(tái)與結(jié)晶器的水管、油管和氣管。再將整套扁錠鑄造工裝吊到鑄造井上，緩慢下降直到平臺(tái)水箱下方連接板上的銷孔對(duì)準(zhǔn)傾翻臂銷，落到所需位置。

(6)升起鑄造機(jī)升降平臺(tái)，直到鑄造平臺(tái)頂離傾翻臂5mm～10mm，拆卸鑄造平臺(tái)和引錠底座鎖緊螺栓。下降鑄造機(jī)升降平臺(tái)到適當(dāng)位置，讓引錠底座的導(dǎo)向柱完全離開(kāi)鑄造平臺(tái)的對(duì)中套筒，再取出U型吊裝墊片，采用定制長(zhǎng)螺栓將引錠底座與鑄造機(jī)升降平臺(tái)固定。

(7)緩慢下降鑄造機(jī)升降平臺(tái)，直到引錠底座完全離開(kāi)鑄造平臺(tái)，用螺栓固定水箱下方連接板與傾翻臂，松開(kāi)結(jié)晶器鎖緊螺栓，準(zhǔn)備后續(xù)進(jìn)行結(jié)晶器與引錠頭對(duì)中，緩慢上升鑄造機(jī)升降平臺(tái)使得引錠頭上邊沿靠近結(jié)晶器下沿。

(8)進(jìn)行鑄井平臺(tái)上結(jié)晶器與引錠頭初步對(duì)中，采用撬杠或木塊小心移動(dòng)結(jié)晶器，應(yīng)盡可能在撬杠與結(jié)晶器間墊軟質(zhì)材料，以免損壞結(jié)晶器。進(jìn)一步緩慢上升鑄造機(jī)升降平臺(tái)，進(jìn)行鑄井平臺(tái)上結(jié)晶器與引錠頭進(jìn)一步對(duì)中，采用撬杠或木塊小心移動(dòng)結(jié)晶器，應(yīng)盡可能在撬杠與結(jié)晶器間墊軟質(zhì)材料，以免損壞結(jié)晶器，使得結(jié)晶器與引錠頭間歇一致，最終使得引錠頭進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)腔以上，引錠頭上沿離結(jié)晶器上沿距離130mm～135mm(此為鑄造開(kāi)始前位置)。

(9)鎖緊結(jié)晶器的壓板螺栓，同時(shí)調(diào)整結(jié)晶器四周的固定限位螺栓，使螺栓輕輕接觸到結(jié)晶器?？焖俳宇^連接平臺(tái)的液壓管、潤(rùn)滑油管、大面氣閥管、小面氣閥管、膨脹氣管。

2.2 扁錠鑄造裝置平臺(tái)工作狀態(tài)關(guān)鍵技術(shù)

(1)點(diǎn)擊按鈕切換鑄造機(jī)程序到扁錠鑄造系統(tǒng)。

(2)檢查結(jié)晶器工作帶是否有劃痕，如有采用600#砂紙上下打磨結(jié)晶器。

(3)結(jié)晶器潤(rùn)滑檢查，點(diǎn)擊程序中潤(rùn)滑工作軟按鈕，查看結(jié)晶器出油情況，確保結(jié)晶帶四周出油均勻后關(guān)閉按鈕。

(4)結(jié)晶器水路檢查，設(shè)定起始水量，打開(kāi)冷卻水開(kāi)關(guān)，查看結(jié)晶器出水孔是否有堵塞現(xiàn)象，如有應(yīng)去除堵塞物，保證水孔通暢。

(5)結(jié)晶器大小面單排水控制閥檢查，單獨(dú)打開(kāi)大面水閥查看是否大面是單排水，再單獨(dú)打開(kāi)小面水閥查看是否小面是單排水。

(6)傾翻分配流槽液壓缸升降測(cè)試，確認(rèn)液壓缸正常后將液壓缸維持在高位，以備吊裝分配流槽。

(7)升降引錠頭到鑄造開(kāi)始位置，引錠頭進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)腔，引錠頭上沿到結(jié)晶器上沿距離130mm～135mm(此為鑄造開(kāi)始前位置)。

(8)在引錠頭底面涂一薄層黃甘油，黃甘油不易過(guò)多，否則在澆鑄初期由于燃燒產(chǎn)生的煙氣易導(dǎo)致激光檢測(cè)不到液位。

(9)在引錠頭與結(jié)晶器工作帶間隙過(guò)大處填石棉繩(520mm×1100mm規(guī)格無(wú)需填充石棉繩)。

(10)小面與大面的兩邊間隙，鑄造前間隙處采用石棉繩堵塞處理，并涂抹黃油。

3 應(yīng)用實(shí)踐與分析

根據(jù)訂單，按照安全生產(chǎn)方案的具體要求，開(kāi)展了實(shí)際應(yīng)用檢驗(yàn)，鑄錠規(guī)格包括520mm×1260mm和520mm×1350mm，合金牌號(hào)包括1070、5052A和5252。生產(chǎn)結(jié)果表明，設(shè)備操作功能和主要性能達(dá)到要求，每個(gè)鑄次的生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定，安全可靠，無(wú)任何異常情況發(fā)生，均穩(wěn)定生產(chǎn)出表面和尺寸合格的鑄錠。

應(yīng)用該裝置生產(chǎn)的產(chǎn)品(產(chǎn)品批號(hào)：D17H0802、D17H0803、D17H0901、D17H0902、D17H1001)夾渣點(diǎn)數(shù)均為0，且表面質(zhì)量完全符合客戶要求。圖1為應(yīng)用該裝置生產(chǎn)的5052A扁錠產(chǎn)品照片。5xxx系合金含Mg高，易氧化，鑄錠表面最容易出現(xiàn)拉痕、黑線等缺陷。由圖1可知，5052A扁錠產(chǎn)品表面質(zhì)量好，未發(fā)現(xiàn)裂紋且無(wú)明顯的偏析瘤、冷隔等缺陷。圖2為5052A扁錠邊部金相照片，可知鑄錠偏析層約400μm，殼層厚度<1mm。

對(duì)應(yīng)用該裝置生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行化學(xué)成分、外觀及尺寸、低倍和高倍組織等檢驗(yàn)和分析，產(chǎn)品質(zhì)量完全符合高端產(chǎn)品的需要，并順利得到下游客戶高度認(rèn)同。通過(guò)這次技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐，不僅驗(yàn)證了該裝置的安全、穩(wěn)定、可靠性，同時(shí)滿足了生產(chǎn)高端產(chǎn)品的需要。無(wú)論經(jīng)濟(jì)效益還是性能效果，該技術(shù)的應(yīng)用均符合生產(chǎn)實(shí)際需要。

4 結(jié)論

(1)通過(guò)準(zhǔn)確和嚴(yán)格控制低液位鋁扁錠鑄造裝置的技術(shù)設(shè)計(jì)、制作、安裝和檢查等工作，達(dá)到工裝安全穩(wěn)定和可靠性、產(chǎn)品品質(zhì)高等要求，解決了國(guó)產(chǎn)低液位鋁扁錠鑄造裝置無(wú)法滿足高端產(chǎn)品的技術(shù)難題。

(2)利用低液位鋁扁錠鑄造裝置生產(chǎn)的5052A扁錠，表面無(wú)拉痕、黑線、明顯偏析瘤和冷隔等缺陷，偏析層約400μm，完全滿足高端產(chǎn)品的要求。應(yīng)用實(shí)踐證明該裝置完全滿足生產(chǎn)要求，顯著減少設(shè)備投資，減輕企業(yè)負(fù)擔(dān)，值得推廣。