淺談3xxx系高鎂鋁合金鑄軋生產(chǎn)中鑄嘴腔結(jié)渣處理措施

熊增彩

(青海中鋁鋁板帶有限公司，青海 西寧 810100)

利用電解鋁液直接生產(chǎn)鑄軋卷材時(shí)，特別是含鎂的鋁合金鑄軋產(chǎn)品，由于電解鋁液的特性，鑄嘴腔經(jīng)常會形成結(jié)渣。結(jié)渣的存在破壞了嘴腔鋁液的均勻化以及嘴腔溫度場[1]的均勻分布，導(dǎo)致板面出現(xiàn)條紋、晶粒不均等缺陷，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)連續(xù)性。在產(chǎn)品質(zhì)量無法保證時(shí)只能重新立板，從而造成生產(chǎn)成本高、耗能大、成品率低。本文針對鑄嘴腔結(jié)渣對3xxx系高鎂鋁合金鑄軋卷材質(zhì)量的影響因素進(jìn)行了分析，并提出了有效地解決辦法和措施。

1 提出方案及實(shí)施

國內(nèi)大部分企業(yè)采用鋁錠或冷軋廢料生產(chǎn)3004、3105、3005等含鎂合金的鑄軋卷材，生產(chǎn)卷數(shù)基本在10卷以內(nèi)，每次立板后只能生產(chǎn)3卷～5卷，最大產(chǎn)量只達(dá)到40多噸，成品率非常低。而且頻繁立板、處理缺陷等都嚴(yán)重影響成品率，造成生產(chǎn)成本的增加，究其原因主要是用電解鋁液直接生產(chǎn)時(shí)，由于電解鋁液的特殊性很容易造成嘴腔結(jié)渣，結(jié)渣塊破壞了嘴腔內(nèi)鋁液的溫度場，影響了結(jié)晶過程[2]，從而造成了板面缺陷。由于鑄嘴腔結(jié)渣造成了生產(chǎn)中剪廢量大和成品率低，針對問題通過反復(fù)試驗(yàn)，一方面加強(qiáng)熔體的爐內(nèi)凈化處理[3，4]，同時(shí)又設(shè)計(jì)了兩種人工消除嘴腔結(jié)渣的方案并在生產(chǎn)實(shí)際中進(jìn)行實(shí)施。

1.1 從鑄嘴后面對嘴腔進(jìn)行攪拌

在生產(chǎn)過程中從板面缺陷量出嘴腔結(jié)渣的對應(yīng)位置，在鑄嘴后方將鋼條從扇板和檔條縫隙中插入到鑄嘴內(nèi)進(jìn)行左右攪拌，使結(jié)渣塊破碎并隨著生產(chǎn)的延續(xù)帶出，結(jié)渣清理后嘴腔內(nèi)鋁液的分布和溫度場又重新回到了起始的均勻性，板面質(zhì)量隨之有了明顯改善。在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，由于受鑄嘴結(jié)構(gòu)[5]的制約，鑄嘴中間部分被供料嘴和前箱阻檔，無法有效插入鋼條進(jìn)行內(nèi)腔攪拌。同時(shí)該方案只適合一級分流的鑄嘴進(jìn)行局部攪拌，大面積進(jìn)行攪拌時(shí)，造成的間隙較大容易漏鋁，在封堵縫隙時(shí)容易燙傷，存在較大的安全隱患，所以此方法只適合處理板面兩側(cè)的缺陷。

1.2 放掉嘴腔內(nèi)鋁液清理嘴腔內(nèi)結(jié)渣

針對板面大面積出現(xiàn)嘴腔堵塞的缺陷，以及鑄嘴采用二級、三級分流的生產(chǎn)工藝，采取了將嘴腔內(nèi)的鋁液放掉，人工清理嘴腔內(nèi)的結(jié)渣。此方法是將鑄嘴內(nèi)腔的鋁液通過前箱放流口放干凈，鑄嘴腔內(nèi)的氧化膜和扇板完全分離，人工從輥縫之間將腔內(nèi)的結(jié)渣塊與氧化膜清理，然后進(jìn)行二次出板，恢復(fù)正常生產(chǎn)達(dá)到處理缺陷的目的。

在實(shí)驗(yàn)過程中，首先要將前箱溫度升至740℃，放空嘴腔中的鋁液，從出板方向的輥縫中人工將腔內(nèi)的結(jié)渣塊破碎后勾出，然后進(jìn)行二次出板，板面缺陷得到解決，而且連續(xù)生產(chǎn)卷數(shù)大大增加。表1為公司3xxx合金和部分其他合金采用此方法的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

表1 連續(xù)生產(chǎn)卷數(shù)統(tǒng)計(jì)

2 專用工具的設(shè)計(jì)制作及處理工藝的優(yōu)化

方案實(shí)施效果非常明顯，但是實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的鑄嘴部件和工具嚴(yán)重影響了操作效率，同時(shí)還存在一定的安全隱患，根據(jù)需求設(shè)計(jì)了專用工具。

2.1 設(shè)計(jì)溫度補(bǔ)償系統(tǒng)

放掉嘴腔內(nèi)的鋁液清理氧化膜相當(dāng)于重新一次立板，鋁液溫度非常關(guān)鍵，根據(jù)立板工藝要求前箱的溫度至少達(dá)到740℃，為了確保滿足操作溫度，設(shè)計(jì)制作了溫度補(bǔ)償系統(tǒng)。(1)過濾箱入口處增加電加熱器(圖1)，在進(jìn)行清理前30min提前對進(jìn)入過濾箱的鋁液進(jìn)行加熱，以節(jié)省時(shí)間提高效率。(2)制作天然氣土火槍(圖2)，在成品卷材下線后對搭接溜槽內(nèi)的鋁液進(jìn)行快速加熱。使用了以上兩種加熱工具后，在確保爐內(nèi)鋁液溫度不變的情況下，前箱鋁液溫度的提升效率大大提高，很快達(dá)到立板需要的最低溫度740℃(表2)。

圖1 溜槽加熱器Fig.1 Downspouting heater

圖2 天然氣火槍Fig.2 Natural gas firegun

表2 前箱升溫統(tǒng)計(jì)表

2.2 新型一體前箱的設(shè)計(jì)

原有的箱式前箱在操作時(shí)存在諸多缺陷，為了實(shí)現(xiàn)快速安全釋放鋁液清理嘴腔，設(shè)計(jì)制作了分層式一體前箱(圖3)，上機(jī)使用效果良好。圖中，(1)容鋁池；(2)鑄嘴入鋁通道；(3)前箱入鋁口；(4)放流口；(5)通道入鋁口；(6)鑄嘴入鋁口；(7)停機(jī)放鋁口。

圖3 分層式一體前箱Fig.3 Laered front box

2.3 清理渣鉤的設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)初采用鋸條對嘴腔內(nèi)的結(jié)渣進(jìn)行清理，但是鋸條齒太細(xì)，鉤渣效果不好，而且容易和嘴腔內(nèi)的渣粘連，為此設(shè)計(jì)了專用清渣鉤(圖4)，使用效果良好。

圖4 專用清渣鉤Fig.4 Special slag cleaning hook

3 效果檢查

(1)板面質(zhì)量改善情況。主要是解決鑄嘴腔內(nèi)的結(jié)渣，從而達(dá)到提升板面質(zhì)量的目的，通過處理方法的研究實(shí)驗(yàn)，結(jié)渣清理后板面質(zhì)量有了明顯的提升，原來有條紋的板面條紋消失了，原來晶粒不均勻的位置晶粒均勻了，板面質(zhì)量有了明顯的提升。

(2)單次立板的通過量。對實(shí)施后4～8月的立板次數(shù)和通過量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，單次立板通過量達(dá)到了160.6t，較前期有了大幅提升，而且當(dāng)月的立板次數(shù)也有了大幅降低。

(3)成品率的提升情況。對實(shí)施后4～8月的成品率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，產(chǎn)品的成品率達(dá)到了93.2%，較前期有了明顯提升。

4 結(jié)束語

鑄嘴腔內(nèi)的結(jié)渣嚴(yán)重影響了嘴腔鋁液及溫度場[5]的均勻分布，造成板面組織條紋和晶粒偏析，文章研究了專用工器具設(shè)計(jì)和清理方法，安全高效地解決了嘴腔內(nèi)結(jié)渣問題，并消除因結(jié)渣導(dǎo)致的質(zhì)量缺陷。通過生產(chǎn)實(shí)踐證明，高效的方法不僅解決了高鎂合金鑄軋生產(chǎn)中嘴腔內(nèi)的結(jié)渣，在直接采用電解鋁液鑄軋其他合金的生產(chǎn)中同樣具有良好的效果，特別是大訂單的連續(xù)生產(chǎn)中，能夠較好地延長單次立板的生產(chǎn)周期，具有較好的社會和經(jīng)濟(jì)效益，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。