氣幕鑄造工藝技術(shù)

1、氣幕鑄造工藝技術(shù)鋁及鋁合金的半連續(xù)鑄造技術(shù)， 已經(jīng)歷了普通模鑄造，矮結(jié)晶器鑄造， 隔熱模鑄造，熱頂鑄造和電磁鑄造等階段。 電磁鑄造能生產(chǎn)出內(nèi)， 外質(zhì)量?jī)?yōu)良的產(chǎn)品， 但是由于技術(shù)裝備復(fù)雜，投資大，操作維護(hù)要求高，且不便于實(shí)現(xiàn)多模生產(chǎn)，故工業(yè)生產(chǎn)尚不普及。過(guò)去傳統(tǒng)的半連續(xù)鑄造和普通熱頂鑄造，由于工藝技術(shù)上的局限，無(wú)法使產(chǎn)品的內(nèi)部和外部質(zhì)量有更大的提高。油氣潤(rùn)滑自動(dòng)鑄造技術(shù)就是在普通熱項(xiàng)鑄造基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)。為改善半連續(xù)鑄造技術(shù)鑄錠的表面和表層組織的質(zhì)量，必須要減少直接經(jīng)由冷結(jié)晶環(huán)所散失掉的熱量， 減輕鑄錠一次冷卻。油氣潤(rùn)滑自動(dòng)鑄造的核心就是利用專門設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，將空氣和潤(rùn)滑油的混合物引入結(jié)

2、晶器的工作面，由于空氣/油混合物的絕熱效果很好，這樣就達(dá)到了減少直接經(jīng)由結(jié)晶環(huán)散熱的目的。目前推廣得較多的有美國(guó)Wagstaff 的 Airslip( 氣滑 )和德國(guó) VAW 的 Airsol VeilR 氣幕的鑄造工藝技術(shù)，國(guó)內(nèi)南平鋁廠和貴州鋁廠分別成套引進(jìn)了上述兩種技術(shù)。本文討論的是使用 Airsol VeilR 模的氣幕鑄造工藝技術(shù)，它的結(jié)晶環(huán)由鋁合金制成。圖 1 為氣幕鑄造原理圖。一、氣幕鑄造的工藝裝備如圖 1，氣幕鑄造的工藝裝備，是把空氣/ 油混合物通過(guò)油氣分配環(huán)引入結(jié)晶環(huán)的上部，在鑄造過(guò)程中對(duì)鑄錠實(shí)現(xiàn)連續(xù)潤(rùn)滑的裝備。1結(jié)晶器如圖 2 所示，結(jié)晶器由上模、下模組成，材料均為鋁合金，為

3、上安裝方式，拆卸方便。上模完成金屬液的導(dǎo)入，保溫；下模完成空氣，油的導(dǎo)人，鑄錠的一次冷卻。結(jié)晶器的下端設(shè)計(jì)有冷卻水出水縫隙， 完成鑄錠的二次冷卻。結(jié)晶器材質(zhì)為鋁合金，這里作為工作面的結(jié)晶環(huán)，要求具有較高的加工精度，以滿足鑄錠生產(chǎn)的要求。結(jié)晶器內(nèi)環(huán)的高度為20-40mm 。2油、氣分配環(huán)油、氣分配環(huán)材質(zhì)為不銹鋼，上、下兩面均銑槽， 上面為空氣導(dǎo)入槽，下面為潤(rùn)滑油導(dǎo)入槽。空氣和油經(jīng)熱頂和結(jié)晶器內(nèi)環(huán)之間的環(huán)行通道流入到結(jié)晶器內(nèi)環(huán)的工作面， 在此環(huán)行通道出口之前，空氣和油就已經(jīng)形成混合物。因此，空氣 /油混合物就沿著結(jié)晶器內(nèi)環(huán)被排出，實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄錠的連續(xù)潤(rùn)滑。 這里，空氣與油的導(dǎo)入量必須保持一定的比例，

4、以獲得最佳的鑄錠質(zhì)量，它們的控制采用了 PLC 控制技術(shù)，以確保鑄造過(guò)程中參數(shù)的穩(wěn)定。3熱頂帽熱帽由陶瓷耐火材料制成，要求有良好的保溫性能。它由上、下兩部分組成，為側(cè)部開(kāi)口，這種設(shè)計(jì)便于實(shí)現(xiàn)多模鑄造。同時(shí)要求具有較高精度的加工尺寸，以確保上、下熱帽之間，熱帽與分配環(huán)之間的精確安裝。熱帽的高度是一個(gè)十分重要的參數(shù)，較低的熱帽對(duì)鑄錠質(zhì)量將產(chǎn)生好的影響， 理論上分析， 結(jié)晶器壓縮空氣的壓力參數(shù)設(shè)置應(yīng)與熱帽高度相吻合。對(duì)中、小直徑的 Airsol VeilR結(jié)晶器，熱帽高度通常為50-75mm 。4空氣 /油供應(yīng)系統(tǒng)圖 3 為結(jié)晶器供應(yīng)空氣和潤(rùn)滑油并帶有相應(yīng)測(cè)量及控制儀表的工藝流程示意圖?？諝庥梢慌_(tái)離

5、心式空壓機(jī)供應(yīng)，為便于調(diào)節(jié)， 控制， 必須使用流量計(jì)和壓力表，所反應(yīng)的數(shù)據(jù)能夠報(bào)告結(jié)晶器是否處于良好的工作狀態(tài)。潤(rùn)滑油由一帶泵的油箱經(jīng)一專門設(shè)計(jì)的油分配閥分四組供應(yīng)至澆鑄平臺(tái)。二、氣幕鑄造工藝參數(shù)及鑄錠質(zhì)量表現(xiàn)1鑄造工藝參數(shù)經(jīng)過(guò)大量的生產(chǎn)實(shí)踐，以6063 鋁合金生產(chǎn)為例，確定了如表1 所示的工藝參數(shù)。2鑄錠質(zhì)量狀況同樣以 6063 鋁合金為例，以上述工藝參數(shù)鑄造，獲得了質(zhì)量很好的鑄錠。2 1 鑄錠表面質(zhì)量1壓力表2帶調(diào)節(jié)的空氣流量測(cè)量?jī)x表3減壓閥4連接空氣管道網(wǎng)5潤(rùn)滑油流量表6潤(rùn)滑油分配泵211 產(chǎn)品表面光滑，部分鑄錠甚至達(dá)到表面無(wú)缺陷，其表面光滑在鑄造速度快時(shí)容易得到。212 鑄錠表面基本無(wú)

6、成層， 只在鑄造速度偏低的情況下發(fā)現(xiàn)很細(xì)的成層，這主要是因?yàn)樵诮Y(jié)晶器內(nèi)熱帽至結(jié)晶環(huán)轉(zhuǎn)彎處有結(jié)晶殼出現(xiàn)導(dǎo)致的，提高鑄造速度即可消失。2 1 3 鑄錠表面物偏析物少甚至沒(méi)有。生產(chǎn)表明這和熔體氫氣含量有關(guān)，當(dāng)氫氣含量0 20ml/100gAL時(shí)，此種現(xiàn)象幾乎不存在。2 2 鑄錠內(nèi)部質(zhì)量生產(chǎn)對(duì) l20mm ， 178mm ， 203mm 鑄錠進(jìn)行了抽樣分析，得出如下結(jié)果。221宏觀組織未發(fā)現(xiàn)任何組織缺陷，所送樣品晶粒度均優(yōu)于粒度均為1 級(jí)。2 2 2 金相組織l 級(jí)組織，生產(chǎn)的所有批號(hào)產(chǎn)品，工廠分析晶樣品金相組織晶粒細(xì)密，均勻。三、影響鑄錠質(zhì)量的幾個(gè)工藝要素分析生產(chǎn)實(shí)踐證明， 在氣幕鑄造過(guò)程中， 為獲

7、得良好的鑄錠質(zhì)量， 對(duì)下列要素的控制是十分重要的。1溫度梯度具有較大熔鑄生產(chǎn)能力的生產(chǎn)線上，澆鑄平臺(tái)都比較大，以貴州鋁廠氣幕鑄造生產(chǎn)線為例，120mm 規(guī)格的結(jié)晶器， 在平臺(tái)上布置了 56 個(gè)。為確保處于每個(gè)位置的鑄錠質(zhì)量相對(duì)均勻，提高鑄次成品宰，就必須確保平臺(tái)上每個(gè)結(jié)晶器都能獲得相似的鋁液溫度條件。生產(chǎn)證明，使用保溫性能好的流槽時(shí)(流槽每米溫降小于2澆鑄平臺(tái)遠(yuǎn)端和近端溫差約為10左右 )產(chǎn)品外觀質(zhì)量明顯提高，鑄次成品率達(dá) 95左右。反之，產(chǎn)品的表面質(zhì)量明顯下降成品率降低。2熔體氫氣含量控制已知的情況， 氫氣含量是影響鑄錠內(nèi)部質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素。在氣幕鑄造生產(chǎn)中，它還是影響產(chǎn)表面光滑度的一個(gè)重

8、要因素。如圖1 所示，氣幕鑄造空氣/油是由結(jié)晶環(huán)的上部進(jìn)入結(jié)晶器的，其空氣壓力參數(shù)是根據(jù)熱帽高度進(jìn)行計(jì)算設(shè)定的。此時(shí)，如熔體氫氣含量過(guò)高，其壓力會(huì)影響空氣壓力的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響到鑄錠的潤(rùn)滑，導(dǎo)致產(chǎn)品光滑度降低。使用測(cè)氫儀檢測(cè)，當(dāng)氫氣含量低于0 2ml/100gAl 時(shí)，鑄錠表面光滑。Alcan3熱頂帽高度熱頂帽高度的選擇對(duì)鑄錠的表面質(zhì)量有著重要的影響，圖 4 表示了空氣導(dǎo)入量與熱頂高度的關(guān)系， 如圖可以分析出，隨著熱頂高度的降低，空氣的導(dǎo)入量減少，獲得鑄錠表面光滑的比例提高。 而且隨著鑄錠直徑的增大，這種高度的影響愈加明顯。因此較低的熱帽高度對(duì)表面質(zhì)量將產(chǎn)生好的影響。通常情況下，在中、小直徑的

9、鑄錠生產(chǎn)中，熱帽高度為50-75mm 。四、工藝特點(diǎn)分析氣幕鑄造的工藝裝備決定了它有其固有的工藝特點(diǎn)，主要分析如下。1一次冷卻減弱，二次冷卻加強(qiáng)。氣幕鑄造中，空氣和油在進(jìn)入結(jié)晶器工作面時(shí)就已形成空氣 /油混合物，這種混合物存在于鑄錠和結(jié)晶器環(huán)之間，由于這種混合物具有良好的絕熱效果， 因此鋁液進(jìn)入結(jié)晶器后，結(jié)晶器壁帶走的熱量很少，減弱了鑄錠的一次冷卻，因而鑄錠的二冷卻相應(yīng)增高，與此同時(shí)， 由于結(jié)晶器下部的水簾冷卻強(qiáng)度好，加強(qiáng)了鑄錠軸向冷卻，使鑄錠的液穴變得平坦，穩(wěn)定了生產(chǎn)工藝性能。2鑄造速度提高。與普通熱項(xiàng)鑄造相比，氣幕鑄造的鑄造速度明顯提高。這主要由于液穴變得平坦， 降低了鑄錠裂紋傾向。與此同時(shí)，由于鑄造速度提高，而且在單位時(shí)間內(nèi)結(jié)晶的金屬量增加，提高了平均結(jié)晶速度，從而獲得了細(xì)密均勻的結(jié)晶組織，提高了鑄錠塑性。又由于鑄錠斷面呈現(xiàn)一種適度均勻的樹(shù)技狀組織，與成層有關(guān)的鑄錠表層明顯粗大的樹(shù)技狀晶已不復(fù)存在，故鑄錠表面的成層受到抑制，鑄錠表面光滑。3有效地減少了鑄錠表面偏析物。普通熱項(xiàng)鑄造澆鑄的鑄錠，表面有明顯的偏析瘤，這主要是受結(jié)晶器影響所至。 在氣幕鑄造中， 由于工藝裝備的改進(jìn)，鑄錠冷卻情況發(fā)生變化，潤(rùn)滑改良， 故而這種情況大幅減少， 鑄錠表面表現(xiàn)為一層很薄的， 局部的甚至幾乎看不見(jiàn)的偏析瘤。五、結(jié)論1使用氣幕鑄造技術(shù)，可以生產(chǎn)出表