熔鑄工藝流程圖

1、鑄軋、鑄造的相關(guān)知識肖立?。赏夹g(shù)總顧問）熔鑄工藝流程圖： 電解鋁液 鋁錠（含廢料、中間合金等）熔化 扒渣 調(diào)溫調(diào)成分 其他固態(tài)金屬取樣分析 精煉 轉(zhuǎn)爐 調(diào)溫精煉 靜置 在線精煉 變質(zhì) 過濾爐子準備：烘爐烘爐曲線 升溫過程中不損害爐子壽命爐料要求和加料順序： 爐料要求 : 無吸水，無油污 加料順序： 廢料 中間合金 鋁錠 化平后銅、鋅等 鎂 添加劑 取樣4 熔化：TMTQ= C1dT +L+ C2dT20 1TM 2C1固體比熱：卡 / 克 0C ； C 2液體比熱：卡 / 克 0C L熔化潛熱：卡 / 克 0C黑度：熔化時的增氣反應(yīng)： 鋁和水發(fā)生反應(yīng)： 2Al+3H 2O=Al2O3+6H

2、 火焰爐燃燒時發(fā)反應(yīng)： C mHn+O2CO+CO 2+H2O熔體中氫的平衡溶解度：S=K PH 2影響熔體含氣量的因素：合金元素影響：VMeO / V Me 1 1 = 1 氧化鋁膜密度 3.47 克 / 3，致密，可防止繼續(xù)氧化： 氧化鋁膜表面疏松，存在 5010010-10 m的小孔，在熔煉溫度下含有 12%的水分；在 9000C 以上時，完全變成氧化鋁，密度增到 3.97 克 / 3，體積收縮 13%，氧化鋁易被攪入鋁液中。熔體溫度影響： 3) 熔體停留時間影響： 4) 空氣濕度影響： 8 熔化時的造渣反應(yīng)：有關(guān)化學(xué)元素的氧化物生成自由能幾種氧化物和熔融鋁可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)式：3SiO

3、2 + 4Al = 2Al 2O3 + 3Si3FeO + 2Al = Al2O3 + 3FeCr2O3 + 2Al = Al 2O3 + 2CrSiO2 + 2Mg = 2MgO + Si9電解鋁液的情況：溫度高： 900 9300C爐內(nèi)停留時間長： 24 小時以上含氣量高，氧化夾渣多，結(jié)晶核心鈍化10調(diào)成分調(diào)溫：1)加入廢料、中間合金、鋁錠；2 )加入銅、鋅等其他金屬3)加入鎂和其他添加劑； 4)快速升溫5) 取樣分析精煉： 基本原理：吸附凈化：依靠精煉劑產(chǎn)生的吸附作用達到去氧化夾雜和氣體的目的。 惰性氣體吹洗： 活性氣體(氯氣)吹洗：Cl 2 + 2H = 2HCl 3Cl2 + 2Al

4、 = 2AlCl 3 混合氣體(惰性氣體 + 氯氣、惰性氣體 + 氯氣 + 一氧化碳)吹洗刷：2Al 2O3 +6Cl2 = 4AlCl 3 + 3O23O2 + 6CO = 6CO2 熔劑法：30%NCal + 47%KCl + 23%Na3AlF6（高鎂合金除外）60%（KCl+MgC2l） + 40%CaF2（用于高鎂合金） 其中一部分可能發(fā)生如下反應(yīng)：3KCl + Al = AlCl 3 + K3NaCl + Al = AlCl 3 + 3Na2Na3AlF6 + 4Al 2O3 = 3Na2OAl 2O3+4AlF3 四氯化碳精煉（將預(yù)熱好的泡沫輕質(zhì)磚浸泡在 CCl4 中）：3CCl

5、 4 + 4Al = 4AlCl 3 + 3CCCl 4 + 4H = 4HCl + C2）非吸附法： 真空去氣、靜態(tài)真空去氣、靜態(tài)真空加電磁攪拌去氣、動態(tài)真空去氣精煉操作：1）精煉溫度：鑄造（或鑄軋）溫度 +100C 左右2）精煉時間： 820 分鐘（氣體精煉）3）熔劑精煉： 56千克/ 噸4）靜置時間： 1530 分鐘精煉須注意的幾個問題：1）工具預(yù)熱 5 分鐘以上；2 ）熔劑、通氣管道不得吸潮3）惰性氣體中的水汽和氧含量 20ppm； 4 ）通氣掀起浪高在 50 左右 14 泡沫陶瓷過濾等：泡沫陶瓷過濾原理： =（CiC0）/C0=1exp（K0L/Um）Ci 熔體中夾雜物的初始濃度C0

6、過濾后熔體中夾雜物的濃度過濾效率 K0動力學(xué)參數(shù)系數(shù)U m過濾速度L過濾器厚度不同流速對夾雜物流向的影響爐外在線精煉：SNIF法氣體分析：測氫原理圖1氣體減壓閥2干燥氣體裝置3穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥4轉(zhuǎn)子流量計5壓力表6熱導(dǎo)池參化電池7六通閥8分子篩 9熱導(dǎo)池氣體檢測電池10記錄儀11氮氣減壓閥12針形閥13轉(zhuǎn)子流量計14三通閥15探頭16循環(huán)泵17采樣管18熔融鋁結(jié)晶與變質(zhì)： 結(jié)晶過程：形核 長大 結(jié)晶完成 決定晶粒大小的因素：晶核數(shù)量、晶粒長大速度晶核的形成： 均質(zhì)形核（自發(fā)形核）形核能：自發(fā)形核的條件：亞穩(wěn)流體（處于過冷狀態(tài)下的鋁熔體） 能量起伏面自由能升高，恒為正 體自由能降低 , 為負值 GG*

7、成分起伏依靠自發(fā)形核結(jié)晶的晶粒在結(jié)晶器壁上形成球冠狀核心球冠核形成能G*=（16s2sf/3 g2）f （m） F（m）=（2+COS）（1COS）添加外來核心： 添加細化劑：采用電磁振蕩、超聲波振蕩、機械振動擊碎枝晶，成為核心 變質(zhì)劑細化：鋁合金常用變質(zhì)劑有： AlTi Al Zr Al Ti BAlTi BRe 鑄軋生產(chǎn)中最常用的變質(zhì)劑為 Al+（5 %Ti+（.1 %BTiAl 3呈塊狀，尺寸在 9125m之間，要求尺寸在 20 m之間的多 TiB2 團塊尺寸在 m以下，均勻分布。變質(zhì)處理工藝： 添加時熔體溫度： 705 50C 添加后熔體停留時間： 30 分鐘 添加位置：一般在過濾前加

8、入變質(zhì)劑添加機構(gòu)：雙輥鑄軋： 雙輥鑄軋形式：底注式、傾斜式、水平式傾斜式水平式鑄軋基礎(chǔ)知識：鑄軋區(qū)分為三區(qū)：L1 冷卻區(qū)L 2 結(jié)晶區(qū) L 3 軋制區(qū)鑄軋區(qū) L = L ！ + L2 + L 3(超型鑄軋機一般為 6075mm) 鑄軋溫度：(6957050C)、鑄軋速度、前箱液面高度 、卷取張力、冷卻強度 22 鑄軋參數(shù)的選定：1) 鑄軋區(qū)的確定：鑄軋溫度的確定：鑄軋速度的確定：冷卻強度的確定：主要調(diào)節(jié)冷卻水量 (調(diào)節(jié)進出水溫差) 來調(diào)節(jié)冷卻強度， 一般進出水溫差控 制在 50C以下 。鑄軋實踐： 鑄嘴結(jié)構(gòu)：鑄嘴制作、鑄嘴裝配、跑渣燙前箱、立板鑄軋板質(zhì)量缺陷分析：1)粗大晶粒、粗晶面、粗晶帶2

9、)尺寸超差3)裂紋4)熱帶 5)氣道 6) 粘板7)折裂8)通條劃溝 9)表面夾雜 10) 龜裂鑄造：、鑄造方法分類：鑄造方法一般分為錠模鑄造、半連續(xù)鑄造。（ 1） 錠模鑄造：分生鐵模和水冷模。 生鐵模模型由生鐵制成，如電解鋁廠澆注重熔用鋁錠的鐵模即是。 水冷模模型外壁可做成水套， 通水冷卻， 加大結(jié)晶時的冷卻強度。 可以 是生鐵模，也可以不是生鐵模。（ 2） 半連續(xù)鑄造： 以一定的鑄造速度將熔融金屬不斷地澆入結(jié)晶器內(nèi)， 結(jié)晶器 配有水套，通以一定的冷卻水， 結(jié)晶后的鑄錠連續(xù)不斷地以一定的速度拉出。 （創(chuàng) 元鑄造車間 3#爐暫時用來生產(chǎn)母線，即用半連續(xù)鑄造中的水平鑄造） 半連續(xù)鑄造又分水平鑄造

10、和立式鑄造。 水平鑄造在銅及銅合金生產(chǎn)中應(yīng)用普 遍，鋁合金生產(chǎn)應(yīng)用不多。二、半連續(xù)鑄造的特點： 半連續(xù)鑄造是將鋁熔體引入一銅制或鋁制的結(jié)晶器內(nèi)，結(jié)晶器外壁裝有水套，通水冷卻。熔體導(dǎo)入結(jié)晶器時，先通過一漂浮漏斗，使熔體均勻地分配到結(jié) 晶器中，形成液穴（見圖） 。圖 半連續(xù)鑄造的液穴形態(tài)a 圓錠直徑： 250 mm；b扁錠： 200 950 mm三、半連續(xù)鑄錠鑄造組織：典型的鑄造組織存在三個區(qū)： 即外圈的細小等軸晶區(qū)， 中環(huán)的柱狀晶區(qū)， 中 心的大等軸晶區(qū)。在橫截面上，晶粒的形狀和大小是不同的。四、造成鑄錠斷面上晶粒組織不同的主要原因： 半連續(xù)鑄造（亦稱直接水冷鑄造）表面結(jié)晶時，靠近結(jié)晶器壁的熔體

11、，過冷 度較大，能在器壁上形成足夠多的核心，核心長大成細小等軸晶粒 , 細等軸晶結(jié) 成殼體，殼體冷卻收縮， 在殼體與結(jié)晶器壁之間形成縫隙， 縫隙的熱阻急劇增加， 從而減小了結(jié)晶前沿的溫度梯度，減小了過冷度，這使得晶核長大的速度減慢， 其結(jié)晶前沿有機會繼續(xù)成核。核心多，長大速度慢，就出現(xiàn)了細等軸晶帶。鑄錠一邊結(jié)晶 , 一邊從結(jié)晶器中被拉出。這時冷卻水直接噴射到鑄錠表面， 消除了熱阻層， 加大了冷卻強度， 從而增大了晶粒的長大速度， 使得結(jié)晶前沿還來不及形成核心，晶粒已經(jīng)迅速長大，形成了柱狀晶帶如果鑄錠直徑(或厚度)足夠大，中心區(qū)域尚未結(jié)晶完成。隨著凝固層的增 厚，導(dǎo)熱率減小，過冷度減小，因此在中

12、心部分晶粒長大的速度減慢了，有條件 形成新的結(jié)晶核心， 但由于過冷度小， 結(jié)晶核心的數(shù)量明顯減少， 因而形成較粗 大的等軸晶區(qū)。五、影響鑄錠質(zhì)量的主要因素：1) 化學(xué)成分： 一般來說，合金成分越復(fù)雜，晶粒較細?。患兌仍礁?，晶粒越粗大。 (對鋁合金而言，其雜質(zhì)鐵與硅，還得按一定的比例相配，否則會惡化鑄造工藝性能， 產(chǎn)生鑄造裂紋。2) 鑄時的液穴形狀和深度： 液穴是由一個個的等溫面構(gòu)成的。 等溫面越平坦， 深度越小， 也就是液穴越 平坦，深度越淺，鑄造性能越好，越能得到細小均勻的鑄造組織。工藝參數(shù)： 鑄造溫度：鑄造溫度越高，熔體流動性越好，有利于改善表面質(zhì)量，但使液 穴深度增加，容易出現(xiàn)鑄造裂紋

13、;鑄造溫度低,表面易出現(xiàn)冷隔 ,內(nèi)部易產(chǎn)生疏松； 鑄造速度：速度快，液穴深度增加，易出現(xiàn)裂紋，速度慢，表面質(zhì)量惡化， 易出現(xiàn)偏析瘤、冷隔等；冷卻強度：冷卻強度大，表面質(zhì)量好，但容易出現(xiàn)裂紋；冷卻強度小，熔體 產(chǎn)生的過冷度小，粘度大，易出現(xiàn)粗大晶粒和疏松，并惡化表面質(zhì)量。潤滑條件: 潤滑不好，會產(chǎn)生拉裂。六、鑄錠組織及控制：主要是在凝固時增加熔體中的形核率， 控制晶粒長大在合適的速度， 而最有 效的手段是添加晶粒細化劑(即變質(zhì)劑) ，增加外來核心；控制鑄造工藝參數(shù)， 降低澆注溫度，抑制柱狀晶成長。七、鑄造缺陷：1) 羽毛狀晶2 ) 浮游晶 3 ) 樅樹組織偏析：鑄錠各部分化學(xué)成分的不均勻叫做成分

14、偏析。偏析分為宏觀偏析和微觀偏 析。常見的宏觀偏析有：比重偏析、逆偏析、偏析瘤、粗大金屬間化合物等。疏松：疏松是一種微小的分散縮孔或氣孔， 分組織疏松和氣體疏松。 從形成的范圍 看，分宏觀疏松和顯微疏松裂紋：裂紋也是鋁合金鑄造中常見的一種缺陷 , 且是一種惡性缺陷。鑄錠中只要發(fā) 現(xiàn)這種缺陷，無例外地予以報廢。裂紋的種類： 、按裂紋的形式分有如下幾種： 圓鑄錠中心裂紋、環(huán)狀裂紋、表面裂紋、橫向裂紋等。 扁鑄錠底部裂紋、側(cè)面裂紋、表面裂紋、澆口部裂紋等。 空心鑄錠內(nèi)部放射狀裂紋、環(huán)狀裂紋、橫向裂紋等。、按裂紋形成機理分有下列兩種：熱裂紋，冷裂紋。扁鑄錠裂紋(見圖) 底部裂紋：這種裂紋是由于鑄造開始

15、時，底部金屬接觸溫度低的底座，圖 扁鑄錠的裂紋形式氣孔8 ) 夾渣 9 ) 氧化膜 10 ) 冷隔八、鑄錠質(zhì)量檢查：化學(xué)成分、錠坯尺寸、 表面質(zhì)量：表面質(zhì)量檢查包括彎曲度、表面裂紋、表面夾雜、坑洞、冷隔、 偏析瘤、拉裂等內(nèi)部質(zhì)量：晶粒度、夾雜、羽毛狀晶、光亮晶粒、粗大化合物、裂紋等九、鑄造工具簡介：鑄造機 半連續(xù)鑄造機包括：鑄造平臺、升降臺、傳動裝置、鑄錠底座、水冷系統(tǒng)等。目前鋁合金加工生產(chǎn)中使用鑄造機的形式有；鋼絲繩傳動鑄造機、 絲杠傳動鑄造機、液壓式鑄造機、鏈傳動鑄造機等。）結(jié)晶器和底座結(jié)晶器，又稱冷凝器，是半連續(xù)鑄造中的關(guān)鍵工具。其設(shè)計、制做的合理與好壞，影響到鑄錠的形狀、尺寸、內(nèi)部組織

16、和表面質(zhì)量。底座：托住鑄錠并將鑄錠從結(jié)晶器拉出的機構(gòu) ）扁錠結(jié)晶器工廠常用的扁錠結(jié)晶器如圖示，主要尺寸見表 6。結(jié)晶器寬面稍呈 向外突出的弧形， 是考慮鑄錠收縮后， 能夠獲得平坦的鑄錠表面。 根據(jù) 實測，鑄錠截面上鑄造 275 1040（或 1240）mm扁錠用結(jié)晶槽鑄造 300 1200mm7A0合4 金用結(jié)晶槽鑄造 200 1400mm硬鋁合金用結(jié)晶槽鑄造軟合金扁錠結(jié)晶槽和水冷裝置示意圖1 結(jié)晶槽 2 蓋板 3 水管 4 底座鑄造硬合金扁錠結(jié)晶槽和水冷裝置示意圖1 水箱（兼蓋板） 2 擋水板 3 結(jié)晶槽 扁錠結(jié)晶器主要尺寸， mm鑄錠規(guī)格結(jié)晶器長度結(jié)晶器寬度結(jié)晶器高度小面弧半徑ll1bb1

17、hh1R1R227510401070802802801903515225275124012608028028019035155003001200123023031030020065882102001400142020520520520075601452551500153022027026420070901753001500153015031030020012068硬鋁扁錠結(jié)晶器水箱示意圖鑄造 200 1400mm硬合金扁錠底座示意圖鑄造 2751040mm軟合金扁錠用底座示意圖四）金屬轉(zhuǎn)注及液流控制裝置鑄造過程中幾種液流的控制方法a 1浮標 2柱塞3結(jié)晶器4 中間容器b 1浮標漏斗 2流管3結(jié)晶器c 1操縱機構(gòu)； 2釬塞3結(jié)晶器4 液面監(jiān)測器十、現(xiàn)代半連續(xù)鑄造技術(shù)一）熱頂鑄造熱頂鑄造示意圖二）同水平熱頂（或絕熱模）鑄造（見下圖）絕熱模鑄造結(jié)晶器三）電磁鑄造電磁結(jié)晶器構(gòu)造簡圖a 冷卻水直接下噴； b冷卻水與表面成較大角度1 感應(yīng)圈 2 電磁屏蔽3 冷卻水套電磁鑄造結(jié)晶器由感應(yīng)線圈、屏蔽和冷卻水套構(gòu)成。當(dāng)交變電流通過感應(yīng) 線圈時， 液穴內(nèi)熔體在交變磁場的作用下便會產(chǎn)生感生電流。 由于集