变形铝合金熔铸工艺分析

[摘 要]在变形铝合金的生产过程中，熔炼铸造是一个非常关键的工艺，该工艺在为下游工序提供合格的坯料的同时，还要尽量节约能耗、降低生产成本。本文主要介绍了变形铝合金的各个铸造工艺的特点及各工艺的优点和弊端。一对变形铝合金熔铸工艺进行分析后得出结论，为在未来的工程中熔铸工艺的选择提供一定的依据。

[关键词]变形铝合金 熔铸工艺 工艺分析

中图分类号：TG27 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）29-0022-01

引言

铝加工业的发展使铝材的应用更加广泛，尤其是在目前的航空航天工业、轨道交通业、乘用车辆制造业、军工材料及民用产品的开发行业中，铝材应用的市场被开拓发展成为了十分广阔的大市场，因此就对铝材的质量也提出了更高更严的要求。而铝材的熔铸是铝材生产的第一道工序，其目的主要是是为铝材轧制、锻造、挤压生产提供优质锭坯。锭坯的冶金质量的高低，是在后续的工序中再难以进行更改的。因此，控制好锭坯的生产与质量是发挥铝材的潜力的重要前提。要以先进的工艺技术和最低的成本获得高性能、高质量的铝合金铸锭使之满足后续工序及最终成品的需要是现代化铝材应用所追求的。

一、变形铝合金熔铸

铝熔铸是利用电解铝液、返回废料、中间合金为主要入炉原料，经熔化、保温、精炼、铸造成锭，铸锭经锯切、铣面处理成压延车间需要的合格扁锭，或者铸轧/连铸连轧成板带坯。其主要的工艺过程为熔炼、熔体处理、铸造。铝熔铸的这三个主要工序过程是紧密衔接、相互制约、密切配合才能完成熔铸过程。在此过程中，如何发挥设备寿命期内的能力，提高生产力，节能降耗，降低生产成本越来越受到铝加工行业的关注。

二、变形铝合金熔炼

熔炼过程为了使熔体内部成分、温度均匀，需要采用适当的搅拌技术，建议采用电磁搅拌。电磁搅拌的主要优点是：减少炉内各部位熔体的温度差；熔体成分均匀；由于提高了热的传输，能耗下降；炉渣下降。

铝熔体处理一般指对熔体进行合金化、净化与细化。合金化的目的是为了提高强度，此外，还应该考虑改善加工性、抗蚀性、耐磨性、硬度、液态金属的流动性、表面性能以及其他特殊性能等。净化处理或精炼是采取措施使铝熔体中不希望存在的气体与固体物质降到所允许的范围以内，以确保材料的性能符合标准或某些特殊要求。铝熔体的净化处理主要是将氢及氧化铝降到所要求的水平或更低一些。为了获得铸锭均匀细小的最佳晶粒组织，主要途径有控制凝固时的温度制度，细化处理。

三、变形铝合金铸造

铝合金铸造是将经检验合格的铝熔体浇注到带有水冷却设施的结晶器中，使熔体在重力场或外力场的作用下充型、冷却、凝固成铝锭坯的工艺过程。变形铝合金铸造主要有半连续铸造、铸轧、连铸连轧三种铸造工艺。半连续铸造属于静模铸造，铸轧和连铸连轧属于动模铸造。对于变形铝合金铸造来说，作者认为动模铸造是发展的方向，它可以实现液体金属一次加工成材，达到节能、降耗、提高生产效率的目的。动模铸造可分为四类：其一是辊间铸造，液体金属从供流嘴流到一对相向转动的轧辊之间冷凝成形并被压延成板材，典型的辊间铸造是连续铸轧技术；其二是轮间铸造，用带定型槽沟的环形轮和钢带组成结晶器，金属液进入结晶腔内，随铸轮同步运行，在铸轮与钢带分离处，熔体凝结成坯并以与铸轮周边相同的线速度拉出锭坯；其三是带间铸造，结晶器由两条相互平行的履带式类型的钢板模或钢带组成；其四是无接触铸造，气化层铸造以及电磁铸造属此类的铸造方式。对于变形铝合金板带的成型，选用铸轧和连铸连轧的优势明显。

（一）半连续铸造坯锭

目前应用最多的是直接水冷立式半连续铸造机，它可以生产各种铝合金牌号和规格的扁锭以及实心和空心圆铸锭。铸造过程中铝液重量基本压在引锭座上，对结晶器壁的侧压力较小、凝壳与结晶器壁之间的摩擦阻力较小，且比较均匀。牵引力稳定可保持铸造速度稳定，铸锭的冷却均匀且容易控制。其中尤以液压铸造机的应用最为普遍，特别是内导式铸造机的优点更为明显。

（二）铸轧

铝熔体从净化处理装置流出后，进入可以控制液面高度的前箱内。通过前箱底侧的横浇道流入由保温材料制成的供料嘴中，液体金属靠静压力由供料嘴直接进入一对相反方向旋转的铸轧辊中间。铸轧辊使液体金属快速结晶。随着铸轧辊的转动，铝熔体的热量不断通过凝固壳被铸轧辊带走，结晶前沿温度持续下降，结晶面不断向熔体内部推进，当上下两个结晶层增厚并相遇时，即完成铸造过程而进入轧制区，经轧制变形成为铸轧带坯。铝带坯连续铸轧技术代替了通常铸锭热轧工艺生产带坯所需的铸造、锯切、铣面、加热、热轧等全部工序。

（三）连铸连轧

连铸连轧工艺是一种工艺设备紧凑，在连续铸造机后面紧接着配置热连轧轧机组的紧凑生产线，是从液体到板带材一次性完成的连续生产线。显然，连铸连轧不同于连续铸轧，后者是在旋转的铸轧辊中，铝熔体同时完成凝固及轧制变形两个过程。但是两种方法的共同点均是将熔炼、铸造、轧制集中在一条生产线，从而实现从铝液到铝板带坯连续性生产，比常规的间断式生产流程少了多道工序。

在连铸连轧工艺中，铝熔体通过铸造前箱及铸嘴进入运动的双钢带水冷模腔。前箱安放在铸机的进口处，进入前箱铝液的流量大小由流槽上的浮漂式控制器来控制，控制信号大小由铸造速度传感器反馈。铸嘴上开有小孔，在小孔中通入低压惰性气体等，均匀地分布在钢带和铝液之间，起到铝液和钢带间的热传递，使进入钢带口的铝液凝固均匀，不会使钢带间产生急速的热胀冷缩，引起钢带变形，影响铝板带表面的平整度。在钢带的下部安装有钕-铁-硼强磁体支撑辊，产生的强磁力对钢带有极强的吸引力，使钢带限制在铸机规定的范围内运动，铸造出来的铸坯截面是矩形的。

结语

综上所述，在变形铝合金板带材生产的工艺选择上，连铸连轧具有相当明显的优势，对于铝熔铸的工艺配置应该是针对企业对产品定位方面的考虑，单就产能及基本投资而言，从产品产能的灵活性以及生产产品的多样性考虑，首选的应该是普通热轧工艺流程。但是对于刚刚起步或初涉猎铝加工的企业来说，选择成熟的铸轧工艺也不失为一种少投入、快见效、迅速回收成本、产能虽小不会被套牢的工艺。

参考文献

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