气幕铸造工艺技术

1、气幕铸造工艺技术铝及铝合金的半连续铸造技术， 已经历了普通模铸造，矮结晶器铸造， 隔热模铸造，热顶铸造和电磁铸造等阶段。 电磁铸造能生产出内， 外质量优良的产品， 但是由于技术装备复杂，投资大，操作维护要求高，且不便于实现多模生产，故工业生产尚不普及。过去传统的半连续铸造和普通热顶铸造，由于工艺技术上的局限，无法使产品的内部和外部质量有更大的提高。油气润滑自动铸造技术就是在普通热项铸造基础上发展起来的一项新技术。为改善半连续铸造技术铸锭的表面和表层组织的质量，必须要减少直接经由冷结晶环所散失掉的热量， 减轻铸锭一次冷却。油气润滑自动铸造的核心就是利用专门设计的系统，将空气和润滑油的混合物引入结

2、晶器的工作面，由于空气/油混合物的绝热效果很好，这样就达到了减少直接经由结晶环散热的目的。目前推广得较多的有美国Wagstaff 的 Airslip( 气滑 )和德国 VAW 的 Airsol VeilR 气幕的铸造工艺技术，国内南平铝厂和贵州铝厂分别成套引进了上述两种技术。本文讨论的是使用 Airsol VeilR 模的气幕铸造工艺技术，它的结晶环由铝合金制成。图 1 为气幕铸造原理图。一、气幕铸造的工艺装备如图 1，气幕铸造的工艺装备，是把空气/ 油混合物通过油气分配环引入结晶环的上部，在铸造过程中对铸锭实现连续润滑的装备。1结晶器如图 2 所示，结晶器由上模、下模组成，材料均为铝合金，为

3、上安装方式，拆卸方便。上模完成金属液的导入，保温；下模完成空气，油的导人，铸锭的一次冷却。结晶器的下端设计有冷却水出水缝隙， 完成铸锭的二次冷却。结晶器材质为铝合金，这里作为工作面的结晶环，要求具有较高的加工精度，以满足铸锭生产的要求。结晶器内环的高度为20-40mm 。2油、气分配环油、气分配环材质为不锈钢，上、下两面均铣槽， 上面为空气导入槽，下面为润滑油导入槽。空气和油经热顶和结晶器内环之间的环行通道流入到结晶器内环的工作面， 在此环行通道出口之前，空气和油就已经形成混合物。因此，空气 /油混合物就沿着结晶器内环被排出，实现对铸锭的连续润滑。 这里，空气与油的导入量必须保持一定的比例，

4、以获得最佳的铸锭质量，它们的控制采用了 PLC 控制技术，以确保铸造过程中参数的稳定。3热顶帽热帽由陶瓷耐火材料制成，要求有良好的保温性能。它由上、下两部分组成，为侧部开口，这种设计便于实现多模铸造。同时要求具有较高精度的加工尺寸，以确保上、下热帽之间，热帽与分配环之间的精确安装。热帽的高度是一个十分重要的参数，较低的热帽对铸锭质量将产生好的影响， 理论上分析， 结晶器压缩空气的压力参数设置应与热帽高度相吻合。对中、小直径的 Airsol VeilR结晶器，热帽高度通常为50-75mm 。4空气 /油供应系统图 3 为结晶器供应空气和润滑油并带有相应测量及控制仪表的工艺流程示意图。空气由一台离

5、心式空压机供应，为便于调节， 控制， 必须使用流量计和压力表，所反应的数据能够报告结晶器是否处于良好的工作状态。润滑油由一带泵的油箱经一专门设计的油分配阀分四组供应至浇铸平台。二、气幕铸造工艺参数及铸锭质量表现1铸造工艺参数经过大量的生产实践，以6063 铝合金生产为例，确定了如表1 所示的工艺参数。2铸锭质量状况同样以 6063 铝合金为例，以上述工艺参数铸造，获得了质量很好的铸锭。2 1 铸锭表面质量1压力表2带调节的空气流量测量仪表3减压阀4连接空气管道网5润滑油流量表6润滑油分配泵211 产品表面光滑，部分铸锭甚至达到表面无缺陷，其表面光滑在铸造速度快时容易得到。212 铸锭表面基本无

6、成层， 只在铸造速度偏低的情况下发现很细的成层，这主要是因为在结晶器内热帽至结晶环转弯处有结晶壳出现导致的，提高铸造速度即可消失。2 1 3 铸锭表面物偏析物少甚至没有。生产表明这和熔体氢气含量有关，当氢气含量0 20ml/100gAL时，此种现象几乎不存在。2 2 铸锭内部质量生产对 l20mm ， 178mm ， 203mm 铸锭进行了抽样分析，得出如下结果。221宏观组织未发现任何组织缺陷，所送样品晶粒度均优于粒度均为1 级。2 2 2 金相组织l 级组织，生产的所有批号产品，工厂分析晶样品金相组织晶粒细密，均匀。三、影响铸锭质量的几个工艺要素分析生产实践证明， 在气幕铸造过程中， 为获

7、得良好的铸锭质量， 对下列要素的控制是十分重要的。1温度梯度具有较大熔铸生产能力的生产线上，浇铸平台都比较大，以贵州铝厂气幕铸造生产线为例，120mm 规格的结晶器， 在平台上布置了 56 个。为确保处于每个位置的铸锭质量相对均匀，提高铸次成品宰，就必须确保平台上每个结晶器都能获得相似的铝液温度条件。生产证明，使用保温性能好的流槽时(流槽每米温降小于2浇铸平台远端和近端温差约为10左右 )产品外观质量明显提高，铸次成品率达 95左右。反之，产品的表面质量明显下降成品率降低。2熔体氢气含量控制已知的情况， 氢气含量是影响铸锭内部质量的一个关键因素。在气幕铸造生产中，它还是影响产表面光滑度的一个重

8、要因素。如图1 所示，气幕铸造空气/油是由结晶环的上部进入结晶器的，其空气压力参数是根据热帽高度进行计算设定的。此时，如熔体氢气含量过高，其压力会影响空气压力的稳定性，进而影响到铸锭的润滑，导致产品光滑度降低。使用测氢仪检测，当氢气含量低于0 2ml/100gAl 时，铸锭表面光滑。Alcan3热顶帽高度热顶帽高度的选择对铸锭的表面质量有着重要的影响，图 4 表示了空气导入量与热顶高度的关系， 如图可以分析出，随着热顶高度的降低，空气的导入量减少，获得铸锭表面光滑的比例提高。 而且随着铸锭直径的增大，这种高度的影响愈加明显。因此较低的热帽高度对表面质量将产生好的影响。通常情况下，在中、小直径的

9、铸锭生产中，热帽高度为50-75mm 。四、工艺特点分析气幕铸造的工艺装备决定了它有其固有的工艺特点，主要分析如下。1一次冷却减弱，二次冷却加强。气幕铸造中，空气和油在进入结晶器工作面时就已形成空气 /油混合物，这种混合物存在于铸锭和结晶器环之间，由于这种混合物具有良好的绝热效果， 因此铝液进入结晶器后，结晶器壁带走的热量很少，减弱了铸锭的一次冷却，因而铸锭的二冷却相应增高，与此同时， 由于结晶器下部的水帘冷却强度好，加强了铸锭轴向冷却，使铸锭的液穴变得平坦，稳定了生产工艺性能。2铸造速度提高。与普通热项铸造相比，气幕铸造的铸造速度明显提高。这主要由于液穴变得平坦， 降低了铸锭裂纹倾向。与此同时，由于铸造速度提高，而且在单位时间内结晶的金属量增加，提高了平均结晶速度，从而获得了细密均匀的结晶组织，提高了铸锭塑性。又由于铸锭断面呈现一种适度均匀的树技状组织，与成层有关的铸锭表层明显粗大的树技状晶已不复存在，故铸锭表面的成层受到抑制，铸锭表面光滑。3有效地减少了铸锭表面偏析物。普通热项铸造浇铸的铸锭，表面有明显的偏析瘤，这主要是受结晶器影响所至。 在气幕铸造中， 由于工艺装备的改进，铸锭冷却情况发生变化，润滑改良， 故而这种情况大幅减少， 铸锭表面表现为一层很薄的， 局部的甚至几乎看不见的偏析瘤。五、结论1使用气幕铸造技术，可以生产出表