铝及铝合金熔铸工操作指南第六章第二节铸造操作

1、第二节 铸造操作一、配料通过配料计算确定各种入炉原料的量, 对于从电解车间运来的原 铝,有时还要确定其人炉顺序。(一配料基本程序1 明确产品牌号及成分要求。2 确认每包原铝及回炉冷材(料的重量和杂质含量。3 根据来料的成分、重量选择最佳配料品质,使质量损失 减少到最小。4 根据电解槽出铝指示量与原铝预分析报告,计算入炉原 铝的成分及应加入冷材(料的量,待铝液完全混合搅拌后取 中间分析。如果不符合成分要求,则需调整至满足要求为止。 5 对杂质含量高的电解槽(或台包原铝优先安排人炉, 便于杂质在铝液中均匀分布。6 生产铝合金时,根据具体情况先明确入炉一定数量的原 铝,根据质量标准中规定合金元素的含

2、量及原铝量计算需加入合 金元素的量。7 配料计算必须准确无误,应由两个人同时进行,或一人 计算一人审核。(二气幕垂直铸造的配料特点与重熔锭生产的配料计算不同的地方是,合金生产的配人物 料有纯金属,也有中间合金及各种添加剂,还有一些容易发生氧化烧损的金属。配料计算时,要确认各物料的目的元素含量,对 易烧损金属还要考虑其实收率。若某金属的实收率为 ,则不考 虑烧损计算得到的金属添加量为 W 时,实际添加金属量应为 W/, 如金属镁的实收率通常取 =95%。在向炉内加入易烧损金属时,要用专门的器具(如钟罩将其压 入炉底, 使熔体完全淹投金属, 确保易烧损金属有稳定和较高的实收 率。在使用液态原铝进行

3、 Al - Mg - Si系变形铝合金的生产中, 金属镁锭的添加操作步骤如下:1 根据入炉液态原铝的数量准确计算硅(一般以中间合金 的形式加入和金属镁的添加数量,金属镁的计算必须考虑实 收率。2 待 Al - Si中间合金完全加入并溶化后,开始添加金属镁 锭。3 将镁锭放入熔体后,用大耙将其压人熔体底部,且每次 最多放入两块,待其完全熔化后再放入后面的镁锭。4 镁锭入炉完成后应尽快进行浇注,避免长时间的搅拌和, 静置。一、熔炼(一原料入炉1.虹吸管的操作1 使用虹吸管进行液态原铝的入炉,要先检查虹吸管是否有裂纹、小孔等异常情况;橡胶软管和喷射器是否畅通;检查虹 吸吊车运行是否正常;真空表压力是

4、否符合要求;虹吸管预热到 300左右,确认前炉和保持炉温度正常。2 引导抬包车到达虹吸炉前,用长勺掀开包上的顶盖。3 将虹吸管的吸人管口对准铝抬包的上口,缓慢降低虹吸 管,虹吸管的吸人管口降至铝抬包底部后向上提起 5cm ,慢慢开 启压缩空气并注意前炉及溜槽中的铝液流量。4 抬包内的铝液将要抽完时真空表的读数会立刻下降,这 时将虹吸管完全放入包底,再增大压缩空气流量,可将剩余的铝 液抽完,之后立即拧紧气阀。2.人工倒包1 先检查铸造炉入铝口是否通畅无堵塞。2 将真空抬包缓慢移动并稳定在炉子人铝口上方。3 缓慢转动控制盘倾翻抬包,至铝液流出进入铸造炉,铝 液流量的大小应保证不致溅出铝液,倒完铝液

5、后转动控制盘使 抬包回位。3.冷材(料人炉1 用叉车将冷材(料置于炉门内斜坡上,再用扒渣车 (或人工使用大耙推人炉中:2 固体炉料的装炉顺序是先装小块或薄板料,然后装铝 或大块料,最后装中间合金。熔点低的中间合金装在下层,熔 点高的中间合金装在上层,所装入的炉料应当在熔池中均匀分布。(二炉温调节1 对电加热式保持炉,炉膛温度可通过可调控制开关进行 调整。2 燃油式熔炼炉或保持炉,则要调整燃油装置的供油流 量,并调整相应的供风等参数,调节炉温。当炉温高于所需温度 10时,关闭燃烧器及空气蝶阀。3 如需调高炉膛(或熔体温度,对电加热式炉要调整控 制开关,加大供热元件的供热强度以提高炉温;对燃油(或

6、燃 气式炉则要调节供燃料开关增加燃料量,并调节增加助燃空 气量,加强供热以提高炉温。4 如需要降低炉温,首先要停止供热,根据需要可将炉门 开启到一定位置以让炉膛降温;有条件的还可在熔体中加入一定 数量的与熔体成分相同的固体冷材(料快速降低熔体温度。 5 如需要进行保温,对于没有自动温控装置的保持炉,要 定时检测炉温并根据要求随时进行调整。6 变形铝合金的熔炼温度控制范围为 700760。(三搅拌扒渣1 固体熔完后向炉内撒上适量的熔剂(造渣剂 ,使用扒渣车 或人工对熔体进行搅拌,目前电解铸造使用的熔剂是Na 2 SiF 6和 NaCl 比例为 1:l , 每吨铝的熔剂用量一般为 0. 2kg。

7、2 人工搅拌是用大耙沿 4个以上不同方向推拉,每个方向来回三次以上。3 搅拌完成后静置一定时间开始扒渣,扒渣应平稳,防止 渣子卷入熔体内。(四中间分析当铝液在保持炉内完成搅拌、扒渣及静置后,用长勺在保持 炉内两个不同的地点取两个样,送化验部门进行成分分析。 (五转注经取样分析确认配料成功(不成功则应根据炉内铝液量调 整配料直至成功后,调整温度达到要求可进行浇注,或将熔 体由熔炼炉向保温炉转注。转注有虹吸转注和溜槽自流转注两 种。虹吸转注的操作与原铝虹吸入炉相同。溜槽自流转注的程序是:1 检查确认溜槽及保持炉入口畅通无异物。2 用移动燃油烧嘴对溜槽等铝液流经处进行预热。3 打开熔炼炉出铝口放出铝

8、液,控制适当的铝液流量。4 转注过程中注意铝液流动情况及保持炉容量情况,当保 持炉快满或熔炼炉放空时,堵塞熔炼炉出口。5 清理溜槽残铝,转注结束。三、净化操作(一炉内溶剂造渣净化使用溶剂造渣法可排除熔体中大部分固体杂质,其操作步骤 为:1 炉内所有成分熔化完成后,向炉内均匀撒下溶剂(造渣 剂 。2将熔体温度调整到 780左右。3 用扒渣车或人工对熔体进行搅拌 (人工搅拌是用大耙沿四 个不同方向推拉,每个方向来回三次以上 。4拌完成后静置一定时间开始扒渣。(二 炉内氮气喷粉联合净化炉内氮气喷粉联合净化既可除去大部分固体杂质, 还可除 去部分熔体所含的气体杂质氢;使用专门的喷粉精炼器进行 净化时,

9、具有一定压力的氮气将精炼剂通过不锈钢管喷人炉 内熔体。精炼器净化的操作步骤是:1 检查确认精炼器与进氮气管、 出料管的连接牢固无松动。2接通氮气,检查确认各部位完好无泄漏。3 关闭氮气,向精炼器料桶中加入精炼粉(精炼粉必须 干燥,加入数量不超过料桶容量的 2/3 。4 关紧料桶盖后接通氮气, 将不锈钢喷管插入炉内熔体, 开始精炼。5 完成精炼后,将剩余精炼粉倒出,接通氮气吹扫一遍, 以防精炼粉潮后堵塞管路。(三 在线除气净化在线净化使用专门的装置,采用氮气或混合气体(如N 2+Cl2法。1. 在线除气净化的控制参数除气操作主要是通过操作盘(或触屏控制以下几个参 数:1各种气体的压力。2各种气体

10、的流量。3旋转喷嘴的转速。4装置内部熔体温度。2. 在线氮气除气装置的操作步骤1操作前接通氮气,检查各氮气管路、接头以及旋转喷 嘴的氮气出口是否畅通无堵塞、无泄漏;确认加热管完好无 破损;确认控温热电偶、装置排气管和装置密封件完好。2开启氮气开关调整压力到要求的范围。3设定喷嘴旋转速度后开启喷嘴旋转开关。4 确定铸造准备工作完成后,开启加热电源。待温度显示装置显示内部温度达到 650以上时,可以将熔 体放入装置(开始浇注 。四、铸造铝液由电解车间运送到铸造车间保持炉内,经配料、扒 渣处理后,进行中间取样分析。当达到所要生产产品的化学 要求后,方可进行下一道工序浇注生产。(一正常铸造操作1 检查

11、结晶器平台、溜槽和保持炉出铝口是否通畅 损、无异物。2 检查结晶器安装是否稳固、平整,确认冷却水畅通 滑油脂涂抹正确(连续润滑的需确认供油管路畅通,供油正 常;气幕铸造还需检查确认空气管路畅通 。3 把引锭底座上的水分用压缩空气吹干。4 把引锭底座升入结晶器的一半高。5 结晶器放上分配盘,盘嘴和浮漂对准每一个结晶器中 心。6 在保持炉熔体出口(或延长溜槽与分配盘之间架上 溜槽。7根据铸锭规格设定铸造底座下降速度,开启冷却水, 打开保持炉炉眼放出熔体进行浇注。8 开始铸造时每两个结晶器需一名铸造工监护 (如 8个 结晶器的铸造机需 4名铸造工做开头工作 , 正常以后可由两 个人管理,铸锭过程中用

12、小渣铲在结晶器中打捞浮渣。 9当结晶器内熔体达到结晶器高度的 2/3时,打开底 座下降开关,用塞子在炉眼调整熔体流量,保持结晶器内熔 体高度。10 完成铸锭长度的 90%95%(视溜槽长度而定,在溜 槽、连接溜槽、分配盘内铝液全部进入结晶器后,铸锭应达 到设定长度的 105%左右 时, 堵塞炉眼, 随时降低底座下降速度至完成浇注。11 待不再有熔体自动流人结晶器时,将底座继续下降 10cm (确认铸锭完全离开结晶器 后停住, 关闭冷却水开关, 移开结晶器平台,移开水套,把铸好的铸锭升至一定高度, 将铸锭用钢丝绳捆住,由电动葫芦或专用吊车运至锯床进行 锯切。(二主动取消浇注浇注过程中要随时注意熔

13、体温度和冷却水量等参数的变 化情况以及产品的情况,若发现单根铸棒出现严重质量缺陷 可能形成废品、冷却水意外中断等情况时,用石棉纤维堵住 由分配盘进入该结晶器的流道,中断此单根棒的浇注。以上 情况大面积发生时,应及时堵塞炉眼,并按正常浇注的第 11条操作,取消本次浇注。(三作业线紧急停止当停电或设备发生较大故障迫使生产紧急停止时,首先应 采取措施终止熔体从保持炉中流出:固定式保持炉要把炉眼 堵住;倾翻式保持炉要将程序转到手动状态并立即调向回落 (若遇停电, 炉子会自动回落 ; 在停电时设有高位紧急水塔 的要立即开启事故紧急水,以防结晶器的高温损坏,然后按 正常浇注的第 11条结束浇注。(四合金棒

14、锯切操作把合金棒的开始和结束端口的部分去掉,锯成要求长度的铸锭。同时检查铸锭表面,发现有积渣或冷隔的要用风铲铲 除,风铲应沿铸锭长度方向清除(痕迹超过一定深度就算废 品 。 成品铸锭按规定要求, 数根 (一般为整数吨 打成一捆。 五、铝合金热处理(一合金圆棒均热处理1 将待处理铸锭按要求均匀地分布在专门的料架上。2 操作进出料装置将铸锭连同料架送进均热炉中。3 紧闭均热炉门后,开启循环风及升温加热电源。4 根据相关要求调节均热温度:变形铝合金的均热最高 温度一般控制在 570595之间。对小直径铸棒,应将最高 温度控制在低的范围,以防铸棒变形;对大直径铸棒,则应 控制较高的温度,以保证彻底均热

15、的。5 完成加热及保温过程后,操作进出料装置快速将铸锭 移到冷却室。6 按要求开启冷却媒体(风、水等 ,并控制流量进行快 速冷却。 为防止铸锭组织发生重新偏析, 冷却速度越快越好, 一般要达到 180 /h以上。(二铸造铝合金热处理的目的1 消除铸造之后存在的残留的铸造应力。2 消除铝合金在铸造过程中结晶时偏离平衡状态而产生 的不稳定相。3 改变铸态组织,提高力学性能。4 改善偏析组织。(三铸造铝合金热处理方法铸造铝合金常用的热处理方法为退火、淬火和时效。铝 合金热处理硬化的机理与钢的硬化不同,铝合金在淬火后塑 性增高,强度和硬度并不提高,但淬火后的铝合金放置一段 时间以后,强度和硬度显著提高

16、,塑性则明显下降,淬火后 的铝合金强度随时间而发生显著提高的现象叫做硬化现象。 在常温下发生的时效叫自然时效,在高于室温的某温度范围 内发生的时效叫人工时效,铸造铝合金多用人工时效。 根据铸造铝合金的类型不同, 所采用的热处理方法不同, 达到的效果也不同,常用的规范如下:1.人工时效 (T1Tl 是指铸件在无预先淬火的时效方法,是把铸件宜接放 在 150180下保温数小时。常用来改善切削加工性和提高 加工光洁度,并能提高铝合金的强度和硬度。2.退火(T2在较高的温度 (< 400 保温一段时间,可消除铸造应 力,提高铝合金的塑性。3.淬火 ( T4将铸件缓慢均匀地加热到某一高温,保温一段

17、时间,然 后置于 50 80的水中,或其他冷却介质中。目的是为了提 高铝合金的强度和塑性,实际上淬火后铸件自然就进行了自然时效。4.淬火和部分时效 ( T5部分时效的目的是为了获得足够高的强度,特别是高屈 服强度和较高的塑性。5.淬火和完全时效 ( T6完全时效可以使铸件的强度达到很大的值,但塑性有所 下降。6.淬火和稳定回火 (T7使铸件获得最大强度,而且保证组织和体积稳定。 7.淬火和软化回火(T8使铸件强度有所降低,获得较高塑性。对于不同牌号的铝合金,为提高其性能所采用的热处理 方法不同,需根据后续工序的需要和用途正确选择。一般生 产变形铝合金只要求进行均热处理。(四铝合金热处理装置的基

18、本结构对于变形铝合金(圆锭的热处理,一般采用均热炉与冷 却室的组合。均热炉为长方形,为便于物料出入,整个小面 被设计成垂直移动的压紧式炉门。炉顶均匀地分布着电热元 件和两个以上的循环风扇;冷却室与均热炉形状大体相同, 室内顶上均匀分不着若干个水喷头,冷却风扇设在侧面。另 外,为达到均热的目的,入炉的物料必须尽可能均匀地分布 于炉内空间,为此通常设置专门的料架在炉外进行布料。为了将布满铸锭的料架送进均热炉和移出冷却室,又设置了专 门的进出料装置。六、圆棒晶粒细化操作(一炉内熔体晶粒细化可单独向炉内加入细化剂,也可与精练剂(造渣剂一 起加入。其操作步骤为:1 确定炉内熔体数量和细化剂元素(如钛元素

19、的含量, 计算细化剂的加入量。2 把一定数量的细化剂(如钛剂均匀地加进炉内熔 体中。3 加入后认真进行搅拌:人工进行搅拌时应将大耙上推、 下拉(或上拉下推 ,并沿三个以上的不同方向推拉,每个方 向不少于两次,使细化剂在熔体中的分布尽可能均匀。 (二在线晶粒细化在线晶粒细化使用专门的装置(如铝钛硼线杆送丝机 在溜槽中向熔体添加细化剂,送丝机的操作步骤为:1 根据铸锭规格及铸造速度,在控制盘上设定送丝机的 送丝速度。2 铸造开始前,在溜槽中预先放置两米左右切短的铝钛 硼线杆。3 浇注开始数分钟后(溜槽中熔体温度趋于稳定 ,开启 送丝机向溜槽中的熔体进行送丝。4 送丝过程应注意送丝机的运行及线杆在熔

20、体中的熔化情 况,发现问题及时处理。5 浇注结束时应先停送丝机再堵塞炉眼,以防止线杆戳坏 溜槽。(三金属结晶道程与结晶组织金属和合金由液态转变为固态的过程称为凝固。凝固过 程主要是晶体或晶粒的生成和长大过程,所以也称结晶,这 个过程决定了金属和合金的铸态结构、组织和性能。1.成分、组织和结构在了解金属结晶过程之前, 应先了解金属学中的几个概念。 1 成分是组成金属材料的各类元素的含量,各金属材料 之间性能的相对差别,即是由这含量上的差异引起的。 2 结构是指原子集合体中各原子的具体组合状态。一个 完整的晶粒是由同类的原子或不同比例的异类原子,按一定 规律结合在一起的,并可用严格的几何图案表达出

21、来。 3 组织是指用肉眼或借助于各种不同放大倍数的显微镜 所观察到的金属材料内部的情景。组织一词的含义包括着晶 粒的大小、形状、种类以及各种晶粒之间的相对数量和相对 分布。4 晶粒是组成组织的类似生物学上的细胞的小单元。组 织形态的复杂性是由这些小单元的形状、大小、相对数量和 相对分布的不同而产生的。2.结晶的基本类型金属在结晶过程中, 要发生结构的变化。 对于合金来说, 同时还可能发生化学成分的变化。根据这个特点,理论上可 将结晶分为两大类。1 同分结晶,其特点是结晶过程中只发生结构的改组而 无成分的变化。2 异分结晶,其特点是在结晶过程中,成分和结构同时 都发生变化,也称选分结晶,绝大部分

22、合金属于这一类。 根据结晶后的组织特点,将结晶分为以下两类:1 均晶绪晶。其特点是结晶过程中只产生一种晶粒,结 晶后的组织由单一均匀的晶粒组成。2 非均晶结晶。其特点是结晶时同时或先后形成两种或 两种以上的成分和结构都不相同的晶粒。3.结晶过程结晶过程的宏观现象主要表现在:一是液体必须具有一 定的过冷度。过冷是指实际结晶温度与其熔点的差值;二是 结过程中伴随着潜热的释放。这种潜热等于或小于以一速度 冷却二散发到周围环境中去的热量时,温度或保持恒定,或 不断下降,结晶才可以继续进行,直到完全凝固,或达到新 的平衡。结晶的微观过程是一个由生核和长大交错重叠组合 程。液态金属是由许多类似晶体结构的原

23、子小集团组成,其中尺寸最大的集团,就是晶体产生的胚,称为晶胚。在过 冷液体中,热运动会使一些晶胚膨胀而达到某一规定的临界 尺寸以上,从此它就能够稳定地成长而不再缩小,这就是晶 核。液体中出现晶核后,向四周液体中伸展长大,同时液相 中又不断产生新的晶核并且长大。过冷度保证结晶时放出的 潜热不断散失,使温度不会回升,保证结晶不断进行,直至 每个晶核都长大到互相接触,液相完全消失为止。4.铸锭的一般组织金属或合金的结晶过程大多是在铸模中进行的,铸锭的 一般组织由外向内可按组织特征分为三个区域:1 由许多细小的等轴晶粒所组成的细晶粒外壳。2 紧接细晶粒外壳出现的由相当粗大的长柱粒所组成的 柱晶区。3

24、位于铸锭中部由许多较粗长的、各方向尺寸几乎一致 的晶粒所组成的等轴晶区,如图 6 -1所示。铸锭的组织与合金成分和浇注条件等因素有关。改变这些因 素,就可改变这三层组织的相对厚度和晶粒大小,甚至可获得只 由两个或一个晶区组织的铸锭。但在实际生产过程中,由于各种 因素的影响,铸锭的结晶组织更为多样,更为复杂。除了特殊要求希望获得具有单一柱晶区的铸锭或铸件外,生 产上一般都希望铸锭中的柱晶区短些,等轴晶区宽些,晶粒细 些。细晶组织具有如下优点:1 各向同性。2 组织致密,强度高,塑性好。3 枝晶细,第二相分布均匀,有利于抑制铸造过程中产生 的成分偏析、羽毛状晶、浮游晶和粗大金属间化合物的生成。4

25、提高抗裂纹的能力。5.影响铸锭结晶组织的因素(1金属或合金的性质 由于不同的金属或合金有着不同 的热容、熔解热及凝固温度,因此它必然影响结晶组织的形态。 其中,以凝固温度范围大小作为影响结晶组织的主要因素。结晶 温度范围越大,枝晶的生长方向性越明显。(2外来杂质的影响 铝冶炼和铸造生产过程中,不可避 免地混入一些外来杂质,对金属及合金的结晶有极大影响,特别 是可作为晶核的杂质对结晶的影响更大。(3冷却速度的影响 冷却速度小,易获得粗大的等轴晶 体;冷却速度大,易获得细密的连续柱状晶组织和小等轴晶体 组织。(4铸造温度的影响 铸造温度高,易获得粗大的晶粒组 织;铸造温度低,易获得细小的晶粒组织。

26、在一定条件下,存在 着一定的温度范围,在此温度范围内,降低温度,铸锭晶粒可显 著减小,升高温度,则晶粒明显增大。(5铸造速度的影响 较低的铸造速度易获得比较细密的 结晶组织;过高的铸造速度易获得比较发达的枝晶且组织疏松。(四晶粒细化方法对于铸锭或铸件,常存在内在的不均性,它包括结晶组织 方面的不均匀性(如三个晶区中的晶粒形状大小和取向不同 、 化学成分方面的不均匀性(如各种类型的偏析的产生和物理 方面的不均匀性(如各种缩孔、裂纹和气泡等的存在 。这些不 均匀性的产生是相互联系的,其存在使铸件或铸锭不能充分发挥 金属材料的性能。在现实生产条件下,完全消除上述不均匀性是 难以实现的,但可通过一定的

27、途径和方法改善金属结晶组织。 因此,在尽可能减小内在不均匀性的条件下,细化晶粒的基 本途径在于尽可能地提高晶核的形成速率,并同时减小晶体的成 长速度,以使大量晶核在没有显著长大的条件下便相互干扰而凝 固。主要有以下几种方法:(1化学孕育法或变质法 向液态金属中加入孕育剂或变 质剂。变质剂分两类:一是促进形核;一是阻止长大。一般以前 者为主,常以钛、硼的一些盐类或中间合金的形式作为变质剂 加入。(2。陕速冷却法 加快冷却速度可增加结晶时的过冷度 T 。一般来说,过冷度越大,晶核的形成速率与长大速率也增 大,但前者比后者随过冷度的变大更大一些。因此增大冷却速度 可细化晶粒。(3加强液体运动法 应用

28、电磁搅拌、机械振动、加压浇 注及离心浇注可增强液体流动,使液体与产生的枝晶发生剪切作用,加快枝晶的剥落与繁殖而达到细化晶粒的作用。若铸锭整体组织细化而又均匀化了,则铸锭物理和化学的不 均匀性也得到显著改善。此外,可对铸锭进行热处理,即把固态下的铝合金加热到一 定温度,进行必要的保温,并以适当的冷却速度冷却到室温。 ,以 改变铝合金的内部组织和性能。(五细化剂分类纯铝、变形铝合金及某些亚共晶铝合金在晶粒细化过程中,主要起作用的元素是钛和硼。它们以钛、硼的一些盐类或中间合 金的形式加入。根据细化剂的状态可分为三种类型:粉状盐类细 化剂、中间合金细化剂及气体细化剂。1.钛硼盐类细化剂其主要成分是氟钛

29、酸钾 ( K2TiF 6 和氟硼酸钾 (KBF4 ,通常压成块后使用,标准的配比按钛硼比 Ti/B =5计算,可因合 金的种类、处理温度和凝固条件的不同而进行调整,实际生产使 用中,钛硼比有时可达到 10或 30。盐类晶粒细化剂之所以能够起到晶粒细化作用,是因为细化剂中的 K 2 TiF 6与铝合金液之间发生下列反应:3K 2TiF 6 +4Al=3Ti +4AlF3 +6KF对 KBF 4来说发生如下反应:2KBF 4 +3Al=AlB2 +2AlF3 +2KF此类细化剂的缺点是:细化作用随浇注时间的延长而减小,加入的原 Ti 和 B 形成了相当粗大的 TiB 2粒子,逐渐沉积到炉 底,失去作用;还有氟盐的浸蚀作用,损坏熔炉耐火砖或电炉的 镍铬加热元件。2.晶粒细化用 Al - Ti -B、 Ti-B 和 Al - Zr中间合金中间合金细化剂,是在工业生产条件下应用最为广泛的细化 剂,分为丝状或线状两种。 A