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铝合金熔铸技术的现状及发展趋势

2020-06-15

铝熔铸小编摘要分享:改革开放以来,中国引进了大量先进的设备和技术,先后建成了型材,板带材和铸造企业。熔铸是铝材加工的首先,旨在为轧制和锻造挤压生产提供高质量的坯料。锭坯的冶金质量在后续加工过程中起着决定性的作用。

        随着我国铝合金熔铸技术工程人员的不断努力和创新,使铝熔铸技术取得了很大的进步和发展,对提高我国各种铝材质量起到了非常重要的作用。随着中国加入世贸组织,铝加工业同其他产业一样,面临更加激烈的全球竞争。为了生存和发展,铝熔铸技术必须广泛吸收国外先进技术,紧跟世界先进水平,开展科技攻关和技术创新,不断提高熔铸技术水平,为我国铝加工业的发展作出应有的贡献。

        1铝合金熔铸技术的现状

        近年来我国铝材需求量持续快速增长,到2000年达到200多万吨。铝材广泛应用于航空航天,建筑,交通运输,包装,电子,印刷,装饰等国防和民用领域。我国铝加工技术得到迅速发展和提高。西南铝业(集团)有限责任公司等大型企业开发了PS版基,罐体材料,电解电容器高压箔,波音飞机锻件等技术含量和附加值较高的产品,替代进口产品。然而,由于我国铝加工业技术仍然比较落后,铝加工业不仅要面临国内竞争,而且还要与国外发达国家的大企业进行更激烈的竞争,这就要求我国铝加工企业不断加大投入,加快铝加工技术的发展,缩小与国外先进水平的差距。自20世纪90年代以来,国内熔炼铸造技术得到了很大的改善,有些方面甚至达到了国际先进水平。但总体而言,中国铝熔炼与铸造技术水平与国际先进水平仍有较大差距。

        2铝合金熔铸方法

        熔炼和铸造生产是铝合金产品生产过程中最重要的过程,从固态到液态转变为固态,以及合金元素溶入铝中的合金化过程,其基本功能是能量和材料的转移。同时,熔体在周围介质之间也发生一系列物理和化学变化,使熔体净化或产生污染,并将其从液体加工成坯料进行压力处理。本过程包括二部分:铝合金的熔炼和锭坯铸造

        (1)熔炼过程包括:备料(熔化炉中)-配料计算-金属熔化过程控制(温控合金加入)合金熔化-电磁搅拌-导入保温炉-加入镁锭-除氢-除渣精炼-扒渣覆盖-静置(15~30分)-熔体成分检查化验-调整合金成分-调整温度-合格的铝合金熔体-浇注准备。

        (2)铸造过程:接静置工序-炉前测氢-测温调温-开炉口放流-铝熔体过滤-二次除氢(氮+氩)-控制浇温-铝液入结晶器-铸造开始-控制冷却水强度-液面及浇速控制-铸造结束-停车停水吊铸锭-铸锭质量检验-锯切头尾-均热处理-合格铸坯-转压力加工工序。

        3熔体净化技术

        熔体净化技术的发展主要是在线处理技术的广泛应用。这一手段几乎使铝熔体纯洁度跃上了一个新台阶,特别为一些高、精、尖材料的生产提供了有效的质量保障。从除气角度来看,所采用的装置着重使用于精炼的气体能在精炼容器内熔体中形成均匀,细密的气泡,并使通过容器的熔体尽可能多的受到精炼气体的吹洗,而能满足上述要求的方法应首推法国的Alpur法和美国的SNIF法。这两种方法的共同特点是在精炼容器内设置了能旋转的气体喷头,使精炼气体通过旋转喷头喷出,形成微细气泡,并通过转子的搅动,使气泡均匀并分散到整个熔池中,从而获得较好的精炼效果。

        4铸造技术

        半连续铸造是世界上应用最普遍,历史最悠久的铝合金铸造技术,我国从50年代初从前苏联引进了此技术。对于铝合金铸造,除达到铸锭成形的基本目的之外,各铝加工企业和研究机构,一直致力于提高铸锭表面质量,即使铸锭表面尽可能平整光滑,减少或消除粗晶层偏析瘤等表面缺陷,减少铸锭厚差及底部翘曲和肿胀等等,使铸锭在热轧前尽可能少铣或不铣面,提高成材率。


铸造技术的新进展和有前途的技术有:脉冲水和加气铸造、电磁铸造、气滑铸造等等。

        4.1脉冲水和加气铸造

        在铸造开始阶段,采用脉冲水冷却,降低直接水冷强度,可减少铸锭底部翘曲和缩颈,该技术产生于上世纪六十年代中期,当今的脉冲水,采用自动化控制和新旋转脉冲阀,具有快的脉冲速度而无水锤现象。加气铸造与脉冲水铸造具有同样的效果,即在铸造开头阶段,在冷却水中加入二氧化碳或空气、氮气,将这种加气冷却水喷到铸锭表面上时在铸锭表面上形成一层气体隔热膜,从而减缓了冷却强度,之后再逐步减少气体量,不断增加冷却效率。这两项技术在国外应用普遍,在我国目前还没有。

        4.2电磁铸造(EMC)

        电磁铸造最早是由前苏联研究成功,它采用电磁结晶器取代传统的直冷式结晶器。由于电磁铸造结晶器不象直冷结晶器那样同熔融金属直接接触,铸锭表面极为光滑、内部组织非常均匀,几乎无粗晶层,铸锭可不铣面或少铣面,热轧后的切边量大大减少,但该技术投资巨大,对整个铸造过程和各项参数需要非常严格的控制,目前在国外只有少数实力雄厚的铝加工企业使用,如瑞铝、美铝等。国内西南铝曾经引进该技术并铸造出了合格铸锭,但因铸造设备的控制不能满足要求,未投入批量生产。

        4.3气滑铸造

        80年代初研制成功的热顶铸件极大地提高了铸锭的表面质量和生产效率,为铸造技术的发展带来了新的变革。在热顶铸造的基础上,加入油气润滑系统进行气密铸造。该技术的优点是铸造速度快,铸锭表面光滑,接近电磁铸锭。Wagstaff的圆锭铸造工具比较有名,中国的一些铝厂也购买和购买了这种铸造工具。在中国,一些铝型材厂购买了这种铸造工具。此外,AIRSOL VEIL扁锭铸造系统还在扁锭铸造工具中采用气流铸造技术。一般认为扁锭热顶铸的效果不如圆锭的效果好,所以在扁锭铸造中使用热顶或气滑铸造技术的厂家并不多。

        5铝合金熔铸技术的发展趋势

        (1)通过优化生产工艺,提高生产效率和减少金属燃烧损失,可以提高生产效率。 快速熔化和等温熔化用于减少金属燃烧损失。 一些铝合金可以直接用作原材料。在铝加工企业中直接购买铸锭和铸轧卷进行热、冷轧加工可以降低生产成本。

        (2)熔保炉采用新型炉型及耐火材料砌筑,增加保温效果,提高热效率,充分利用余热,降低综合能耗。比如熔炼炉采用蓄热式自动控制燃烧系统、磁力搅拌、分体式炉门,直接应用电解铝液为原料;脱硫除尘、降低烟尘排放量。节能与环保是熔铸发展的必然趋势。

        (3)铸锭的内部质量取决于熔体的纯度,也就是说,熔体中的气体含量和炉渣含量应尽可能少,杂质含量尽可能低,晶粒细化效果更好。保温炉采用倾倒式减少滴落铝冲击,减少二次污染和紊流,采用底部空气砖或旋转转子脱气系统对熔体进行净化,采用更好更稳定的在线净化系统。

        (4)采用低液位结晶器并实现自动控制铸造,尤其是采用自动润滑或石墨板(环)的气滑结晶器铸造,可以提高铸锭表面质量,特别是高镁铝合金。提高铸锭表面平直度及减少壳层厚度,减少铸锭锯切头尾和铣面等加工量,提高铸造成品率。应用自动控制铸造的脉冲水技术铸造空心铸锭,可以解决“抱芯子”及减少硬合金铸锭底部裂纹的倾向性。

        6结语

        铝合金主要用于汽车制造业和飞机制造业。交通工具要求零件强度高,重量轻,节省燃料和提高承载能力。因此,鼓励人们在传统铸造技术的基础上进行研发,以满足部件的性能要求。随着我国经济实力的发展壮大,对工业生产的要求也随之增加,而铝合金的使用为工业发展奠定了厚实的物质基础。

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