氣滑圓錠鑄造工藝流程及設備

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氣滑圓錠鑄造工藝流程及設備

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**第一部分氣滑圓錠鑄造的技術創新點

第二部分氣滑圓錠鑄造生產線構成

第三部分氣滑圓錠鑄造工藝流程

第四部分氣滑圓錠質量缺陷及控制措施

第一部分氣滑圓錠鑄造的技術創新點

第二部分氣1、鋁及鋁合金圓鑄錠氣滑鑄造（AirSlip）工藝控制研究。通過采用目前世界上先進的氣滑鑄造（AirSlip）工藝，發揮技術優勢，有效提高多品種產量和質量，節能降耗。第一部分氣滑圓錠鑄造的技術創新點1、鋁及鋁合金圓鑄錠氣滑鑄造（AirSlip）工藝控制研究。2、豎井生產線全計算機自動控制技術應用。

信息采集控制系統，選用WAGSTAFFAUTOCAST自動鑄造控制系統對鑄造流程進行監視和控制。監控對豎井生產線進行實時全自動控制，對保證氣滑鑄造（AirSlip）生產取得高質量的產品、低能耗、高成品率等鑄造產品的經濟技術指標起決定性作用。2、豎井生產線全計算機自動控制技術應用。3、豎井生產線自診斷決策計算機系統應用。采用先進的計算機及工業控制網絡技術，對豎井生產線的各項生產數據進行計算機自動、實時采集、分析，及時捕捉生產規律，自動控制工藝參數、生產過程。3、豎井生產線自診斷決策計算機系統應用。4、豎井生產線系統配置優化。由于氣滑鑄造（AirSlip）生產工藝是第一次投入運行，掌握理論工藝參數是否能夠達到實際鑄造產品的技術標準，需要對豎井生產線各工藝參數進行在線調試及仿真研究。并根據研究結果修訂設計的邊界條件，對氣滑鑄造（AirSlip）工藝各參數的配置進行優化。4、豎井生產線系統配置優化。5、數據采集、監控自動化技術。WAGSTAFFAUTOCAST自動鑄造控制系統，數據采集、處理采用SCAND系統用來控制涉及半連續鑄造的流程變量。系統使用遠程安裝，架式固定計算機部件。所有的計算機系統的維護和監視都能在單一的地點完成。通過工業以太網與各節點PLC、HMI通訊，實現高速（10M/100M）、實時監控生產工藝的變化。5、數據采集、監控自動化技術。6、鑄造設備監控自動化技術開發。豎井生產系統原設計混合爐的傾動由操作臺手動控制，經架設工業DH+網絡并進行相應的軟件開發后，整個豎井生產系統所有設備均在工業控制計算機上完成，只需在HMI上輕點一下，即可完成一個完整的鑄次生產。6、鑄造設備監控自動化技術開發。關鍵技術：（1）鋁合金圓錠豎井半連續氣滑鑄造（AirSlip）理論。鋁合金圓錠氣滑鑄造（AirSlip）生產過程采用680--710℃的合金鋁液在帶有水、氣、油配置的結晶器內，由晶粒結合成晶枝最后相變為固態金屬。經過配料、精煉、除渣、靜置后的電解原鋁液，在計算機通過PLC控制液壓比例閥開度，達到自動平穩控制澆濤平臺液位，合金鋁液平穩加注到水冷油潤滑結晶器內，形成預定外形尺寸的固態鋁合金。關鍵技術：（1）鋁合金圓錠豎井半連續氣滑鑄造（AirSlip合金鋁液在水冷結晶器內只與潤滑油接觸，不和結晶器內的石墨環表面接觸。在液態鋁液下面是一個周圍為固態、中間為液態的漏斗形的“液穴”。在液穴的底部是水冷結晶后的固態鑄錠，隨著鋁液的不斷流入和液——固相變的連續發生，根據選用的結晶器形狀，就會鑄造出各種外形的產品。

合金鋁液在水冷結晶器內只與潤滑油接觸，不和結晶器內的石墨環表鋁合金豎井鑄造鋁液相變主要分為三個階段：（一）最初鑄模冷卻區。在此階段液態鋁液開始與鑄模冷卻水接觸。接近鑄模的鋁液由于將熱量傳遞給冷卻水，開始形成一層金屬殼或金屬薄皮。此結晶區的長短與水冷強度相一致。鋁合金豎井鑄造鋁液相變主要分為三個階段：（二）緩慢冷卻區。在此結晶區內由于鋁液與結晶器噴射出的冷卻水距離變遠，熱傳遞效果變差，使得液穴內部鋁液在不斷冷卻結晶后使得結晶速度放慢。但晶體在此階段仍處于不生產中。鑄錠結晶后的固態外殼仍然會不斷變厚。（三）超前冷卻區。在這個階段，冷卻水高速噴射到鑄錠表面，使液穴內部熱量迅速傳遞到水中。根據不同的冷卻水量、水溫、鑄造速度、合金特性決定鑄錠內部相變速度。（其中鑄造速度和合金特性是影響產品成形的決定性因素）在上述任意一個結晶區，液態/固態鋁均不與水冷卻結晶器內表面接觸。（二）緩慢冷卻區。在此結晶區內由于鋁液與結晶器噴射出的冷卻水通過計算機（軟件）、PLC（軟件）、工業網絡、傳感、檢測、執行等軟硬件技術的結合，精確完成復雜的氣滑鑄工藝理論對設備、控制等的要求。在結晶器內表面安裝有透氣性良好的石墨環，通過鑄井平臺上各管路系統將潤滑油、壓縮空氣根據計算機系統設定的工藝參數，精確地供給60只同水平水冷鑄模結晶器所需用量。根據不同種類合金所設定的工藝參數，可進行柔性變更，鑄造出多種符合氣滑鑄造（AirSlip）質量標準的產品。通過計算機（軟件）、PLC（軟件）、工業網絡、傳感、檢測、執（2）氣滑鑄造（AirSlip）生產工藝綜述。Wagstaff的MaxiCast熱頂鑄造系統是一個半連續的同一高度澆注工藝。熔融鋁通過流槽系統直接流進嵌有鑄造石墨環的水冷卻結晶器里。傳統的DC鑄造工藝在固化過程中，通過結晶器壁排出熱量。這導致了厚的、不均勻的外表面殼。用氣滑鑄造（AirSlip）工藝，僅有很少的熱量通過結晶器傳遞并散出。直接水淬冷從圓錠帶走了絕大部分熱量。這就導致了淺液槽，非常薄的殼，晶粒均勻和表面優良的圓錠。（2）氣滑鑄造（AirSlip）生產工藝綜述。Wagstaf氣滑鑄造（AirSlip）工藝適用較短的結晶器，較快的鑄造速度，獨立水噴嘴和獨特的油氣膜，通過結晶器，把熱萃取減低，并且增強二次冷卻。提供到氣滑鑄造（AirSlip）結晶器的油和氣，沿著結晶器石墨環里的槽或通道流動。隨著油氣混合物流動通過滲透性石墨鑄造環，它在熔融鋁和鑄造環之間形成了一個氣體絕熱層。這防止了熔融鋁接觸石墨環，氣體通過結晶器的底部排出。氣滑鑄造（AirSlip）結晶器中的短結晶器孔，與很少的一次冷卻結合，在圓錠退出結晶器時，形成一個較高的表面溫度。要充分冷卻這個較熱的表面，要求用較大的水沖擊力打擊表面。氣滑鑄造（AirSlip）結晶器比傳統的結晶器使用較高的水速度和較高的沖擊角，形成快速固化，產生最小的下表面偏析。氣滑鑄造（AirSlip）工藝適用較短的結晶器，較快的鑄造（3）氣滑鑄造（AirSlip）控制系統綜述。WagstaffAutoCast?自動系統操作員控制臺的控制與顯示均在HMI上完成。同時，配有手動按鈕控制操作設備及功能，作為系統突發故障時的應急操作。操作員界面屏幕顯示在一臺裝于操作員控制臺的彩色HMI監視器上。上位機組態畫面是專門為氣滑鑄造（AirSlip）操作所設計的SCADA系統的一部分。（3）氣滑鑄造（AirSlip）控制系統綜述。Wagstaf（4）半連續豎井氣滑鑄造（AirSlip）計算機控制技術應用研究。豎井鑄造控制計算機在線智能辨識采用模糊氣滑鑄造（AirSlip）控制技術，因為目前圓錠鑄造過程中各項工藝參數能夠在線實時測量，但自動氣滑鑄造（AirSlip）流程對產品提供更多的控制，這能夠使產品達到一致的質量。Wagstaff的

AutoCast自動鑄造控制系統在操作員控制臺與需要精確控制的參數（如鋁液溫度、鑄造下降速度和冷卻水流量）等硬件裝置之間提供即時、雙向的電子信息傳遞。

。（4）半連續豎井氣滑鑄造（AirSlip）計算機控制技術應用（5）鑄造速度控制由一個精確的大流量傳感器，帶有閉環反饋控制，測量離開鑄造柱塞的液壓流速。液壓流量控制閥，由

PLC操作，用以精確控制鑄造速度。（5）鑄造速度控制由一個精確的大流量傳感器，帶有閉環反饋控制一、生產線構成：主要設備有2臺35噸熔煉爐、2臺35噸液壓傾翻保溫爐、2臺20/5噸橋式天車、1套美國WAGSTAFF氣滑圓錠鑄造機、1套美國WAGSTAFF扁錠鑄造機（這兩套鑄造機均包含1套液壓柱塞系統、1套循環水控制系統、1套油氣控制系統、1套自動控制系統，共用1套SCADA主機）。生產線所有設備全部采用以太網技術進行聯網。另外附屬設備有：制氮機1臺，空壓機4臺，冷干機2臺，自動圓鋸床2臺，高速鋁扁錠鋸床1臺，懸臂吊1臺，在線除氣裝置1套，過濾箱2套等。第二部分氣滑圓錠鑄造生產線構成一、生產線構成：第二部分氣滑圓錠鑄造生產線構成二、具體實物照片：圓錠鑄造機二、具體實物照片：圓錠鑄造機氣滑圓錠鑄造工藝流程課件氣滑圓錠鑄造工藝流程課件一、生產工藝流程概述：電解原鋁→入爐→配料→精煉→扒渣→倒爐轉料→調溫靜止→澆鑄→吊運→鋸切→打捆→檢斤→標識→入庫。WAGSTAFF氣滑鑄造機可生產：Φ151mm圓錠，每鑄次60根。Φ162mm圓錠，每鑄次60根。

第三部分氣滑圓錠鑄造工藝流程Φ174mm圓錠，每鑄次60根。Φ178mm圓錠，每鑄次60根。一、生產工藝流程概述：WAGSTAFF氣滑鑄造機可生產：第三二、氣滑圓錠的安全操作

如果不能很好的了解鑄造原理、生產工藝、操作規程，容易對人身和設備造成多種傷害或損失，導致安全事故發生，我們在鑄造準備階段必須采取積極地應對措施，充分確保安全。（1）引發爆炸所需要的因素：熔融鋁液水二、氣滑圓錠的安全操作鋁液爆炸水蒸氣爆炸

被液體鋁液覆蓋或包圍的液體水幾乎瞬間發生相變成為水蒸氣，將熔融鋁液濺射致各個方向。在700攝氏度，同一個體積的液體水的蒸氣要占據同體積液體水將近1900倍的空間?；瘜W爆炸

熔融鋁液將和空氣中的氧氣、水或諸如化肥等氧化劑發生反應。它們常常是因為水蒸氣爆炸而引發的。據估計，0.454Kg鋁與氧完全反應所釋放的能量相當于引爆1.36Kg的梯恩梯TNT（三倍）。鋁液爆炸水蒸氣爆炸確認最低鑄井水位深度要高于井底碎物至少1米，豎井水位設定值為3.5米；經常演練鑄造緊急終止程序；穿戴有效的勞動防護用品有側面保護的安全鏡安全帽耐熱手套耐高溫工作服防護鞋（2）措施（2）措施做好鑄造平臺防護工作

在鑄造平臺、鑄造頂板、鑄井內壁涂刷防爆涂料

用壓縮空氣去除引錠頭上的水

在引錠頭的空腔內噴少量植物油

確認結晶器水流量正確不得有堵塞，水流量達到設定值

確保清理鑄井墻壁、頂板

做好鑄造平臺防護工作

在鑄造平臺、鑄造頂板、鑄井內做好工具、盛鋁渣箱的除潮預熱工作保證排鋁箱容量足以盛裝整個溜槽內的金屬鋁液；涂好植物油；檢查排鋁箱中無雜物、裂紋、水分；確保工具的干燥、無銹。做好工具、盛鋁渣箱的除潮預熱工作加料預防措施只加入干燥金屬固體料；若金屬存放地在室外，可視為潮濕料；絕不能加入有未知殘留物覆蓋的金屬固體料；散料應分散干燥，檢查并在加入前預熱。加料預防措施三、關鍵工序介紹

（1）配料配料計算是根據合金的加工性能和使用性能的要求，控制合金的成分和雜質，確定各種爐料品種及配料比，從而計算出每爐的全部投料量，它是決定合金產品質量和成本的重要環節。三、關鍵工序介紹

（1）配料配料計算是根據合金的加工性能和使配料意義保證化學成分的關鍵。提高工藝穩定性的重要環節。提高鑄錠質量的重要因素。對降低熔鑄生產成本有重要意義。配料意義保證化學成分的關鍵。配料要點配料計算和備料應準確無誤。按照不同類型的合金和不同規格的鑄錠對化學成分和雜質含量的要求進行配料，可有效的避免鑄錠裂紋。采用干凈適宜的爐料可改善鑄錠的組織狀態，純潔度和工藝塑性。在保證鑄錠的化學成分和性能的前提下，盡可能多的使用低品位鋁、可代用新鋁的廢料、外廠廢料等，可顯著降低生產成本。配料要點配料計算和備料應準確無誤。配料基本程序明確產品牌號和基本要求。確認每包原鋁及回爐固體冷料的重量和雜質含量。根據電解槽出鋁指示量與原鋁預分析報告，計算入爐原鋁的成分及加入冷料成分。待鋁液完全混合攪拌后取分析試料。對雜質含量高的電解原鋁優先入爐，便于雜質在鋁液中均勻分布。配料基本程序明確產品牌號和基本要求。配料計算的原則鐵、硅含量相差較大時，按大者進行計算，再核算另一個及總和。鐵、硅含量相近時，可以總和為計算標準，再核算大者。配料時，若要提高產品的品位，則加入高品位的固體冷料；降低品位時，加入低品位固體冷料。配料計算的原則鐵、硅含量相差較大時，按大者進行計算，再核算另（2）熔煉操作區域：熔煉爐爐臺使用爐子：1#、2#兩臺35噸熔煉爐輔助設備：1#天車、叉車、扒渣車、精煉管、制氮機（2）熔煉操作區域：熔煉爐爐臺工作前檢查混和爐運轉是否良好，并確認入料時爐溫。配料前先確定當班配料標準，查看爐內鋁液量（如果爐內有鋁液，要取樣做爐前分析以備配料參考），并做好配料前的準備工作。電解原鋁在出鋁臺包內撈渣，防止浮渣、電解質入爐。每鑄次爐料必須加入2-6噸固體廢料。確認配料錠含量，嚴格按照配料標準配料，杜絕變料事故發生?；旌蠣t入滿后，根據爐底化學成份及當班入鋁量，計算后加入配料所需的合金錠及鎂錠。將爐內鋁液充分攪拌，做到化學成份均勻，攪拌時必須將混合爐斷電或斷氣。工作前檢查混和爐運轉是否良好，并確認入料時爐溫。（3）轉爐倒料操作區域：熔煉爐和傾動爐中間溜槽區域使用爐子：兩臺35噸熔煉爐、兩臺35噸傾動爐（3）轉爐倒料操作區域：熔煉爐和傾動爐中間溜槽區域經取樣分析確認配料基本達到要求、鋁液溫度達到要求可進行轉爐。通過溜槽將鋁液從熔煉爐轉至傾動爐。檢查確認溜槽及傾動爐暢通。對溜槽進行預熱。打開熔煉爐出鋁口放出鋁液，控制適當的鋁液流量。轉爐過程必須兩人操作（一人操作、一人監督），對鋁液流動情況及傾動爐情況隨時監控，當傾動爐快滿時，堵住熔煉爐出鋁口。傾動爐不準接料過滿，至少要留出3-5噸容量。清理溜槽殘鋁，轉爐結束。經取樣分析確認配料基本達到要求、鋁液溫度達到要求可（4）鋁液凈化操作區域：傾動爐爐臺使用爐子：1#、2#兩臺35噸傾動爐輔助設備：1#天車、精煉管、制氮機（4）鋁液凈化操作區域：傾動爐爐臺爐內處理：a、精煉溫度：720-760℃；b、精煉時間：20-40分鐘：c、精煉劑用量：2-3Kg/噸鋁；d、精煉結束10分后除去表面浮渣。E.熔爐溫度720-850℃,爐前分析合格后方可倒料；f、鋁水倒入傾翻爐后再進行二次精煉,精煉完后用氮氣在爐內均勻吹10-20分鐘進行除氣。圓錠精煉可以使用普通精煉劑。精煉時氮氣流量不要開的太大，精煉劑要緩慢均勻打入鋁熔體的每個角落內，確保精煉均勻到位。精煉所用氮氣壓力必須達到0.3Mpa，氮氣純度要求99.99%以上。爐內處理：a、精煉溫度：720-760℃；b、精煉時間：20爐內取化學式樣時要確保爐料均勻，取料點均勻（按照要求：Φ178生產線每個爐門分散均勻取3個料）。扒渣前10分鐘，必須在鋁液表面均勻覆蓋低溫除渣劑。配料、扒渣工作結束后必須靜置鋁液20-40分鐘。澆注前爐內鋁液溫度控制在715-725℃。爐內取化學式樣時要確保爐料均勻，取料點均勻（按照要求：Φ17（5）澆鑄操作區域：氣滑圓錠豎井及平臺使用設備：氣滑圓錠鑄造機、1#、2#兩臺35噸傾動爐輔助設備：1#、2#天車、空壓機（5）澆鑄操作區域：氣滑圓錠豎井及平臺對分流盤、溜槽內襯進行檢查和修補、清掃，鑄造前30分鐘對分流盤、溜槽、過濾箱進行預熱，確保全部溜槽、金屬傳感器設備和液流控制裝置干燥。檢查冷卻水流量和結晶器噴水分布狀況，確保每個結晶器和圓棒都有足夠的冷卻。選擇并核實自動化系統相應品種規格的鑄造工藝參數菜單。對分流盤、溜槽內襯進行檢查和修補、清掃，鑄造前30分鐘對分流核實引錠頭是在正確的鑄造高度。對于Ф162、Ф178mm的結晶器，引錠頭的頂部低于鑄造環底部0-3mm，并用反光鏡檢查；并檢查頂板是否飄移。更換準備足夠用量的普通鋁鈦硼絲，并檢查安裝到位。澆鑄前溜槽內放置10-20Kg普通級鋁鈦硼絲鋪底（將鋁鈦硼絲切成2-3米長線桿平放在溜槽內10-15根）。正確安裝40ppi泡沫結構板，確保安裝牢固，無縫隙、無破損，并加熱過濾板30分鐘。核實引錠頭是在正確的鑄造高度。對于Ф162、Ф178mm的結鑄造前，升起頂板用壓縮空氣吹干凈引錠頭上的水和雜物，在每個引錠頭上噴上植物油。引錠頭必須潔凈無裂紋和銹蝕。澆鑄鋁液溫度控制在690-700℃。

澆鑄進入穩態后不得在溜槽、過濾箱、澆鑄盤面鋁液中隨意攪動、撈渣、或加入其它物質。溜槽內取化學式樣時必須保證足夠深度，打去表面氧化膜。

澆鑄結束后對圓錠進行10分鐘冷卻。排干平臺冷水腔中存水。立起鑄造平臺，確保平臺立起到位。鑄造前，升起頂板用壓縮空氣吹干凈引錠頭上的水和雜物，在每個引將頂板上升，使成形圓錠上部高出井口1.5-2米。檢查圓錠吊具，確保各部位緊固。將吊環寇在圓錠上端1米處，指揮天車起吊。將圓錠平放至圓錠鋸床平臺上，等待鋸切。將頂板上升，使成形圓錠上部高出井口1.5-2米。（6）鋸切打捆開機前檢查圓鋸床是否正常，檢查圓鋸片是否有裂紋或掉齒。嚴格執行鋸切要求，鋸切長度符合規定（+5—+7mm）。鋸口光滑，棒子不允許有毛刺、飛邊和油污、明顯印記。打捆符合打捆規定，鋼帶必須打緊，間距保持均勻。宏觀分析切片必須按照規定，在任意棒錠中切取，錠頭、錠尾各取一片。錠頭切去長度不得少于300mm，錠尾切去長度不得少于200mm。（6）鋸切打捆開機前檢查圓鋸床是否正常，檢查圓鋸片是否有裂紋鋁合金生產中鑄錠的缺陷有數十種，這些缺陷是造成鑄錠廢品的主要原因，因此，如何識別和分析鑄錠中的缺陷及其成因，尋求防止或減少缺陷的方法，對提高鑄錠和加工產品的質量，具有很現實的意義。第四部分氣滑圓錠質量缺陷及控制措施鋁合金生產中鑄錠的缺陷有數十種，這些缺陷是造表面質量缺陷、內部質量缺陷

表面質量缺陷、內部質量缺陷

一、表面缺陷常見的表面質量缺陷：表面橫裂紋鑄瘤冷隔拉痕縮孔、氣孔

彎曲

氧化物斑紋

鑄錠表面存在各種各樣的缺陷，可以用肉眼直接觀察出，一般采取模具維護保養、清理鑄造平臺、更換結晶器、石墨環、調整冷卻水的酸堿度、調整鑄造參數以達到鑄造熱平衡等方法來消除。一、表面缺陷常見的表面質量缺陷：鑄錠表1、彎曲在圓錠的整個長度上有平緩的弓形，或者突然的扭曲或彎曲。1、彎曲在圓錠的整個長度上有平緩的弓形，或者突然原因及控制措施分類可能原因解決方法熱能原因模具維護不好，造成不均勻的冷卻。清潔出水口或者修理結晶器清潔水過濾網清潔結晶器表面水垢熱鑄造狀態。提高水流量降低鑄造速度降低鑄造溫度降低水溫度機械原因不穩定的引錠頭。修理或更換變形的引錠頭安裝板鑄造環磨損導致不規則的氣流通過鑄造環。更換鑄造環防傾倒護欄已變形與引錠頭底座分開時不同步導致頂板移動。修理或更換防傾倒防護欄原因及控制措施分類可能原因解決方法熱能原因模具維護不好，造成2、氧化物斑紋氧化物斑紋是由于結晶器內積蓄的氧化物釋放，并殘留在圓錠表面上造成的。2、氧化物斑紋氧化物斑紋是由于結晶器內積蓄的原因及控制措施分類可能的原因解決方法圓錠錠尾釋放溜槽、導流管、或轉接板潮濕。預熱溜槽和導流管，降低氧化物生成氣泡從結晶器冒出或在溜槽中擺動，促進氧化物釋放。進入氣滑鑄造狀態，降低氣流量轉接板的不良表面狀況，殘留氧化物在結晶器里。清除過多的氮化硼涂層重新涂抹分離氮化硼涂層，更換轉接板圓錠全長釋放鑄造氣體中氧氣不足增加鑄造氣體中氧氣含量，最小達10%氣流量過高，結晶器冒泡過多降低氣流量。鑄造氣體潮濕使用干燥氣體原因及控制措施分類可能的原因解決方法圓錠錠尾釋放溜槽、導流管二、內部缺陷

內部缺陷無法用肉眼直接觀察到，因此，必須采用內部宏觀組織分析的方法來判定。常見的內部組織缺陷有：

夾雜