熔铸工艺流程图.docx
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熔铸工艺流程图
铸轧、铸造的相关知识
——肖立隆（晟通技术总顾问）
1熔铸工艺流程图：
电解铝液
铝锭（含废料、中间合金等）熔化扒渣调温调成分
其他固态金属
取样分析精炼转炉调温
精炼静置在线精炼变质过滤
取成品样分析
铸轧或铸造表面检查低倍检查或探伤均火
锯切机加检查成品交货
2炉子准备：
烘炉
烘炉曲线
升温过程中不损害炉子寿命
3炉料要求和加料顺序：
炉料要求:
无吸水，无油污
加料顺序：
废料中间合金铝锭化平后
铜、锌等镁添加剂取样
4熔化：
Q=
+L+
C1——固体比热：
0.215卡/克0C；C2——液体比热：
0.198卡/克0C
L——熔化潜热：
94.6卡/克0C
黑度：
0.2
5熔化时的增气反应：
铝和水发生反应：
2Al+3H2O=Al2O3+6[H]
火焰炉燃烧时发反应：
CmHn+O2CO+CO2+H2O
6熔体中氢的平衡溶解度：
S=K
7影响熔体含气量的因素：
1）合金元素影响：
VMeO/VMe＞1＜ 1 =1
α氧化铝膜密度3.47克/㎝3，致密，可防止继续氧化：
γ氧化铝膜表面疏松，存在φ50—100×10-10m的小孔，在熔炼温度下含有1—2%的水分；
在9000C以上时，γ完全变成α氧化铝，密度增到3.97克/㎝3，体积收缩13%，氧化铝易被搅入铝液中。
2）熔体温度影响：
3）熔体停留时间影响：
4）空气湿度影响：
8熔化时的造渣反应：
有关化学元素的氧化物生成自由能
几种氧化物和熔融铝可能发生的化学反应式：
3SiO2+4Al=2Al2O3+3Si3FeO+2Al=Al2O3+3Fe
Cr2O3+2Al=Al2O3+2CrSiO2+2Mg=2MgO+Si
9电解铝液的情况：
温度高：
900——9300C
炉内停留时间长：
24小时以上
含气量高，氧化夹渣多，结晶核心钝化
10调成分调温：
1）加入废料、中间合金、铝锭；2）加入铜、锌等其他金属
3）加入镁和其他添加剂；4）快速升温
5）取样分析
11精炼：
基本原理：
1）吸附净化：
依靠精炼剂产生的吸附作用达到去氧化夹杂和气体的目的。
Ⅰ惰性气体吹洗：
Ⅱ活性气体（氯气）吹洗：
Cl2+2H=2HCl↑3Cl2+2Al=2AlCl3↑
Ⅲ混合气体（惰性气体+氯气、惰性气体+氯气+一氧化碳）吹洗刷：
2Al2O3+6Cl2=4AlCl3+3O2
3O2+6CO=6CO2
Ⅳ熔剂法：
30%NCal+47%KCl+23%Na3AlF6（高镁合金除外）
60%（KCl+MgCl2）+40%CaF2（用于高镁合金）
其中一部分可能发生如下反应：
3KCl+Al=AlCl3↑+K
3NaCl+Al=AlCl3↑+3Na
2Na3AlF6+4Al2O3=3Na2O·Al2O3+4AlF3↑
Ⅴ四氯化碳精炼（将预热好的泡沫轻质砖浸泡在CCl4中）：
3CCl4+4Al=4AlCl3↑+3C
CCl4+4H=4HCl↑+C
2）非吸附法：
真空去气、静态真空去气、静态真空加电磁搅拌去气、动态真空去气
12精炼操作：
1）精炼温度：
铸造（或铸轧）温度+100C左右
2）精炼时间：
8—20分钟（气体精炼）
3）熔剂精炼：
5—6千克/吨
4）静置时间：
15—30分钟
13精炼须注意的几个问题：
1）工具预热5分钟以上；2）熔剂、通气管道不得吸潮
3）惰性气体中的水汽和氧含量≤20ppm；4）通气掀起浪高在50㎜左右
14泡沫陶瓷过滤等：
泡沫陶瓷过滤原理：
η=（Ci－C0）/C0=1－exp（－K0L/Um）
Ci——熔体中夹杂物的初始浓度C0——过滤后熔体中夹杂物的浓度
η——过滤效率K0——动力学参数系数Um——过滤速度
L——过滤器厚度
不同流速对夹杂物流向的影响
15炉外在线精炼：
SNIF法
16气体分析：
测氢原理图
1——气体减压阀2——干燥气体装置3——稳压调节阀
4——转子流量计5——压力表6——热导池参化电池7——六通阀8——分子筛9——热导池气体检测电池
10——记录仪11——氮气减压阀12——针形阀
13——转子流量计14——三通阀15——探头
16——循环泵17——采样管18——熔融铝
17结晶与变质：
结晶过程：
形核长大结晶完成
决定晶粒大小的因素：
晶核数量、晶粒长大速度
18晶核的形成：
均质形核（自发形核）
形核能：
自发形核的条件：
亚稳流体（处于过冷状态下的铝熔体）
能量起伏
面自由能升高，恒为正
体自由能降低,为负值
ΔG≤ΔG*
成分起伏
依靠自发形核结晶的晶粒
非均质形核
在结晶器壁上形成球冠状核心
球冠核形成能
ΔG*=（16Πωs2γsf/3Δg2）·f（m）
F（m）=（2+COSθ）（1－COSθ）
19添加外来核心：
添加细化剂：
采用电磁振荡、超声波振荡、机械振动击碎枝晶，成为核心
变质剂细化：
铝合金常用变质剂有：
Al—TiAl—ZrAl—Ti—B
Al—Ti—B—Re
铸轧生产中最常用的变质剂为
Al+（5±0.15）%Ti+（.1±0.07）%B
TiAl3呈块状，尺寸在9－125μm之间，要求尺寸在20—27.5μm之间的多TiB2团块尺寸在7.5μm以下，均匀分布。
变质处理工艺：
添加时熔体温度：
705±50C
添加后熔体停留时间：
＜30分钟
添加位置：
一般在过滤前加入
变质剂添加机构：
20双辊铸轧：
双辊铸轧形式：
底注式、倾斜式、水平式
底注式
倾斜式
水平式
21铸轧基础知识：
铸轧区分为三区：
L1——冷却区L2——结晶区L3——轧制区
铸轧区L=L！
+L2+L3（超型铸轧机一般为60——75mm）
铸轧温度：
（695——7050C）、铸轧速度、前箱液面高度、卷取张力、冷却强度
22铸轧参数的选定：
1）铸轧区的确定：
2）铸轧温度的确定：
3）铸轧速度的确定：
4）冷却强度的确定：
主要调节冷却水量（调节进出水温差）来调节冷却强度，一般进出水温差控制在50C以下。
23铸轧实践：
铸嘴结构：
铸嘴制作、铸嘴装配、跑渣烫前箱、立板
24铸轧板质量缺陷分析：
1）粗大晶粒、粗晶面、粗晶带2）尺寸超差
3）裂纹4）热带5）气道6）粘板
7）折裂8）通条划沟9）表面夹杂10）龟裂
25铸造：
一、铸造方法分类：
铸造方法一般分为锭模铸造、半连续铸造。
（1）锭模铸造：
分生铁模和水冷模。
生铁模——模型由生铁制成，如电解铝厂浇注重熔用铝锭的铁模即是。
水冷模——模型外壁可做成水套，通水冷却，加大结晶时的冷却强度。
可以是生铁模，也可以不是生铁模。
（2）半连续铸造：
以一定的铸造速度将熔融金属不断地浇入结晶器内，结晶器配有水套，通以一定的冷却水，结晶后的铸锭连续不断地以一定的速度拉出。
（创元铸造车间3#炉暂时用来生产母线，即用半连续铸造中的水平铸造）
半连续铸造又分水平铸造和立式铸造。
水平铸造在铜及铜合金生产中应用普遍，铝合金生产应用不多。
二、半连续铸造的特点：
半连续铸造是将铝熔体引入一铜制或铝制的结晶器内，结晶器外壁装有水套，通水冷却。
熔体导入结晶器时，先通过一漂浮漏斗，使熔体均匀地分配到结晶器中，形成液穴（见图）。
图半连续铸造的液穴形态
a圆锭直径：
250mm；b扁锭：
200×950mm
三、半连续铸锭铸造组织：
典型的铸造组织存在三个区：
即外圈的细小等轴晶区，中环的柱状晶区，中心的大等轴晶区。
在横截面上，晶粒的形状和大小是不同的。
四、造成铸锭断面上晶粒组织不同的主要原因：
半连续铸造（亦称直接水冷铸造）表面结晶时，靠近结晶器壁的熔体，过冷度较大，能在器壁上形成足够多的核心，核心长大成细小等轴晶粒,细等轴晶结成壳体，壳体冷却收缩，在壳体与结晶器壁之间形成缝隙，缝隙的热阻急剧增加，从而减小了结晶前沿的温度梯度，减小了过冷度，这使得晶核长大的速度减慢，其结晶前沿有机会继续成核。
核心多，长大速度慢，就出现了细等轴晶带。
铸锭一边结晶,一边从结晶器中被拉出。
这时冷却水直接喷射到铸锭表面，消除了热阻层，加大了冷却强度，从而增大了晶粒的长大速度，使得结晶前沿还来不及形成核心，晶粒已经迅速长大，形成了柱状晶带。
如果铸锭直径（或厚度）足够大，中心区域尚未结晶完成。
随着凝固层的增厚，导热率减小，过冷度减小，因此在中心部分晶粒长大的速度减慢了，有条件形成新的结晶核心，但由于过冷度小，结晶核心的数量明显减少，因而形成较粗大的等轴晶区。
五、影响铸锭质量的主要因素：
1）化学成分：
一般来说，合金成分越复杂，晶粒较细小；纯度越高，晶粒越粗大。
（对铝合金而言，其杂质铁与硅，还得按一定的比例相配，否则会恶化铸造工艺性能，产生铸造裂纹。
2）铸时的液穴形状和深度：
液穴是由一个个的等温面构成的。
等温面越平坦，深度越小，也就是液穴越平坦，深度越浅，铸造性能越好，越能得到细小均匀的铸造组织。
3）工艺参数：
铸造温度：
铸造温度越高，熔体流动性越好，有利于改善表面质量，但使液穴深度增加，容易出现铸造裂纹;铸造温度低,表面易出现冷隔,内部易产生疏松；
铸造速度：
速度快，液穴深度增加，易出现裂纹，速度慢，表面质量恶化，易出现偏析瘤、冷隔等；
冷却强度：
冷却强度大，表面质量好，但容易出现裂纹；冷却强度小，熔体产生的过冷度小，粘度大，易出现粗大晶粒和疏松，并恶化表面质量。
4）润滑条件:
润滑不好，会产生拉裂。
六、铸锭组织及控制：
主要是在凝固时增加熔体中的形核率，控制晶粒长大在合适的速度，而最有效的手段是添加晶粒细化剂（即变质剂），增加外来核心；控制铸造工艺参数，降低浇注温度，抑制柱状晶成长。
七、铸造缺陷：
1）羽毛状晶2）浮游晶3）枞树组织
4）偏析：
铸锭各部分化学成分的不均匀叫做成分偏析。
偏析分为宏观偏析和微观偏析。
常见的宏观偏析有：
比重偏析、逆偏析、偏析瘤、粗大金属间化合物等。
5）疏松：
疏松是一种微小的分散缩孔或气孔，分组织疏松和气体疏松。
从形成的范围看，分宏观疏松和显微疏松
6）裂纹：
裂纹也是铝合金铸造中常见的一种缺陷,且是一种恶性缺陷。
铸锭中只要发现这种缺陷，无例外地予以报废。
裂纹的种类：
Ⅰ、按裂纹的形式分有如下几种：
圆铸锭——中心裂纹、环状裂纹、表面裂纹、横向裂纹等。
扁铸锭——底部裂纹、侧面裂纹、表面裂纹、浇口部裂纹等。
空心铸锭——内部放射状裂纹、环状裂纹、横向裂纹等。
Ⅱ、按裂纹形成机理分有下列两种：
热裂纹，冷裂纹。
扁铸锭裂纹（见图）
底部裂纹：
这种裂纹是由于铸造开始时，底部金属接触温度低的底座，
图扁铸锭的裂纹形式
7）气孔8）夹渣9）氧化膜10）冷隔
八、铸锭质量检查：
化学成分、锭坯尺寸、
表面质量：
表面质量检查包括弯曲度、表面裂纹、表面夹杂、坑洞、冷隔、偏析瘤、拉裂等
内部质量：
晶粒度、夹杂、羽毛状晶、光亮晶粒、粗大化合物、裂纹等
九、铸造工具简介：
一）铸造机
半连续铸造机包括：
铸造平台、升降台、传动装置、铸锭底座、水冷系统等。
目前铝合金加工生产中使用铸造机的形式有；钢丝绳传动铸造机、丝杠传动铸造机、液压式铸造机、链传动铸造机等。
二）结晶器和底座
结晶器，又称冷凝器，是半连续铸造中的关键工具。
其设计、制做的合理与好坏，影响到铸锭的形状、尺寸、内部组织和表面质量。
底座：
托住铸锭并将铸锭从结晶器拉出的机构
三）扁锭结晶器
工厂常用的扁锭结晶器如图示，主要尺寸见表6。
结晶器宽面稍呈向外突出的弧形，是考虑铸锭收缩后，能够获得平坦的铸锭表面。
根据实测，铸锭截面上
铸造275×1040（或1240）mm扁锭用结晶槽
铸造300×1200mm7A04合金用结晶槽
铸造200×1400mm硬铝合金用结晶槽
铸造软合金扁锭结晶槽和水冷装置示意图
1结晶槽2盖板3水管4底座
铸造硬合金扁锭结晶槽和水冷装置示意图
1水箱（兼盖板）2挡水板3结晶槽
扁锭结晶器主要尺寸，mm
铸锭规格
结晶器长度
结晶器宽度
结晶器高度
小面弧半径
l
l1
b
b1
h
h1
R1
R2
275×1040
275×1240
300×1200
200×1400
255×1500
300×1500
1070
1260
1230
1420
1530
1530
80
80
230
205
220
150
280
280
310
205
270
310
280
280
300
205
264
300
190
190
200
200
200
200
35
35
65
75
70
120
15
15
88
60
90
68
225
500
210
145
175
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硬铝扁锭结晶器水箱示意图
铸造200×1400mm硬合金扁锭底座示意图
铸造275×1040mm软合金扁锭用底座示意图
四）金属转注及液流控制装置
铸造过程中几种液流的控制方法
a1浮标2柱塞3结晶器4中间容器
b1浮标漏斗2流管3结晶器
c1操纵机构；2钎塞3结晶器4液面监测器
十、现代半连续铸造技术
一）热顶铸造
热顶铸造示意图
二）同水平热顶（或绝热模）铸造（见下图）
绝热模铸造结晶器
三）电磁铸造
电磁结晶器构造简图
a冷却水直接下喷；b冷却水与表面成较大角度
1感应圈2电磁屏蔽3冷却水套
电磁铸造结晶器由感应线圈、屏蔽和冷却水套构成。
当交变电流通过感应线圈时，液穴内熔体在交变磁场的作用下便会产生感生电流。
由于集肤效应，金属液柱外层的感生电流较大，并产生一个压缩金属液柱使之避免流散的电磁推力F。
熔体在电磁推的作用下，形成稳定液柱，在下端冷却水的作用下，结晶形成铸锭。
铝合金熔炼、铸轧与铸造复习参考题
1影响铝熔体含气量的主要因素有哪些？
2电解铝液存在的主要问题是什么？
3铝熔体精炼有哪些方法？
各自有什么特点？
4精炼操作有哪些要求和注意事项？
5如何提高泡沫陶瓷的过滤效果？
6采用Al—Ti—B丝细化晶粒在工艺上有哪些要求？
7铸轧用Al—Ti—B丝对其质量有哪些要求？
8铸轧区分为哪几个区？
9铸轧带坯可能产生哪些主要缺陷？
如何防止？
10铸造组织主要分为哪几个部分？
是怎样产生的？
11铸造组织可能产生哪些主要缺陷？
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