低液位铸造技术在铝合金扁锭生产中的应用

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1、2008年全国铝合金熔铸技术交流会文集低液位铸造技术在铝合金扁锭生产中的应用孙继陶，杨怀军，蔡有萍(中国铝业青海分公司。青海西宁810108)摘要：介绍低液位铸造技术的核心，石墨内衬对铸造的扁锭提供了理想的表面，铸造出的扁锭表面平滑无偏析瘤，偏析深度仅200肿～500tan，铸锭壳区厚约1mill，可减少铣面量50％，两大面只需铣削2inln．4mm，减少热轧切边量17％，大大提高了扁锭的成材率。关键词：结晶器；石墨环；低液位；双水道；液穴；微分激光传感器；铸造速度；液位高度使用传统的结晶器(结晶器高度200mm)生产铝合金扁锭，由于结晶器内液位较高，冷却水水套和结晶器

2、不是一个整体，冷却凝固时间长，冷却水流量控制难，生产的铸锭常发生弯曲变形、裂纹、成分偏析、夹杂、气泡、疏松等缺陷，铸件表面不光滑，表面偏析瘤较厚。铣削面大约每端面12mln，扁锭成品率只有60％。我公司采用先进的低液位铸造技术和设备‘1I，克服了以上弊端，大大提高了扁铸锭的质量和成品率。1低液位铸造技术1．1低液位铸造(LHC)低液位铸造是使用组合结晶器，控制结晶器内熔融金属液位达到理想的液位高度。在开始铸造后，结晶器内的液面高度会逐渐降低，当铸锭达到一定长度后结晶器内液位会保持在最低液面不变而完成铸造全过程。不同的合金有不同的液位高度，一般最低液位在35nⅡn。71m

3、m范围内。2××X、3×XX合金其最低液位可以达到35Ⅱ朋；1×X×、4Xx、8XX合金液位较高，在64mm一71rain之间。低液位组合结晶器的结晶器和水套设计为一体。冷却系统采用双水道，在熔融金属开始填充时，使用一级水道，低水流量冷却；当填充结束，正常铸造开始，液压缸下降，第二级水道打开，冷却水流量会逐渐提高到正常冷却水流量。自动化系统会按照程序控制金属液位和冷却水流量。1．2低液位铸造中的液穴及热量传递液位高度对铸锭的结晶特点和液穴形状有影响，因而对铸锭的应力分布和裂纹倾向有影响。液位较低，铸锭在结晶器内停留的时间较短，对减轻二次加热程度、防止淬火性表面裂纹是有利

4、的。液位过高，铸锭在结晶器内停留的时间较长，二次加热程度加剧，容易使铸锭在脱离结晶器直接见水时，形成淬火性表面裂纹。1．3传统铸造和低液位铸造液穴高度与热量传递比较传统铸造结晶器和水套是分离的，水套只有一级水眼，水流量是靠人工手动调节管路水压完成，流量控制不科学。结晶器很高，结晶器内液位也比低液位铸造的液位高，液穴也较深。低液位铸造由于结晶器结构的特点，采用逐级冷却，所以不仅液位低，液穴浅，而且热量传递更加科学合理。传统铸造结晶器高度为120mln～200mm；低液位铸造组合结晶器高度仅为80mill，正常铸．152．2008年全国铝合金熔铸技术交流会文集对中液压缸与结

5、晶器水阀门)。在LHC结晶器中的两个水腔各有自己的成套喷水孔，随着铸造的进行，打开内部总水阀，向一个水腔供水，允许两套喷水孔同时喷水。对于铸造不同合金，PLC程序中设定不同的冷却水量。阀门设有滑动式密封，不会有机械磨损产生泄漏现象。控制系统可实现精确的可重复的阀门定位，可以同步操作打开多个阀门，阀门通常处于打开状态。结晶器入水口设有过滤网，防止外来物质破坏水的分配量。3低液位铸造的实现及对偏析层的影响1一顶盖；2一石墨；3一二级水道；4—一级水道5一底盖；6一结晶器本体；7一过滤网图8结晶器断面图3．1低液位铸造的实现在传统的DC铸造结晶器内采用低液位铸造的目的，是要在

6、铸锭表面生成薄的偏析区(壳区)。它要求利用结晶器里非常低的金属液面来进行铸造，从而获得低液位状态。在传统的DC铸造结晶器中，由于直接水冷淬火的低冲击角，结晶器中的超前冷却不足以高到在一个安全和可接受的金属液面上生成薄的壳层。在这种低液位情况下，铝液泄漏出现之前金属液面变化的余地非常小，如果没有精确自动的金属液面控制，低液位铸造是难实现的。采用低液位组合结晶器铸造，结晶器的出口使用了双配置的冷却水喷射装置。LHC采用高冲击角，把冷却水喷到铸锭上来提高冷却强度，提升了结晶器中的超前冷却区。LHC结晶器中有较大的超前冷却区，使结晶器里的金属液面保持在相当高的水平，同时仍能获得

7、低液位铸造所要求达到的状态。随着凝固的表面接触，并离开结晶器壁，表皮只有一点点重熔，保持了原有固化的光滑表面。3．2传统DC铸造技术和低液位铸造技术生产的铸锭质量比较在传统的DC铸造中，在铸锭表面的偏析区(壳区)的结晶结构和成分与铸锭的其他部分的不同，如图9a所示。而用LHC结晶器铸造的铸锭的显微结构比传统铸造的更均匀，并接近用电磁(EM)铸造可能得到的结果；铸锭表面的偏析区(壳区)比传统DC铸锭的薄得多(图9b)；并减少熔融金属泄漏的次数，防止重熔金属溢出到铸锭表面。F*-__●f‘-_‘_-嘛熔析层壳区耗损层一Ij'熔析层壳区耗损层a