减少气滑铸造圆锭外观缺陷的生产实践

陈 亮

(1.中南大学冶金科学与工程学院， 湖南 长沙 410083； 2.青铜峡铝业股份有限公司， 宁夏 青铜峡 751603)

减少气滑铸造圆锭外观缺陷的生产实践

陈 亮1,2

(1.中南大学冶金科学与工程学院， 湖南 长沙 410083； 2.青铜峡铝业股份有限公司， 宁夏 青铜峡 751603)

通过对气滑铸造圆锭弯曲、冷隔、拉痕等外观质量缺陷的调查，分析探讨了造成弯曲缺陷的各种原因，针对主要原因制定了相应的改进措施并予以实施，为有效减少气滑圆锭外观缺陷、大幅提高成品率提供了途径。

气滑铸造； 缺陷； 弯曲； 冷隔； 拉痕

0 前言

某公司铸造车间采用美国Wagstaff公司气滑铸造技术及装备生产圆铸锭，该技术及装备在同行中处于国际领先水平。与传统铸造相比，气滑铸造对过程控制和设备维护的要求更高。该车间始终坚持引进外方先进的设备维护保养技术和铸造操作理念，并在此基础上总结出了一套与本车间人员、环境、生产状况相适应的稳定、高效的生产工艺和设备维护保养技术，为气滑圆锭的铸造生产奠定了坚实的技术理论基础。

1 气滑铸造技术存在的问题

2013年第一季度，该车间气滑圆锭成品率由原来的99.24%下降至97.93%，增加了车间废品回炉量和铸造损失率，破坏了正常的生产秩序，影响了气滑铸造生产线的平稳运行。

车间工艺QC小组分析认为造成成品率下降的三个主要原因有：化学成分不合格、宏观组织不合格和外观不合格。前两种原因对成品率造成的影响很小，可忽略不计。小组主要针对圆锭外观存在的问题进行了现场攻关。

从统计的成品率数据可以看出2012年第四季度和2013年第一季度车间气滑圆锭成品率明显下降，如表1所示。

表1 2012年第四季度～2013年第一季度气滑圆锭成品率统计表

2 QC小组活动过程

小组对气滑圆锭产品的外观情况进行分析和讨论后认为造成圆锭外观缺陷的原因主要有冷隔、裂纹、铸瘤、弯曲、拉痕等。小组就以上五个因素进行了研究。

2.1 外观缺陷原因调查

小组对气滑圆锭铸造生产线在2013年第一季度生产的321个铸次共19 260根圆锭进行了调查统计，其中341根因外观质量缺陷被判为不合格品，外观缺陷因素统计数据见表2。

表2 圆锭外观缺陷统计

外观缺陷原因统计图见图1。由图可以看出，造成圆锭表面缺陷的主要原因是“弯曲缺陷”，占总数的79.7%，应采取措施。

图2 圆锭弯曲缺陷因果图

图1 外观缺陷原因统计图

2.2 设定改进目标

形成表面缺陷的因素很多，也较为复杂，故把解决较为突出的“弯曲缺陷”做为提高成品率的主要途径。如果其它因素对成品率造成的影响不发生变化，消除弯曲缺陷就可以使成品率达到99%以上。

弯曲缺陷是近期生产过程中出现的较为突出的问题，在以往铸造过程中并没有此类现象发生。因此，通过分析造成弯曲缺陷的原因就能够找到并消除这一缺陷。

2.3 弯曲缺陷的原因分析

在半连续铸造中，对铸锭质量产生重要影响的工艺参数主要有铸锭横截面的几何尺寸和铸锭长度、冷却强度(水压、水流量、水温)、铸造速度、铸造温度、结晶器的有效高度。其中，铸造速度、铸造温度、冷却强度是铸造过程中三个基本要素。掌握工艺参数与铸锭质量的关系及其变化规律，是调整铸造工艺参数以获得优质铸锭的基本依据。

铸锭纵向轴线不成一条直线的现象称为弯曲。铸锭弯曲程度通常要求小于3 mm/m，其形成原因主要有：

(1)铸造机故障，如导轨不直或导轨与轴瓦间隙过大，或柱塞安装基础沉降，或柱塞安装紧固螺栓松动、楔形垫铁移位等造成的柱塞垂直度变化，均可导致底座平台在下降过程中产生位移。

(2)铸造器具如结晶器、引锭头、铸造平台(或称为盖板)、底座等安装不对中，在起铸阶段发生较大摩擦或在铸造过程中位置产生错动引起铸锭弯曲。

(3)铸锭悬挂引起。起铸阶段因个别铸锭悬挂而引起底座受力不均进而导致全部铸锭弯曲。

(4)冷却不均引起。结晶器水眼部分堵塞致使铸锭冷却不均匀，同一截面热应力释放不平衡、收缩率不一致造成铸锭弯曲；也可能因为料温或水温瞬间急剧变化，造成冷却强度波动较大引起。

(5)石墨环铸造面磨损不均匀，铝液冷却形成的薄壳层垂直度不够引起。

小组结合生产实际，从人、机、料、法、环五个方面进行分析，得出圆锭弯曲缺陷因果图如图2所示。

2.4 弯曲缺陷要因确认

2013年4月，小组对产生弯曲缺陷因果图中的末端因素进行了调查分析，得出圆锭弯曲缺陷要因确认表，如表3所示。

表3 弯曲缺陷要因确认表

经过分析认为造成弯曲缺陷的三个主要原因为有问题的模具、模具维护方法不正确和操作不当。

2.5 制定对策

按照要因确认结果，分析制定了具体对策，见表4。

表4 要因对策表

2.6 按对策实施

按照对策表，小组于2013年4月6日从下述几个方面安排并组织实施改进措施：

2.6.1 模具管理措施

(1)每班次必须保证至少有5个备用替换模具。

(2)对所有模具石墨环进行严格检查，发现磨损超标的一律更换后检修。

(3)查阅模具维护保养记录，统计石墨环使用寿命并在今后的维护保养中定期更换。

(4)加强模具维护记录的填写和管理。

2.6.2 规范人员操作措施

(1)禁止生产操作工随意使用钢丝棉打磨石墨环。

(2)必须由修模室人员判断石墨环是否需要打磨和对石墨环进行维护。

(3)在打磨石墨环时必须严格依照操作手册和车间操作要求。

(4)生产操作人员在每铸次准备工作时，要用棉布将石墨环整个内环面仔细擦拭，并且用力要均匀，尤其在铸造平台竖起时，应避免过度擦拭下部内环面。

2.6.3 模具维护措施

(1)当上一铸次出现弯曲铸锭时必须立即将该模具拆卸更换。

(2)石墨环变形或达到使用寿命时必须立即更换。

(3)石墨环的更换必须严格依照维护手册。

(4)为节约生产成本，对于部分内环面磨损量大的石墨环，可以采取旋转角度调整安装后再使用。

2.6.4 石墨环检查

通过检查石墨环的磨损情况，对导致铸锭废品的结晶器石墨环进行了更换。2013年4月期间共更换约40个石墨环，更换记录(部分)见表5。

表5 石墨环更换记录

2.7 效果检查及效益分析

2.7.1 缺陷发生率检查

方案实施后，小组又对2013年5～7月的321个铸次共19 260根圆锭进行了跟踪调查，统计结果见表6。

表6 实施效果检查表

对策实施后，弯曲缺陷基本被消除，其它外观缺陷未发生较大变化，统计数据见图3；实物照片对比见图4。

图3 对策实施前后圆锭外观缺陷对比

2.7.2 成品率检查

由2013年第一季度和第二季度圆锭成品率统计表(表7)和变化图(图5)可以看出，车间成品率由97.93%提高至99.05%，提高了1.12%。

表7 2013年第一季度和第二季度圆锭成品率统计表

图4 圆铸锭弯曲缺陷消除前后对比图

图5 方案实施前后车间圆锭成品率变化对比图

2.7.3 经济效益分析

车间在发现问题后及时采取了有效措施，杜绝了问题进一步扩大给整个生产线带来的不稳定，并且完善了维护保养措施，使车间生产管理及成本控制步入良性轨道，圆锭成品率由活动前的97.92%上升至99.05%，取得的经济效益如下：

(1)减少废品回炉量：(272-2)根×0.404 t/根=109.08 t

(2)节约回炉再生产成本：230元/t-Al×109.08 t=25 088元

(3)按照圆铸锭吨铝回炉烧损为1%、 市场价14 000元/t计算，减少烧损可节约15 271元

石墨环设计寿命为500个铸次，实际统计此次活动中更换的石墨环使用寿命均达到了1 000个铸次以上，因此，石墨环更换成本可忽略不计。

实施措施后取得的直接经济效益为40 359元。照此计算，全年节约生产成本约48.4万元。

2.7.4 社会效益分析

实施措施后取得的社会效益如下：

(1)有效减少了回炉工序中对废品处理环节所浪费的人工、原、辅料成本，提高了生产率，有效降低了员工劳动强度，减少了环境污染。

(2)确保了车间气滑圆锭生产线的平稳运行，使车间工艺控制步入良性轨道。

(3)建立健全了有效的模具维护的规范操作管理机制。

(4)为保持铸造过程连续成功操作提供了良好环境。

(5)锻炼了员工队伍，提升了岗位技能。

2.8 巩固措施

为了更好的巩固加强QC小组本次活动的成果，为小组今后的活动奠定良好的基础，真正体现现场攻关活动的意义，特制定以下巩固措施：

(1)定期对模具维护工作进行检查，对所用模具维护记录进行规范和存档。

(2)对专职模具维护人员加强培训，提高模具维护人员的质量意识和责任意识。

(3)对不严格按照车间模具维护保养规定执行的班组或个人，车间将对其进行考核。

(4)模具石墨环出现磨损需要更换时必须集中统一上报车间审核通过后方可更换。

(5)经常检查和调整铸造机，使之在运行过程中平稳不晃动；

(6)正确组装结晶器、底座、盖板，既保证水平度，又要保证垂直度，还要保证对中，调整后要对其紧固，防止铸造过程中产生移动。

(7)要选用表面光洁、锥度合适、平直的结晶器，并注意开头操作，防止铸锭悬挂。

3 结束语

通过此次活动的开展，提高了小组成员的业务水平，使他们处理和解决问题的能力逐步增强，同时确保了车间生产的顺利进行。本次QC活动中，造成外观缺陷的冷隔和拉痕两个因素(活动前频数为86+73=159根，活动后频数为57+34=91根)的数量虽有所减少，但仍占较大比重，故解决冷隔和拉痕缺陷仍是今后工作的目标。

[1] 向凌霄.原铝及其合金的熔炼与铸造[M]．北京：冶金工业出版社， 2005.

[2] 周家荣.铝合金熔铸生产技术问答[M].北京：冶金工业出版社，2008.

Production Practice on Reduction of Appearance Defects in Rounded Ingot Airslip Casting

CHEN Liang

Through an investigation about bending, cold shut, draw mark and other appearance defects of airslip casting rounded ingot, this paper analyzes all kinds of reasons about product bending defects, works out corresponding improving measures based on the analysis, puts the measures into practice, and finally provides a good method to eliminate appearance defects of airslip casting rounded ingot effectively and to increase yield greatly.

airslip casting; defects; bending; cold shut; draw mark

2014-07-07

陈亮(1976—)，男，内蒙古阿左旗人，大学本科，在职硕士，高级工程师，主要从事铝熔铸加工生产工作。

TG249.5

B

1008-5122(2014)06-0028-05