硬合金圆铸锭熔铸机组配置方案选择

代先华

(中色科技股份有限公司，河南洛阳471039)

随着科学技术及国民经济的发展，中国铝加工业取得了很大的成就，各种铝合金型材在建筑工程、现代汽车及机械制造等部门已广泛应用，特别是在急需轻量化的航空航天、国防军工及交通运输等领域方面，国内铝合金大、中型工业型材在近年来也获得了高速发展，正逐步向高端化、专业化、规模化生产转变。

作为与其配套的熔铸是铝合金材料物理冶金的重要基础，又是变形铝加工产品多段加工工序的第一步，硬合金圆铸锭熔铸机组如何有效配置首当其中摆在各加工企业面前。

1 熔铸机组配置原则

熔铸机组配置主要集中在吨位选择及其类型匹配上。熔铸机组吨位的确定是整个熔铸设计最基本同时也是最重要的环节。因此，必须严格按照生产任务的要求，在现有熔铸生产技术条件下，综合考虑投资、占地面积、节能及其规模等因素，配置最佳吨位的熔铸机组。

通常情况下，为了节省成本、避免能源浪费以及更有效保证熔体质量，熔铝炉、保温炉与半连续铸造机组成的熔铸机组应按公式(T熔+T熔辅)≥(T铸+T铸辅)的要求进行匹配，其中T熔为熔铝炉的熔化时间，T熔辅为熔铝炉其他工序如装料、扒渣、取样、调整成分、转炉等的辅助操作时间，T铸为铸造机铸造时间，T铸辅为铸造机其他工序如吊锭、清理铸盘等的辅助操作时间。

2 几种常见熔铸机组配置类型

目前，常见的熔铸机组配置有以下几种类型:

①1+1型，1台熔铝炉/保温炉，既是熔铝炉又是保温炉、1台铸造机组成的熔铸机组;

②2+1型，即2台熔铝炉/保温炉、1台铸造机组成的熔铸机组;

这两种类型适用于合金品种单一、小规格的挤压型材圆铸锭(如6063合金或6061合金等)生产。

③2+1+1型，即2台熔铝炉、1台保温炉、1台铸造机组成的熔铸机组。此类型适合合金品种较少、批量大、规格范围少、铸造时间短的全部为软合金圆铸锭或以软合金圆铸锭为主兼做部分小规格的硬合金圆铸锭铸造的生产;

④2+2+1型，即2台熔铝炉、2台保温炉、1台铸造机组成的熔铸机组。此类型最适合于大、中型铝加工厂的扁铸锭生产，其铸造规格少，批量大，铸造机利用率最高;

⑤1+1+1型，即1台熔铝炉、1台保温炉、1台铸造机组成的熔铸机组。此类型适合多品种、多规格(更换合金频繁)、小批量或铸造时间长的大规格硬合金圆铸锭(直径大于500mm)的生产。

3 硬合金圆铸锭熔铸机组配置

3.1 吨位选择

对于硬合金圆铸锭熔铸，宜采用小吨位(10～30t)、多条生产线的熔铸机组。随着熔铸技术的发展以及圆铸锭熔铸规模的不断扩大，可适当配置中型(50t左右)熔铸机组满足大规模产能，减少过多生产线。采用小、中吨位配置的理由如下:

(1)铸造性能方面。硬合金具有比较宽的结晶温度范围和比较低的塑性，铸造性能不太好，铸造时铸锭易出现裂纹，铸造难度大。而且铸锭规格越大、铸造根数越多，铸锭生产难度越大，铸造成功率和成品率越低;

(2)生产组织方面。根据目前国内其他铝加工厂生产硬合金圆铸锭的经验，硬合金圆铸锭生产具有小批量、多品种的特点，合金更换较频繁。选用多条小吨位的熔铸生产线，可以对某种或同类牌号的合金在指定生产线上进行生产，有利于生产组织，同时在更换合金品种时会减少洗炉量，提高成品率;

(3)生产安全方面。圆铸锭重量一般不大，小的不到3t(Φ400mm以下)，直径大于500mm的大规格硬合金圆铸锭锭重约为 4～7t，最大约 20t(Φ1200mm)。如采用大吨位炉子和铸造机的配置，每铸次圆铸锭铸造根数较多，一旦出现裂纹、漏铝等现象，操作人员不易于处理，更容易产生危险。采用小吨位炉子和铸造机，操作人员更容易掌握生产工艺，提高铸造成功率;

(4)生产成本方面。生产硬合金圆铸锭对合金成分要求比较严格，炉子容量越大，调整合金成分越难。另外每次更换合金时，需用高纯铝进行洗炉，炉子容量越大，洗炉量越多，能源消耗越多，运行成本越高。采用小吨位炉子更有利于合金成分的调配及调整，减少生产周期，降低能耗，减少运行成本;

(5)国内外情况。目前国内生产硬合金圆铸锭采用的熔铸机组基本为小吨位的熔铸生产线。如东北轻合金有限责任公司采用25t和15t;西南铝业(集团)有限责任公司为9t;广西南南铝加工有限公司为20t和 50t。

世界范围内硬合金圆铸锭的吨位范围为20～60t。其中俄罗斯的吨位为最大，在Samara和KUMZ两个工厂，Almex提供了工装，两个工厂的熔铸机组吨位均为60t。欧洲大部分制造商的吨位普遍比较小约为20t，代表性的工厂有 Otto Fuchs、Universal Alloy Romania、加铝Issorie工厂等。印度和美国的吨位介于中间，大致为30～40t，典型工厂有美铝Pimalco工厂，印度HAAL等。日本的情况跟欧洲基本相同。

3.2 熔铸机组各设备数量匹配

通过对炉子周期和铸造周期的计算，在熔铸机组数量匹配上，必须使炉子和铸造机数量搭配最合理。

通常情况下，一个熔炼周期时间为6～8h。在现有的铸造技术条件下，硬合金圆铸锭的铸造速度相对较慢，其铸造时间较长。特别是大规格圆铸锭，例如铸造直径Φ500～Φ700mm，铸锭长度约7m的硬合金圆铸锭，其纯铸造时间5～6h(超大规格的铸锭时间更长)，加上铸造辅助时间(吊锭、清理铸盘等)6～8h，铸造机生产周期较长。铸造时间加上保温炉操作时间与一个熔炼周期相当。其熔铸机组采用1+1+1的配置方式为最佳。

4 结论

综上所述，对于硬合金圆铸锭熔铸生产，宜采用小吨位1+1+1熔铸机组，即10～30t熔铸机组(1台熔铝炉+1台保温炉+1台铸造机)的配置方式;如果生产规模大，专业化程度高，同时综合考虑其他方面因素，也可增配部分中型熔铸机组，即10～30t熔铸机组(1台熔铝炉+1台保温炉+1台铸造机)结合50t左右熔铸机组(1台熔铝炉+1台保温炉+1台铸造机)的配置方式。