低液位铝扁锭铸造装置的机械技术要点及应用实践

张保存，刘金炎

(1. 山东华宇合金材料有限公司，山东 临沂276017；2. 中铝材料应用研究院有限公司 苏州分公司，江苏 苏州 215026)

在铝合金扁锭半连续铸造中，低液位铸造技术代表了当前最先进的扁锭生产工艺技术，其技术原理是在传统直接水冷半连续铸造的基础上，通过结晶器的改进设计和工艺控制，将结晶器内铝熔体液位精确地控制在较低的水平[1]。该技术可应用于1xxx、3xxx、4xxx、5xxx、6xxx系铝合金扁锭铸造，大大提高了铸锭的表面质量[2]。

低液位铸造过程中，结晶器内壁与铝合金熔体接触的一次冷却(一冷)区高度减小，逆流导热距离(结晶器下方喷出的冷却水，在其见水点的上方有一个冷却影响区，该冷却影响区的顶端到见水点的距离称为逆流导热距离)顶端以上的一冷区也被减小，这样锭坯二次加热时间短，铸锭的表面质量高[3-6]。而这套装备基本被国外垄断，价格非常高。

山东华宇合金材料有限公司铝加工事业部在合金二区新生产线中需要配置低液位铝扁锭铸造装置，为达到安全、低成本、高效、高质量的良好效果，经过现场核实与技术交流，确定了这套装置的机械技术要点，并于2017年3月开始委托某公司进行加工制作，针对这套装备的技术要点和应用实践进行如下论述。

1 扁锭低液位铸造装置系统组成

扁锭低液位铸造装置系统主要包括：铸造水箱平台与引锭头底座平台各1套、520mm×(1100mm～1400mm)规格可调结晶器及配套引锭头2套、分配流槽(集成液位控制装置)1套、供油和辅助气体装置1套、扁锭铸造自动控制程序1套。

(1)铸造水箱平台与引锭头底座平台。铸造水箱平台上安装有结晶器供油管道、残油控制管道、结晶器水路控制管道。铸造平台尺寸满足最大结晶器规格为650mm×1750mm。铸造平台一次同时铸造两根扁锭。引锭头底座与水箱平台设计有4个配合导向柱及套，水箱平台与引锭头底座平台安装拆卸必须整体吊装。分配流槽倾翻配备液压缸2个。

(2)可调结晶器及配套引锭头。520mm×(1100mm～1400mm)结晶器采用双排水增强冷却技术，铸造开始阶段采用单排冷却水，减少冷却有助于降低扁锭的翘曲，稳定阶段采用双排冷却水增强冷却，提高铸锭的冶金质量。结晶器可调范围无极可调。结晶器设计有润滑油通道及残油控制。引锭头采用可调设计，安装有排水气塞，减轻铸造过程中铸锭弹跳。提供5mm、10mm、20mm、30mm、50mm、100mm夹片各4片。其中50mm、100mm夹片设计有吊装孔，其余因重量轻无需设计吊装孔。

结晶器与引锭头配合间隙满足520mm×1100mm无需堵塞，其它规格尺寸需要铸造前堵塞石棉绳，以免配合间隙过大造成漏铝。结晶器与引锭头对中采用人工对中方式。铸造前将引锭头升高到结晶器下沿，先人工初步调整好结晶器与引锭头的配合间隙，防止升高引锭头过程中引锭头与结晶器内壁的刮擦损坏结晶器；再精细调整结晶器与引锭头的配合间隙，尽可能两边间隙偏差不大。

(3)分配流槽(集成液位控制装置)。分配流槽采用厚钢板制作外壳，防止高温使用过程中变形影响液位控制精度。内衬、分流带、铸管、塞棒等耐材采用派瑞科产品。液位控制激光器、塞杆控制器采用进口产品。

(4)供油和气体辅助装置。结晶器供油和气体辅助装置自行设计，润滑油泵站定量控制润滑油量，具有加热系统和加油系统。润滑油消耗量约500ml/铸次，两根铸锭一个铸次。具有残油控制装置，防止残油渗出。

(5)扁锭和圆棒采用独立的控制系统，进行单独控制和操作，带铸造参数存储功能(包含铸造速度、水流量、铸造温度、注油时间和注油量等数据)。

2 安装及生产关键技术

2.1 扁锭铸造装置平台安装至倾翻臂关键技术

(1)将引锭底座放置到水平地面，提起引锭底座上的导向圈，插入U型吊装垫片(每根导向柱上插入一片U型吊装垫片)。

(2)吊起引锭头将定位销孔插入到引锭座的定位销上，然后锁紧底部4个螺栓，完成引锭头的安装。

(3)采用等长吊带平稳吊起铸造平台将其套柱筒插入到引锭座的4个导向柱上，缓慢下降平台直到落到导向圈上，完成铸造平台与引锭座装配。

(4)将结晶器安装到铸造平台上，此时将铸造平台上用于限定结晶器移动的螺栓完全松开，以便调整结晶器位置；利用结晶器上4个吊装孔，采用简易吊架将结晶器吊到平台上方对着平台上引导销钉，缓慢下降结晶器直到结晶器落到对应位置后，采用木块移动结晶器初步对中后，采用螺栓和定制垫片锁紧结晶器，注意此时保持铸造平台上限定结晶器的螺栓完全松开。

(5)采用定制螺栓垫片将铸造平台和引锭底座锁紧，然后连接平台与结晶器的水管、油管和气管。再将整套扁锭铸造工装吊到铸造井上，缓慢下降直到平台水箱下方连接板上的销孔对准倾翻臂销，落到所需位置。

(6)升起铸造机升降平台，直到铸造平台顶离倾翻臂5mm～10mm，拆卸铸造平台和引锭底座锁紧螺栓。下降铸造机升降平台到适当位置，让引锭底座的导向柱完全离开铸造平台的对中套筒，再取出U型吊装垫片，采用定制长螺栓将引锭底座与铸造机升降平台固定。

(7)缓慢下降铸造机升降平台，直到引锭底座完全离开铸造平台，用螺栓固定水箱下方连接板与倾翻臂，松开结晶器锁紧螺栓，准备后续进行结晶器与引锭头对中，缓慢上升铸造机升降平台使得引锭头上边沿靠近结晶器下沿。

(8)进行铸井平台上结晶器与引锭头初步对中，采用撬杠或木块小心移动结晶器，应尽可能在撬杠与结晶器间垫软质材料，以免损坏结晶器。进一步缓慢上升铸造机升降平台，进行铸井平台上结晶器与引锭头进一步对中，采用撬杠或木块小心移动结晶器，应尽可能在撬杠与结晶器间垫软质材料，以免损坏结晶器，使得结晶器与引锭头间歇一致，最终使得引锭头进入结晶器内腔以上，引锭头上沿离结晶器上沿距离130mm～135mm(此为铸造开始前位置)。

(9)锁紧结晶器的压板螺栓，同时调整结晶器四周的固定限位螺栓，使螺栓轻轻接触到结晶器。快速接头连接平台的液压管、润滑油管、大面气阀管、小面气阀管、膨胀气管。

2.2 扁锭铸造装置平台工作状态关键技术

(1)点击按钮切换铸造机程序到扁锭铸造系统。

(2)检查结晶器工作带是否有划痕，如有采用600#砂纸上下打磨结晶器。

(3)结晶器润滑检查，点击程序中润滑工作软按钮，查看结晶器出油情况，确保结晶带四周出油均匀后关闭按钮。

(4)结晶器水路检查，设定起始水量，打开冷却水开关，查看结晶器出水孔是否有堵塞现象，如有应去除堵塞物，保证水孔通畅。

(5)结晶器大小面单排水控制阀检查，单独打开大面水阀查看是否大面是单排水，再单独打开小面水阀查看是否小面是单排水。

(6)倾翻分配流槽液压缸升降测试，确认液压缸正常后将液压缸维持在高位，以备吊装分配流槽。

(7)升降引锭头到铸造开始位置，引锭头进入结晶器内腔，引锭头上沿到结晶器上沿距离130mm～135mm(此为铸造开始前位置)。

(8)在引锭头底面涂一薄层黄甘油，黄甘油不易过多，否则在浇铸初期由于燃烧产生的烟气易导致激光检测不到液位。

(9)在引锭头与结晶器工作带间隙过大处填石棉绳(520mm×1100mm规格无需填充石棉绳)。

(10)小面与大面的两边间隙，铸造前间隙处采用石棉绳堵塞处理，并涂抹黄油。

3 应用实践与分析

根据订单，按照安全生产方案的具体要求，开展了实际应用检验，铸锭规格包括520mm×1260mm和520mm×1350mm，合金牌号包括1070、5052A和5252。生产结果表明，设备操作功能和主要性能达到要求，每个铸次的生产过程稳定，安全可靠，无任何异常情况发生，均稳定生产出表面和尺寸合格的铸锭。

应用该装置生产的产品(产品批号：D17H0802、D17H0803、D17H0901、D17H0902、D17H1001)夹渣点数均为0，且表面质量完全符合客户要求。图1为应用该装置生产的5052A扁锭产品照片。5xxx系合金含Mg高，易氧化，铸锭表面最容易出现拉痕、黑线等缺陷。由图1可知，5052A扁锭产品表面质量好，未发现裂纹且无明显的偏析瘤、冷隔等缺陷。图2为5052A扁锭边部金相照片，可知铸锭偏析层约400μm，壳层厚度<1mm。

对应用该装置生产的产品进行化学成分、外观及尺寸、低倍和高倍组织等检验和分析，产品质量完全符合高端产品的需要，并顺利得到下游客户高度认同。通过这次技术应用实践，不仅验证了该装置的安全、稳定、可靠性，同时满足了生产高端产品的需要。无论经济效益还是性能效果，该技术的应用均符合生产实际需要。

4 结论

(1)通过准确和严格控制低液位铝扁锭铸造装置的技术设计、制作、安装和检查等工作，达到工装安全稳定和可靠性、产品品质高等要求，解决了国产低液位铝扁锭铸造装置无法满足高端产品的技术难题。

(2)利用低液位铝扁锭铸造装置生产的5052A扁锭，表面无拉痕、黑线、明显偏析瘤和冷隔等缺陷，偏析层约400μm，完全满足高端产品的要求。应用实践证明该装置完全满足生产要求，显著减少设备投资，减轻企业负担，值得推广。