气滑圆锭铸造生产

气滑圆锭铸造生产第一节.气滑圆锭铸造的技术创新点铝及铝合金圆铸锭气滑铸造（AirSlip）工艺控制研究。通过采用目前世界上先进的气滑铸造（AirSlip）工艺，发挥技术优势，有效提高多品种产量和质量，节能降耗。1）竖井生产线全计算机自动控制技术应用。信息采集控制系统，选用WAGSTAFFAUTOCAST自动铸造控制系统对铸造流程进行监视和控制。监控对竖井生产线进行实时全自动控制，对保证气滑铸造（AirSlip）生产取得高质量的产品、低能耗、高成品率等铸造产品的经济技术指标起决定性作。2）竖井生产线自诊断决策计算机系统应用。采用先进的计算机及工业控制网络技术，对竖井生产线的各项生产数据进行计算机自动、实时采集、分析，及时捕捉生产规律，自动控制工艺参数、生产过程。3）竖井生产线系统配置优化。由于气滑铸造（AirSlip）生产工艺是第一次投入运行，掌握理论工艺参数是否能够达到实际铸造产品的技术标准，需要对竖井生产线各工艺能数进行在线调试及仿真研究。并根据究结果修订设计的边界条件，对气滑铸造（AirSlip）工艺各参数的配置进行优化。4）数据采集、监控自动化技术。WAGSTAFFAUTOCAST自动铸造控制系统，数据采集、处理采用SCAND系统用来控制涉及半连续铸造的流程变量。系统使用远程安装，架式固定计算机部件。所有的计算机系统的维护和监视都能在单一的地点完成。通过工业以太网与各节点PLC、HMI通讯，实现高速（10M/100M）、实时监控生产工艺的变化。5）铸造设备监控自动化技术开发。竖井生产系统原设计混合炉的倾动由操作台手动控制，经架设工业DH+网络并进行相应的软件开发后，整个竖井生产系统所有设备均在工业控制计算机上完成，只需在HMI上轻点一下，即可完成一个完整的铸次生产。关键技术:1）铝合金圆锭竖井半连续气滑铸造（AirSlip）理论。铝合金圆锭气滑铸造（AirSlip）生产过程采用680--710°C的合金铝液在带有水、气、油配置的结晶器内，由晶粒结合成晶枝最后相变为固态金属。经过配料、精炼、除渣、静置后的电解原铝液，在计算机通过PLC控制液压比例阀开度，达到自动平稳控制浇涛平台液位，合金铝液平稳加注到水冷油润滑结晶器内，形成预定外形尺寸的固态铝合金。合金铝液在水冷结晶器内只与润滑油接触，不和结晶器内的石墨环表面接触。在液态铝液下面是一个周围为固态，中间为液态的漏斗形的“液穴”。在液穴的底部是水冷结晶后的固态铸锭，随着铝液的不断流入和液一固相变的连续发生，根据选用的结晶器形状，就会铸造出各种外形的产品。铝合金竖井铸造铝液相变主要分为三个阶段：a）最初铸模冷却区。在此阶段液态铝液开始与铸铸模冷却水接触。接近铸模的铝液由于将热量传递给冷却水，开始形成一层金属壳或金属薄皮。此结晶区的长短与水冷强度相一致。b）缓慢冷却区。在此结晶区内由于铝液与结晶器喷射出的冷却水距离变远，热传递效果变差，使得液穴内部铝液在不断冷却结晶后使得结晶速度放慢。但晶体在此阶段仍处于不生产中。铸锭结晶后的固态外壳仍然会不断变厚。c）超前冷却区。在这个阶段，冷却水高速喷射到铸锭表面，使液穴内部热量迅速传递到水中。根据不同的冷却水量、水温、铸造速度、合金特性决定铸锭内部相变速度。（其中铸造速度和合金特性是影响产品成形的决定性因素）在上述任意一个结晶区，液态/固态铝均不与水冷却结晶器内表面接触。通过计算机（软件）、PLC（软件）、工业网络、传感、检测、执行等软硬件技术的结合，精确完成复杂的气滑铸工艺理论对设备、控制等的要求。在结晶器内表面安装有只透气性良好的石墨环，通过铸井平台上各管路系统将润滑油、压缩空气根据计算机系统设定的工艺参数，精确地供给60只同水平水冷铸模结晶器所需用量。根据不同种类合金所设定的工艺参数，可进行柔性变更，铸造出多种符合气滑铸造（AirSlip）质量标准的产品。2）气滑铸造（AirSlip）生产工艺综述。WagstaffMaxiCast热顶铸造系统是一个半连续的同一高度浇注工艺。熔融铝通过流槽系统直接流进个别嵌有铸造环的水冷却结晶器里。传统的DC铸造工艺在固化过程中，通过结晶器壁排出热量。这导致了厚的、不均匀的外表面壳。用气滑铸造（AirSlip）工艺，仅有很少的热量通过结晶器传递并散出。直接水淬冷从圆锭带走了绝大部分热量。这就导致了浅液槽，非常薄的壳，晶粒均匀和表面优良的圆锭。气滑铸造（AirSlip）工艺适用较短的结晶器，较快的铸造速度，独立水喷嘴和独特的空气轴承，通过结晶器，把热萃取减低，并且增强二次冷却。提供到气滑铸造（AirSlip）结晶器的油和气，沿着结晶器环（石墨）通过环里的槽或通道流动。随着油气混合物流动通过渗透性石墨铸造环，它在熔融铝和铸造环之间形成了一个气体绝热层。这防止了熔融铝接触石墨环，气体通过结晶器的底部排出。气滑铸造（AirSlip）结晶器中的短结晶器孔，与很少的一次冷却结合，在圆锭退出结晶器时，形成一个较高的表面温度。要充分冷却这个较热的表面，要求用较大的水冲击力打击表面。气滑铸造（AirSlip）结晶器比传统的结晶器使用较高的水速度和较高的冲击角，形成快速固化，产生最小的下表面偏析。3）气滑铸造（AirSlip）控制系统综述。WagstaffAutoCast™自动系统操作员控制台的控制与显示均在HMI上完成。同时，配有手动按钮控制操作设备及功能，作为系统突发故障时的应急操作。操作员界面屏幕显示在一台装于操作员控制台的彩色HMI监视器上。上位机组态画面是专门为气滑铸造（AirSlip）操作所设计的SCADA系统的一部分。4）半连续竖井气滑铸造（AirSlip）计算机控制技术应用研究。竖井铸造控制计算机在线智能辨识的多模模糊气滑铸造（AirSlip）控制技术，因为目前圆锭铸造过程中各项工艺参数能够在线实时测量，但自动气滑铸造（AirSlip）流程对产品提供更多的控制，这能够使产品达到一致的质量。Wagstaff的AutoCast自动铸造控制系统在操作员控制台与需要精确控制的参数如铝液温度、铸造下降速度和冷却水流量等硬件装置之间提供即时、双向的电子信息传递。5）铸造速度控制由一个精确的大流量传感器，带有闭环反馈控制，测量离开铸造柱塞的液压流速。液压流量控制阀，由PLC操作，用以精确控制铸造速度。第二节.气滑圆锭铸造生产线构成生产线构成：主要设备有2台35吨熔炼炉、2台35吨液压倾翻保温炉、2台20/5吨桥式天车、1套美国WAGSTAFF气滑圆锭铸造机、1套美国WAGSTAFF扁锭铸造机（这两套铸造机均包含1套液压柱塞系统、1套循环水控制系统、1套油气控制系统、1套自动控制系统，共用1套SCADA主机）。生产线所有设备全部采用以太网技术进行联网。另外附属设备有：制氮机1台，空压机4台，冷干机2台，自动圆锯床2台，高速铝扁锭锯床1台，悬臂吊1台，在线除气装置1套，过滤箱2套等。具体实物照片：第三节气滑圆锭铸造工艺流程1.生产工艺流程概述：电解原铝―入炉―配料f精炼f扒渣f倒炉转料f调温静止f浇铸f吊运f锯切f打捆f检斤f标识―入库。WAGSTAFF气滑铸造机可生产：中162mm圆锭，每铸次60根。中178mm圆锭，每铸次60根。如果不能很好的了解铸造原理、生产工艺、操作规程，容易对人身和设备造成多种伤害或损失，导致安全事故发生，我们在铸造准备阶段必须采取积极地应对措施，充分确保安全。1）引发爆炸所需要的因素：熔融铝液•水蒸气爆炸被液体铝液覆盖或包围的液体水几乎瞬间发生相变成为水蒸气，将熔融铝液溅射致各个方向。在700摄氏度，同一个体积的液体水的蒸气要占据同体积液体水将近1900倍的空间。•化学爆炸熔融铝液将和空气中的氧气、水或诸如化肥等氧化剂发生反应。它们常常是因为水蒸气爆炸而引发的。据估计，0.454Kg铝与氧完全反应所释放的能量相当于引爆1・36Kg的梯恩梯TNT（三倍）。2）措施•确认最低铸井水位深度要高于井底碎物至少1米，竖井水位设定值为3.5米；经常演练铸造紧急终止程序;穿戴有效的劳动防护用品。有侧面保护的安全镜、安全帽、耐热手套耐、高温工作服、防护鞋。•做好铸造平台防护工作。在铸造平台、铸造顶板、铸井内壁涂刷防爆涂料；用压缩空气去除引锭头上的水；在引锭头的空腔内喷少量植物油；确认结晶器水流量正确不得有堵塞；水流量达到设定；确保清理铸井墙壁、顶板。•做好工具、盛铝渣箱的除潮预热工作。•保证排铝箱容量足以盛装整个溜槽内的金属铝液；•涂好植物油；•检查排铝箱中无杂物、裂纹、水分；•确保工具的干燥、无锈。•加料预防措施。只加入干燥金属固体料；若金属存放地在室外，可视为潮湿料；绝不能加入有未知残留物覆盖的金属固体料；散料应分散干燥，检查并在加入前预热。关键工序介绍A.配料配料计算是根据合金的加工性能和使用性能的要求，控制合金的成分和杂质，确定各种炉料品种及配料比，从而计算出每炉的全部投料量，它是决定合金产品质量和成本的重要环节。1）配料意义a）保证化学成分的关键。b）提高工艺稳定性的重要环节。c）提高铸锭质量的重要因素。d）对降低熔铸生产成本有重要意义。2）配料要点a）配料计算和备料应准确无误。b）按照不同类型的合金和不同规格的铸锭对化学成分和杂质含量的要求进行配料，可有效的避免铸锭裂纹。c）采用干净适宜的炉料可改善铸锭的组织状态，纯洁度和工艺塑性。d）在保证铸锭的化学成分和性能的前提下，尽可能多的使用低品位铝、可代用新铝的废料、外厂废料等，可显著降低生产成本。3）配料基本程序a）明确产品牌号和基本要求。b）确认每包原铝及回炉固体冷料的重量和杂质含量。c）根据电解槽出铝指示量与原铝预分析报告，计算入炉原铝的成分及加入冷料成分。待铝液完全混合搅拌后取分析试料。d）对杂质含量高的电解原铝优先入炉，便于杂质在铝液中均匀分布。4）配料计算的原则a）铁、硅含量相差较大时，按大者进行计算，在核算另一个及总和。b）铁、硅含量相近时，可以总和为计算标准，再核算大者。c）配料时，若要提高产品的品位，则加入高品位的固体冷料；降低品位时，加入低品位固体冷料。B.熔炼•工作前检查混和炉运转是否良好，并确认入料时炉温。•配料前先确定当班配料标准，查看炉内铝液量（如果炉内有铝液，要取样做炉前分析以备配料参考），并做好配料前的准备工作。•电解原铝在出铝台包内捞渣，防止浮渣、电解质入炉。每铸次炉料必须加入2-6吨固体废料。•确认配料锭含量，严格按照配料标准配料，杜绝变料事故发生。•混合炉入满后，根据炉底化学成份及当班入铝量，计算后加入配料所需的合金锭及镁锭。•将炉内铝液充分搅拌，做到化学成份均匀，搅拌时必须将混合炉断电或断气。转炉倒料经取样分析确认配料基本达到要求、铝液温度达到要求可进行转炉。通过溜槽将铝液从熔炼炉转至倾动炉。a）检查确认溜槽及倾动炉畅通。b）对溜槽进行预热。c）打开熔炼炉出铝口放出铝液，控制适当的铝液流量。d）转炉过程必须两人操作（一人操作、一人监督），对铝液流动情况及倾动炉情况随时监控，当倾动炉快满时，堵住熔炼炉出口。e）倾动炉不准接料过满，至少要留出3-5吨容量。f）清理溜槽残铝，转炉结束。铝液净化•炉内处理：a、精练温度：720-760°C；b、精练时间：20-40分钟：c、精练剂用量:2-3Kg/吨铝；d、精练结束10分后除去表面浮渣。。・熔炉温度720-850C，炉前分析合格后方可倒料；f、铝水倒入倾翻炉后再进行二次精炼，精炼完后用氮气在炉内均匀吹10-20分钟进行除气。•圆锭精炼可以使用普通精炼剂。•精炼时氮气流量不要开的太大，精炼剂要缓慢均匀打入铝熔体的每个角落内，确保精炼均匀到位。•精炼所用氮气压力必须达到0・3Mpa，氮气纯度要求99.99%以上。•炉内取化学式样时要确保炉料均匀，取料点均匀（按照炉门：①178生产线每个炉门分散均匀取3个料）。扒渣前10分钟，必须在铝液表面均匀覆盖低温除渣剂。•配料、扒渣工作结束后必须静置铝液20-40分钟。•浇注前炉内铝液温度控制在715-725°C。E.浇铸•对分流盘、溜槽内衬进行检查和修补、清扫，铸造前30分钟对分流盘、溜槽、过滤箱进行预热，确保全部溜槽、金属传感器设备和液流控制装置干燥。•检查冷却水流量和结晶器喷水分布状况，确保每个结晶器和圆棒都有足够的冷却。•选择并核实自动化系统相应品种规格的铸造工艺参数菜单。•核实引锭头是在正确的铸造高度。对于①162、①178mm的结晶器，引锭头的顶部低于铸造环底部0-3mm，并用反光镜检查；并检查顶板是否飘移。更换准备足够用量的普通铝钛硼丝，并检查安装到位。浇铸前溜槽内放置10-20Kg普通级铝钛硼丝铺底（将铝钛硼丝切成2-3米长线杆平放在溜槽内10-15根）。正确安装40ppi泡沫结构板，确保安装牢固，无缝隙、无破损，并加热过滤板30分钟。•铸造前，升起顶板用压缩空气吹干净引锭头上的水和杂物，在每个引锭头上喷上植物油。•引锭头必须洁净无裂纹和锈蚀。•浇铸铝液温度控制在690-700°C。•浇铸进入稳态后不得在溜槽、过滤箱、浇铸盘面铝液中随意搅动、捞渣、或加入其它物质。•溜槽内取化学式样时必须保证足够深度，打去表面氧化膜。•浇铸结束后对圆锭进行10分钟冷却。•排干平台冷水腔中存水。•立起铸造平台，确保平台立起到位。•将顶板上升，使成形圆锭上部高出井口1・5-2米。•检查圆锭吊具，确保各部位紧固。•将吊环寇在圆锭上端1米处，指挥天车起吊。•将圆锭平放至圆锭锯床平台上，等待锯切。F.锯切打捆•开机前检查圆锯床是否正常，检查圆锯片是否有裂纹或掉齿。•严格执行锯切要求，锯切长度符合规定（+5ia+7mm）o•锯口光滑，棒子不允许有毛刺、飞边和油污、明显印记。•打捆符合打捆规定，钢带必须打紧，间距保持均匀。•宏观分析切片必须按照规定，在任意棒锭中切取，锭头、锭尾各取一片。•锭头切去长度不得少于300mm，锭尾切去长度不得少于200mm。

第四节表面质量缺陷、内部质量缺陷1-表面缺陷铸锭表面存在各种各样的缺陷，可以用肉眼直接观察出，一般采取模具维护保养、清理铸造平台、更换结晶器、石墨环、调整冷却水的酸碱度、调整铸造参数以达到铸造热平衡等方法来消除。常见的表面质量缺陷：表面横裂纹铸瘤、冷隔拉痕、缩孔、气孔弯曲、氧化物斑纹。1）弯曲在圆锭的整个长度上有平缓的弓形，或者突然的扭曲或弯曲。（见下图）

原因及控制措施分类可能原因可能原因热能原因模具维护不好，造成不均匀的冷却。清洁出水口或者修理结晶器清洁水过滤网清洁结晶器表面水垢热铸造状态。提高水流量降低铸造速度降低铸造温度降低水温度机械原因不稳定的引锭头。修理或更换变形的引锭头安装板铸造环磨损导致不规则的气流通过铸造环。更换铸造环防倾倒护栏已变形与引锭头底座分开时不同步导致顶板移动。修理或更换防倾倒防护栏2）氧化物斑纹氧化物斑纹是由于结晶器内积蓄的氧化物释放，并残留在圆锭表面上造成的。（见下图）

原因及控制措施分类可能原因可能原因圆锭锭尾释放溜槽、导流管、或转接板潮湿预热溜槽和导流管，降低氧化物生成气泡从结晶器冒出或在溜槽中摆动，促进氧化物释放。进入气滑铸造状态，降低气流量清除过多的氮化硼涂层重新涂抹转接板的不良表面状况，残留氧化物在结晶器里。分离氮化硼涂层，更换转接板圆锭全长释放铸造气体中氧气不足增加铸造气体中氧气含量，最小达10%气流量过高，结晶器冒泡过多降低气流量铸造气体潮湿使用干燥气体2.内部缺陷内部缺陷无法用肉眼直接观察到，因此，必须采用内部宏观组织分析的方法来判定。常见的内