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摘要：铝合金扁锭是高质量铝合金板、带、箔材的主要原料。随着经济的发展，我国对高质量铝合金板、带、箔的需求增加，铝合金扁锭也随之需求旺盛。在扁锭生产方面，装备技术的引进较快，工艺技术的发展则需要一个循序渐进的过程。本文立足生产实践，通过理论阐述和试验验证提出了优化扁锭铸造工艺的方法。本文结合理论，联系实际，在理论阐述中也加入了很多在实践中获得的宝贵经验，对铝合金扁锭的研发、工艺优化有一定的借鉴意义，对铝合金扁锭铸造技术的充分开发利用具有参考价值。
关键词：铝合金扁锭；WAGSTAFF；铝合金；工艺参数
一、WAGSTAFF铸造设备的特点
1.1WAGSTAFF铸造设备自动控制系统
对于铸造工艺，自动化控制能够减少不确定性因素和人为因素的干扰，使得铸造产品质量更加稳定。WAGSTAFF铸造设备实现了自动控制，自动控制系统是建立在成熟的铸造工艺的基础上的，自控系统主要由操作控制台、监控与采集系统、AB控制器、重要铸造功能按钮、数显仪表及报警装置和结晶器分流槽等6个主要子系统构成。SCADA系统能够提供铝合金扁锭铸造的基本工艺参数，用户可以根据实际情况选择参数组。铸造过程一些重要参数不能随意更改，但有些参数允许用户在一定范围内做些调整，这样用户可录入新的参数，丰富参数库的内容。WAGSTAFF控制系统，自动化程度高，有成熟的工艺参数库，能够精确控制铸造速度、水流量、结晶器内熔体液面，其人机对话方式的预检系统能保障铸件的成功率，减少了后续加工的工作量，同时还能保证操作人员和设备的安全性。
该系统设计和布局合理，日常维护费用低。
1.2epsilon结晶器
相比国内传统的紫铜结晶器，WAGSTAFF铸造工艺中的epsilon结晶器是由铝合金和不锈钢制造，更加轻便。结晶器内部水腔分两层，分别是1次水室和2次水室，二者之间由气动分水阀连接，各水室均有自己的喷水孔。铸造时，冷却水通过喷水孔先进入2次水室，作用在扁锭表面上；当分水阀打开时，冷却水从2次水室由1次喷水孔进入1次水室。2排喷水孔的冷却效果较1排水孔的效果好，这就是“增强冷却技术”，它的应用使低液位铸造成为可能。epsilon结晶器在铸造铝合金扁锭时，可以允许较低的液位高度，能够得到表面质量好的扁锭。
1.3其他特点
WAGSTAFF铸造设备用内导式液压缸控制铸造速度，比用钢丝绳控制得更平稳、精确和安全；WAGSTAFF的引锭头有钢质和铝合金质两种，虽然二者适合于不同类型铝合金的铸造，但二者却有共同之处：首先引锭头的腔体两端都有一些排水孔，引锭头的规格不同，排水孔的数量和布局也就不同，铸造时冷却水从排水孔排除，再者就是引锭头中间均有一定程度的凸起，能增加扁锭立在引锭头的稳定性。
二、WAGSTAFF铸造的影响因素
2.1铸造温度
铸造温度是指分配槽中熔融铝液的温度，合适的温度一方面能保证铝液有良好的流动性，另一方面又能保证凝固后的产品有良好的冶金性能。因此控制好铸造温度，对产品质量非常重要。当铸造温度过低时，会引起铝液粘度增大，其中氢气难以逸出，造成气孔变多变大；同时铝液流动性变差，在结晶器中填充不顺畅，严重时会造成铸造不能正常进行；补缩变难，易形成疏松缺陷；铝液中晶核变多，如果晶核团聚，有可能形成粗大晶和光亮晶；产品出现冷隔或冷裂纹的可能性增大。温度过高的话，会造成晶核减少，晶粒度增大；液穴加深，可能出现收缩性中心裂纹；熔融泄露和表面熔析的风险变大。
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2.2铝液填充速率
铝液填充速率在铸造启动前是指结晶器中铝液的加注速度，铸造启动后，该速度由自动控制系统控制结晶器中的液面高度。填充速度过快，热量难以及时散发，易造成过度翘曲、锭尾裂纹和扁锭底部的重熔泄露。速度过慢会造成冷析或凝固分层，有时也会出现裂纹。控制合理的填充速度，对铝锭质量非常重要。
2.3结晶器中的液位高度
铝液在结晶器中的高度，对扁锭表面质量影响特别大。一般液位高度越低，慢冷区越小，表面质量越好。但当液位高度过低，也会出现冷隔。液位过高，则会造成慢冷区变大，可能出现熔析现象。在铸造过渡阶段，液位应比稳态铸造时高，防止冷隔的出现。稳态铸造时的液位高度由铸造速度和合金的类型决定。对于epsilon结晶器特有的“增强冷却技术”来说，由于冷却强度增大，液位高度也应相应增加，以避免冷隔的出现。
2.4冷却水控制
冷却水不均匀易使扁锭产生裂纹，保持合理并均匀的冷却水速度，对扁锭质量控制非常重要。冷却水量太小，铸锭表面太热，容易产生熔析、裂纹甚至泄露；水量太大，则容易形成不完整不整齐的蒸汽屏障，造成水与扁锭表面直接接触，锭尾翘曲会提前且变大，甚至出现扁锭悬挂。水流量与合金性质、水的淬冷效果有关。针对不同类型的合金，可以设定不同的冷却水喷射方式。
2.5铸造速度
铸造速度对铸造质量影响很大，与合金类型、扁锭规格、铝液液位高度、铝液填充速度以及冷却水水量控制有关。速度较低时，扁锭的轧制面呈凸出形状，扁锭中间厚两边薄，反之中间薄两边厚。据此，可以根据扁锭轧制面的平整度对铸造速度进行优化。确定开始速度、速度提升斜线和稳定铸造速度是设定铸造速度的关键。
三、5052铝合金扁锭铸造工艺研究
5052铝合金属于Al-Mg系合金，具有良好的成型加工性能、抗腐蚀性和可焊性，广泛使用于船舶或车辆钣金件中。随着机械、汽车等相关行业的发展，5052铝合金的需求量日益增大。5052铝合金熔体粘度大，流动性不好，在铸造时容易出现偏析瘤、冷隔、表面拉裂等问题。为了避免这些表面缺陷，提高铸造的成品率，需要对铸造的整个过程进行研究，调整相关参数，得到最好铸造条件。
3.1缺陷及原因分析
偏析瘤是由凝固层受到熔体二次加热产生的重熔，重熔液体沿着晶体缝隙或者枝晶流到铸锭表面形成的。影响偏析瘤的因素主要有合金本性、二次加热、冷却水质与强度等几方面。降低结晶器液面高度和增强冷却水强度，能够减少偏析瘤的产生。降低液位高度能够缩短熔体在结晶器中的时间，以减少二次加热。冷却水质差的话，容易在结晶器内结垢，使得结晶器的热导率降低，从而导致偏析瘤的形成。保证冷却水的水质，适当增加冷却水的强度，有助于预防偏析瘤的产生。
3.2铸造工艺参数优化
合理的铸造工艺参数是降低扁锭缺陷、提高成品率的重要保障。初始铸造参数先根据合金的特性设定，然后反复试验，并根据试验现象和产品情况来调整相关参数，确定各影响因素的影响能力，最后找出最优化的关键铸造工艺参数：铸造温度：应控制在680～690℃，可根据季节、流程等调整。冷却水流量：冷却水应先经软化处理，以降低Ca2+、Mg2+的含量。一次水流量50m3/h，二次水流量105m3/h。铸造速度：启动速度25mm/min，到稳态铸造后30～40mm/min。
结束语：本文针对WAGSTAFF铸造技术的特点，分析了影响其产品质量的几种因素，再结合5052铝合金的实际生产情况，得出5052铝合金较好的扁锭铸造工艺参数。受条件所限，有些影响因素没有展开考察。今后应加强对铸造过程的参数测量，收集更多的数据，建立数学模型，进一步提高产品质量和成品率。
参考文献：
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[2] 黄良余.铸造有色合金及其熔炼[M].北京：国防工业出版社，1980.
[3] 陈存中.有色金属熔炼与铸造[M].北京：冶金工业出版社，1988.
[4] 美国WGASTAFF公司铸造技术手册[Z].西宁：中国铝业青海分公司.
论文作者:李呈君,张海宗
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第15期
论文发表时间:2018/11/2
标签：铝合金论文; 冷却水论文; 速度论文; 参数论文; 工艺论文; 合金论文; 液位论文; 《建筑学研究前沿》2018年第15期论文;