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要 求 锯割 装 置与 整个 铸造系 统

  水 平 连 续 铸 造 铝 母 线衡 州 化 工 一 O 二 分 为 满 足 改扩 建 工程 的 需要,我 采 用 水平连 续 铸造工 艺生 产 了 2 0 0 余 吨3 5 O x4 0 毫米 铝母线,为 国 家 节约 了 7 3 0 0 0 余 元。设备 的 单 流生产 能力为8 2 0 公斤 /小 时,长 度 可 达 2 0 余米。铸造 母 线 的 电阻 系 数 达 到 0.0 2 8 5 5 欧 姆毫 米2 / 米左右,抗 弯性 能 良好。在 铝 电解生 产 中,过 去通 常 采 用小 断面 压延 铝母线 作 为导 电 体,其 电流 密度 一 般在 o6 ~0.7 安/ 毫 米 ,,个别 国 家 采 用0.7 ~ 1.0 安 / 毫米2 ,这 部 分 电 耗 约 占 总 电 耗 的 1 0 % 以 上。铝母 线 的投 资 约 占 总 投 资 的 1 6 一 2 0 % 左 右。为 了降低 电 耗,减 少 投 资,近 些 年 来 国 内 外 铝 在改 建 新建 工 程中 逐 步 采 用大 断 面 的连 续 铸 造 铝母 线,来代 替 压 延 铝母 线。这 种 母 线 比 较致 密,内部为铸造组 织,导电 性能 良 好,生产成 本低,价格 只 有 压 延 母 线 %,但抗 拉 强 度要 比 压 延 的 低。铸造 与 压延 铝 母 线 的性 能及 经 济 指 标 比 较,见表1。铸 造 与 压延 铝 母 线率 高,废料 少,设 备 简单,建 设速 度快,便 于实 现 机 械化、自 动 化操 作。一、水 平 连 续 铸 造 的 生 产过 程及 其 主 要 设备连 续铸造就是 液 体 金属 靠 其本 身 的 静 压 力作 用 由中 间槽 流 入结 晶 器,冷却凝 固 成 型 后 不断 地被 引 出 结 晶器,形 成 固 态 铸 坯。中间槽 不断地供应 液 体 金 属,使进出 的 金 属 量 始 终保 持平 衡,故 而 实现 了连 续 铸 造 的过 程 ( 见 图1 )。所 谓 水 平 连 续 铸造 可 看作液 体 金 属 在L 形 管 内抗 弯 性铝 母 线强 度极限 公 斤/ 毫 米2延 伸 率%电 阻 系 数 } 原 侣 单 耗 1欧 姗毫 1 公 斤 / }米2/ 米 I 吨 母 线 l母线单价元 / 吨铝 标 号铸 造铝 母 线 ~3 5 0 0压 延铝 母 线由于铸造 铝母 线的导 电 性能 比 较 好,而 选用 的电 流 密 度 又较 低,我 国 选 用 0.3 一 。.4 安 /毫米, ,有 的国 家选 用 o.n ~0.3 7 安 / 毫米2 ,故可以节 省 大 量 的 电 能。铸 造 铝 母 线 可 采 用 垂 直 半连 续 和 连 续铸造或 水平 半 连 续 和 连 续铸造 方 法 来 生 产。垂 直 半连 续 和 连 续铸造 产 品的 长度受 竖 井 深 度或 房高度的 限 制,一 般 不 超过 9 米,生 产效 率 较 低。水平 连 续铸 造 对 生 产场 地 无 特 殊要求,生 产效图1中间 槽与结 晶器 构 造图i 一 流 槽;2 一 中间 槽,3 一 铝液 ,卜 结晶器,5 一 水 眼,6 一 水 槽 ;7 一 外 接 水 管 ,8 流 口 ,9 一 母线。连 续输 送,冷却凝 固 成 型,且 整个 铸 造 系 统 在一 个 水平上。水平连 续铸 造铝母 线 流程,铸 造 炉 内 液 体铝 经 过 精 炼、静置 后,通过 流 槽 进入 一个 控 制一 定 液 面 高 度 的 中 间 槽,经 过 矩 形流 孔,流入结 晶器内,经 冷却水 二 次 冷 却 成 型,并 由 牵 引机沿 水平 方向 连 续 不 断 地 从 结 晶 器 内 牵引出 母 线i .qjs.1979.03.011 , , } } } } }{ { {\ I I I 冲 毕 不 7 7 7! ! ! 皿翻 } } } l`健 声 曰 洲r r r . . 月 r l l 西. 1 1 1胁 恕 仁 扩 一 曰 l l l l l图2水 平连 续铸造 铝母 线 一 结 晶 器 , 5 一 铝 板 坯 ,卜 压 紧装置,7 一 引 锭器,8 一 牵引装 置 , 9 一 同 步 银,1 0 一 托 辊,1 1 一 润 滑 油 管,1 2 一 水 压表;1 3 一 冷 却水管。来 ( 见 图2 ),然 后用 锯 切成需 要 的 长 度。1铸 造 炉铝 直 接采 用 电 解槽内 的铝液 生 产 铝 母线,与 二 次 熔化铸 造 比 较,能 大量 降低 热 耗,在提高 劳 动 生 产率、减 少原 料 运 输 等 方面能 显示 出 许多 优 越性。二 次 熔化铝锭铸造,在 技 术上、经 济上都 显得不 合 理。如 一 公 斤 铝 熔 化后并 加 热 至 铸造温度 约 需 3 00 千 卡 的 热 能;而用原 铝液只 需保 温,热 耗 较 低。铝 使用 的铸 造炉,主 要是起 保 温 作 用,炉子功 率则需考 虑 比保 温 所需 的功率大 一 些,这 是 因 为清 炉时 需 要升 温 并考 虑 有 时需 要 熔 化少量 固 体 铝。炉 子 容 量 按生产 量 来 决 定,我 铸造炉容量 为 3.5 吨,炉 膛 为 3 0 0 0x1 5 0 0 毫 米,深 度 为4 5 0 毫 米,炉 壳 为 4 0 4 0x2 5 4 0X1 8 6 0 毫 米。为 了 便 于 控 制铸 造 温 度,采 用 电阻 炉, 炉 温 可达9 0 0 ~ x o o 。。eo2.中间槽中 间 槽 的 作 用 除 了 贮 存 铝 液,减 少 液 体 金属波 动 外,还能 使金 属 中 气 体 逸 出,夹渣浮 起而起 到 净化 金属 的 作 用。为 了 保持中 间 槽内 液面 稳定,需考 虑 以 下几 个 间 题:1 )减 少 流 槽与中 间槽 的 液 体 金属 落 差;2) 中 间 槽适 当大一 点,液 体 波 动 小,流孔能 平 稳 的 输 送 铝液,但 过大也会造成 铝 液温度 下 降;3 )中 间 槽 敞 露 面不 宜 过大,以 免铝液降温 过 度。中间 槽外壳 用 钢 板 制 作,衬 以 绝热 材 料 如石 棉,制 成 斗形,并 在 槽 底侧部 设 有 事故处理口。在生产 中 如 发 生 故 障,可 迅 速将处理 口 打开,不 致于 使铝 液 冷 凝在 中间 槽 内。中间 槽 敞露 面为3 0 0 X 2 5 0 毫 米,前 壁 开有4 0 0 x 8 0 毫 米的 孔,以 便 嵌 入 石 棉 板。石棉板厚 度需 大于 前壁 钢 板厚 度,并在 石 棉板 上 位 于 结 晶器 轴线下方开 一 距 形 流孔。流孔 的 作用是 将铝 液 输 送 到 结 晶器 内。流孔 过长或 过 小,会导致铝 液在 流 孔停 留 时 间过长,散热 过 多,容易冻 结,不 宜成 型。流 孔 对结 晶器 轴 的 位置,与铸造金 属 有关。由 于 单位体 积 的 固 有重 量,使板 状下 部受到 大 的 压力,还需 考虑液 体 金属 的 静 压 力,因 此 必 须将 流孔设 置在 结 晶器 轴 线下 部,而 流孔 的大 小 随 着 母线 的 截 面 增大而 增 大。我 采 用 的 流 孔为 3 00x1 7 毫 米,长 度为 3 5 毫 米。为了不 使 铝 液 直接冲入 结 晶 器 内 壁,流 孔 应高 于 结 晶器 下 内壁3~5 毫 米为宜( 见 图 3 )。匕2 一 三 一 巴一? - , - 泞 - 卫. 止 .巴 J 习蘸蒸 瓢图3结 晶 器 与 流 孔的 位 置一4 5一 3.结 晶 器在 水平 铸 造 生 产 中,结 晶 器 是 一 个 非常 重要 的 部 件,它对 稳定 生 产起着 很大 的 影响。制 作结 晶 器 的 材料 按 铸 造条 件 来 选 择。铝基动力母线为了 使铸坯较 好地 冷凝 成 型,可选 用石 墨、铝 合金、铜等 高导 热 系 数 的 材 料 制 作结 晶 器。我的 结 晶 器是 用 锻 压 紫 铜制作 的。为 了 便 于生 产不 同 规 格 的母 线,结晶 器 用 四 块 组 装 而 成 ( 见图4 )。模 面( 见 图 5 )。引 锭杆 的 长 度 应大 于 结 晶 器至牵引 机 上 压 辊 之间 的 距 离。一 但牵引 出 来 的铸 坯 进入压 辊 区,引锭 装 置 则 失 去 作 用。在 生产 板 坯、母 线 时,引锭 头 可组装成 燕尾状。引锭 头 由 于 受 到 液 体 金 属 的 直 接 冲 击,用铸 铁、铸 钢 制作 为 宜。图 5 引 锭 装 置1 一 引 锭 头,2 一 引 锭 杆。图4结 晶器由 于 铝 液 在 冷凝 过 程 中 的 收缩率 较 大,体收 缩 率 约 为 6.6 %。为 了 得 到要 求 规格 的 母线 毫 米 母线 时,结 晶 器 内 壁 尺 寸 应为 3 5 5x4 1.5 毫米。结 晶器 内 壁 尺寸可根 据 不 同截 面 的 母 线 来选择。结 晶 器 中 间 设有 冷 却水 槽,通 入 冷却 水使结 晶器 铸 模 面 均 匀地 得 以冷 却。在 结 晶 器外壁上 设 有 许多 协 1.5 毫 米 的 水眼,将 冷 却 水喷到 牵引出 来 的 铸坯上,使 其 迅速 冷却。水 眼 与结 晶器 轴线“ 。铝基动力母线为 了 避免 和 减少 结 晶 器 与 铸 坯 间因 冷却所产 生 的 缝隙,内 壁 有 一 个 约 2“的 倒锥度。结 晶 器还 设有 油 槽,并 同 结 晶 器 内 下 壁功 0.5 毫 米 的 油 眼相连。为避 免 失 去润 滑 作 用,油 眼的 位 置距结 晶器 内 下壁后端 约5毫米。油眼 间 距 为 巧毫米。水 槽、油 槽、水眼、油 眼 不得 相互 渗 漏,以 避 免 水 油 棍 合。. 4引 锭 装 里该 装置 主 要 由引 锭 头 和 引 锭 杆组 成,`利 用引锭头 伸 入 结 晶器 内 将 冷 凝 成 型 的母 线 牵 引 出来。为 了便于 操 作,引锭头 应 略小 于 结 晶器 铸. 5牵 引 装 置牵 引 形 式较 多,有小 车牵 引、单 对 辊牵引、双对辊牵 引 等。我 采 用链 板 牵引 并 设有上 压双 滚 筒,机械 传动,摩擦 牵 引,利 用 Ko JF可控 硅 直流 电机 调速器进 行 调速,调 速 范 围5 0 ~1 10 0 毫 米 / 分。牵 引 装置 总长 度3 9 0 。 毫 米,宽 为1 2 0 0 毫 米 ( 考虑 多 流 铸 造 ),由4 6 块链板 组 成。这种牵 引 装 置除能理想 地 控 制铸造速度 外,由于 链 板 支 承面 大,牵 引 平 稳,还 能 起 到支承铸坯 的 作 用。上 压 滚 筒、铸坯、链 板 三 者摩 擦 而 产生牵 引,另 则 上设 双 滚 筒 还 能 起 到缓 冲 锯 割时所引 起 的 机械 震 动,避 免 了 由 于 锯 割 震 动 而 产生铸坯 的机 械冷 隔。6.锯 割 装置水 平 连 续铸 造, 在 同一 个水平 面 上。我 由 于 条 件 限制,采 用 叻 6 0 。 毫 米圆 锯 片 锯 割。为 了 达 到 锯 割 与铸 造速度 一 致,锯割 机 下 部设 有 轨道,锯 割 时利 用 锯割机 上 压 辊 紧 压铸坯,使锯割机 与 铸 造速度达到 同 步。由于锯割 时 的 很 小 震动 都 会 使铸 坯表面 及内 部 产 生 缺陷,需保 证 锯齿锋 利,落锯 要轻,锯 片 用 皂 化油 或 水 来 润 滑 冷 却。一4 6一 二、水平 连 续 铸 造 的 引 锭和 结 束 过程引锭 是连续 生 产 的 关键。因为 一 侯 建 立出坯过 程,只 要液铝保证供给,即可 长时间连 续铸造。在 开 始铸造 之前,为了 建 立 连续 铸造 过程,须 将 流 槽、中 间 槽 浇 铸 系 统 预 热到3 0 0 ~4 0 0 o C,检 查冷 却、润滑 系 统是 否 畅通,并 将引锭头 伸入 结 晶 器 铸模 面 内,伸 入 深度 为 结 晶器厚 度 的 冬 左 右。牵 引 机 上压辊要 压 紧 引 锭 ”`,一尸 2 一 一。””一一~一 一闷 、一一杆,避免摩擦 过 小 而不 能 顺利 引锭。铝基动力母线引 锭 时 将 炉 口 迅速打 开,铝 液 温 度略 比 正常铸 造 温度 高一 些,流量 要 大,迅速 将 铝 液 灌入 中 间 槽,充 满 结 晶 器。当 中 间 槽 液位超 过 结晶器上 内 壁 2 0 0 毫米 左 右 时,即 打 开冷 却 系统,给 结 晶 器 一 定 压 力 的 冷却水,数 秒钟 后 即 慢 速牵引。当 母线 引出 结 晶器 外 5 0 0 ~ 8 0。 毫 米 时,转 入正 常 牵 引。母 线 。。 毫 米 时,将 润滑 系 统 打开。引 锭头停 留在结晶器内 的 时 间,需 根 据铸坯 的大 小 而 定。母 线 由 引 锭 器 被 牵引 到 压 辊 后,引 锭 过 程 即 告 结 速,卸 除 引 锭器。当炉 内 铝 液 铸 完 后,为 了下一 个班 次 能 迅速 重 新 铸造,首 先停 止润 滑,堵 塞 炉 口,待 中间 槽铝液 下 降 至 结 晶器上 表面 稍 高处,停 止冷却,并 停 止 牵 引,迅速 打 开 中 间 槽 事 故 处 理口,将 中间 槽 内 残铝 放净。而后 快 速 进 行 牵 引,使 母 线 迅 速 离 开 结 晶器,迅速 处理结 晶 器 内和中间 槽 内 的残 铝。三、水 平 连 续 铸 造 工 艺参数 选 择1.铸造 温 度铸 造 温 度是指中 间 槽内 的 液 体 金 属 温 度,在 铸造 母 线 引 出 时铸造温 度 应 高 一些,以 免 开始 时由 于 浇铸 系 统 较 冷,易 使 液体 金 属 凝 固 在中 间 槽 与 结 晶器 之流孔 中。在 正 常铸造 时,浇铸 系 统内 壁 的 温度 与 液 体 金 属的温 度 基 本 相同。在 熔 炼、静 置、输 送过 程 中,应尽量减 少液体 金 属中 的 气 体含 量。较低 的 铸造 温 度可 以细化 晶 粒,加 大拉速,但不 易 操作。我 铸造温度 采 用 比 金 属 熔 点 高 4 0 ~7 00C 即 7 1 0 ~7 300C。铸 造 温度 较高时,应降低拉速,增 加冷却强 度。反之,铸造温 度过 低时,应 提高 拉速,减小冷却 强 度。鉴于较 低 的铸 造温 度 有 利于晶粒细 化,较高 的拉速 有利 于 提高产量,所 以 应考虑 采 用 较低 的浇 铸温 度,获 得较 高 的 铸 造 速度。2.牵 引速 度拉 速必须 与 金属在 结 晶器内的 凝 固速度一致,如 果 拉速高 于 凝 固速 度,则 铸 坯 冷 却 不足,甚 至 铸坯中 间仍为 熔融状,会 造成铸 坯 断裂,直 至漏 铝。反之,拉 速 太小,造成 冷 却 过度,致使金 属 熔 体 在 结 晶器 内 冷 却 凝 固,造成铝 的 冻结。此 外,速 度与 铸 坯 截 面、铸造温度、冷却 强 度都 有 一 定 的关 系。我 采 用 的牵引速度 为 2 4 0 ~3 5 0 毫米/分。同 样 的 结 晶器 材料 以一 定 的 冷却 强度 进 行连续 铸 造 时,铸坯 截 面 积 和 拉 速 成 反 比,铸 坯截 面 积 不 变,结 晶器 导热 率愈 高,生 产率 也愈局。3.冷却 强度铝液铸成 母线时,热 量经 结 晶器 铸模 面 由结 晶器 内的冷 却 水吸 收,而冷 却水 经 水 眼直 接喷 到铸 坯 上将 其带 出。因 此,单 位时 间内冷却水 带 走 的热 量 越多,冷却速 度越 大,铸 坯所需冷凝 时 间 就 越 短。加大 水 量,能 提 高 冷却 强 度,对 加 快拉速 和 细 化 晶 粒是有利 的。铸造 温度取决 于 结 晶速 度,而结 晶 速 度是 有一 定 限度 的,无止 境 的加强 冷 却,并不能达 到 无 限度 提 高结晶 速 度。我 所用 冷却 水 的 温度为 2 0 ℃,冷 却水 压 保持 。.8 一 1.2 公斤/厘 米 ,左右。但冷 却 强度 同 冷 却 水 温 度与 铸 坯 截 面 有 关。4.中 间 槽液 面金 属的 供 应和 保 持 所需 的 静 压 力,均 靠 中间 槽 液 面 来 控制。静 压 力 过大 即 增 加 液 面 高度,热 量 消 耗 相应 增 大,中间 槽 内 上 下铝 液 温一4 7一 差 也大。静 压 力过 小,金 属从 流孔进入 结 晶 器内 的 量 小,不 能使母线成型。实 践 证明,中 间槽液 面 高 于 结 晶器 上 内壁 2 5 0 毫 米 为宜。5.结 晶 器 的厚度液 体 金属经 流 孔 流到 结 晶器 内,并与 结 晶器 内 壁 接触 时 便凝 成 铸 坯。金 属 一旦 凝 固 便 开始 收 缩。为了 避免 由于金 属 凝 固不 够 充 分而 造成 母 线 断 裂 的 可能,结 晶的厚 度 尽 可 能 小 一些,使 由结 晶器水 眼 喷出 的 冷 却 水 达 到 的 冷 却效 果可传至结 晶器 中部,以 使熔融 部 分 尽 可能变 小。我 所 用 结 晶器 的厚度 为 8 0 毫米。生 产证 明,8 0 毫米 过厚,可 改为 4 0 一 5 0 毫米。6.连 续 润 滑在 连 续 铸造 过 程 中,结 晶器 的润滑 是 很重要 的,而 在水 平 铸 造 中 尤 为 重 要,因 为 母 线 与结 晶器 内壁 间始 终存 在 着相对 运 动,必 然 产 生摩擦。铝 在 高 温时 的 屈 服 极 限 很 低,4 5 0 ℃ 时为 0.9 公 斤 /毫米 ,,6 0 0O C时为 0.3 公斤 /毫 米 ,,而 高 温 下 的 摩擦 系 数很 大,母 线 凝 固的初 始瞬间 其 凝 固壳 很 薄,一 旦 润滑不 良,母 线很 容 易拉 断。因此,要 求采 用 特 殊性能 的润滑 剂。我 采 用蓖麻 油 作 为润滑 剂。各种 润 滑剂 的 物 理性 质 见表2。模 具 润 滑荆的物理性 质 表2一{” 度,阳u卜._. }润 渭 到l} 枯 发 谓数 l 往 抽 点 温 度, F一一 牛鹦黑耳 一 一 卜 一 一 一翌 竺 仲I“ , 。{5 。} 2 ”}` 。 一 ` 5里一竺, 一严}全。 梦} , “。}“ 。}一, 。 一 2 5昆 肺 佃 提 脉 切}” 6 。}“ 9}1 0 5}一 1 5合 成 柴 油l“7}.7 ,!“6}低 子十 ”四、水 平 连 续 铸 造 铝 母 线 存在的 缺 陷 及 其 消除 方 法1.纵 向 裂 纹产 生 原 因 是:冷 却 不匀 ;拉 速过 快;铸 造温 度 过高;铁硅 比 失 调;冷 却 水 温 度过低。消 除方法:调 整 冷 却 水压,冷 却水 温度 不宜 过 低;降 低 拉 速;调整铁 硅 比 使 其 达到 e F i s;降 低 铸造温度。也 可 适 当 提 高 中 间 槽 液位。2.油裂 产 生原 因是:油 眼过 大,导致铝液 进 入 油眼,表 面 拉 破;油 量过 多,造 成冷 却 不均匀;润 滑油 不清洁带 有 杂 质。消除 方 法:减 少润 滑油 量;过 滤 润 滑油;适 当 调 整油 眼。3.槽 沟裂 纹 一 一 产 生 原 因是:结 晶器 铸模 面 粗糙;铸造 温度偏 低;润滑油 不 当;引锭时,引 锭 杆与 结 晶 器不 垂 直。消除 方 法:提高铸 造 温 度;结 晶器 铸模 面保持光 滑;适 当 增 加 润 滑油 量,油 眼 要 求畅通;引锭时 引 锭杆与结 晶器 应 在 同一 垂 直 线.冷隔 一 一 产 生 原 因是:铸 造 温 度 过低;机械、人 为 震 动造 成 铸坯 突 然停 止前 进。消除方 法:提 高 铸造 温 度;锯 割 时 下 锯 要轻;牵 引机 上压辊 需 压 紧铸 坯。5.弯 形 产 生 原 因 是:上 下 左右冷却不均;铝 液温度偏高;结 晶器 安 装不 正;引 锭器 与 结 晶器不垂 直。消除 方法:铸 造 时 结 晶器 必 须 保 持水 平、垂 直;铝 液温度 不 宜 过 高;要求上 下左 右 冷 却水 压 一致。6.夹 渣一 一 产 生 原 因是:铝 液 表面 氧化膜在转 注铝 液 时落 于 铸 坯 中;浇 铸 系 统 不 干净,杂 质混 入铝 液 中。消除方 法:加 强 铝 液精炼,延 长 静 置 时间 ; 流 槽、中间 槽、工 具保 持清洁。7.气 泡产 生原 因 是:精炼静 置不 充分 ;浇铸 系 统潮 湿。消 除 方 法:铸造 前需 加 热浇 铸 系 统,加 强精 炼 和 延长 静 置 时 间。一48一
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