王建強(qiáng) 曹玉峰

1 背景介紹

隨著國(guó)內(nèi)鋁加工業(yè)迅猛發(fā)展，對(duì)鋁合金鑄錠性能與質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。生產(chǎn)高品質(zhì)的鑄錠，不僅需要高超的工藝及控制能力，而且需要設(shè)計(jì)合理、制造精密的半連續(xù)鑄造機(jī)。本文對(duì)比Novelis、Hycast和Wagstaff三家世界知名公司的鋁合金扁錠半連續(xù)鑄造機(jī)的液壓缸、平臺(tái)和結(jié)晶器，分別介紹其各自的特點(diǎn)。

2 整體結(jié)構(gòu)

Novelis、Hycast和Wagstaff公司生產(chǎn)的半連續(xù)鑄造機(jī)結(jié)構(gòu)基本相同，包含：液壓缸、引錠頭底座、鑄造平臺(tái)、結(jié)晶器和引錠頭、分配溜槽和懸臂吊、液位控制系統(tǒng)、控制臺(tái)、電控柜、供輔設(shè)施。但設(shè)備的具體設(shè)計(jì)和制造等方面都具有各自的特色，下文就其中幾點(diǎn)進(jìn)行分析比較。

2.1 液壓缸

三家供應(yīng)商的鑄造機(jī)都采用了單作用、內(nèi)導(dǎo)式液壓缸，工作原理相同，但液壓缸的柱塞材質(zhì)卻有很大區(qū)別。Novelis和Hycast公司生產(chǎn)的柱塞采用碳鋼材質(zhì)，表面鍍Cr或Ni，Wagstaff公司生產(chǎn)的液壓缸柱塞材質(zhì)是不銹鋼。

碳鋼柱塞表面鍍Cr或Ni，既可以保證柱塞的硬度，又可以滿足柱塞防腐的需要，并且造價(jià)相對(duì)不銹鋼柱塞低很多。碳鋼可以有效保證液壓缸柱塞的精確度，但碳鋼不耐腐蝕，一旦鍍Cr或Ni層磨損，碳鋼材質(zhì)的柱塞極易被冷卻水或鑄造用潤(rùn)滑油腐蝕。因此，一旦發(fā)現(xiàn)柱塞鍍Cr或Ni層破損，需盡快將柱塞從液壓缸中取出并修補(bǔ)鍍Cr或Ni層。這一過(guò)程不僅增加了設(shè)備日常點(diǎn)檢工作量，也增加了設(shè)備使用過(guò)程中的維護(hù)工作步驟，并且柱塞防腐層在修補(bǔ)過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致鑄造機(jī)不能使用，從而影響生產(chǎn)線的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

鍛造不銹鋼材質(zhì)的柱塞的造價(jià)相對(duì)較高。雖然不銹鋼比碳鋼硬度低、易被磨損，但鍛造不銹鋼柱塞被磨損后的新表面具有與原表面相同的防腐效果，因此，鍛造不銹鋼柱塞可以繼續(xù)使用，而不必像被磨損的碳鋼柱塞一樣需要修補(bǔ)表面防腐層。這樣的設(shè)計(jì)不僅減少了設(shè)備維護(hù)時(shí)間和費(fèi)用，增加了可靠性，更提高了生產(chǎn)線使用率，使企業(yè)節(jié)約大量維護(hù)成本。

2.2 鑄造平臺(tái)

鑄造平臺(tái)位于鑄井口，起到固定結(jié)晶器、分配溜槽等設(shè)備的作用。目前半連續(xù)鑄造平臺(tái)有兩種運(yùn)動(dòng)形式，一種是傾翻形式，另一種是水平移動(dòng)形式。

鑄造平臺(tái)采用傾翻運(yùn)動(dòng)的方式，鑄造平臺(tái)兩側(cè)安裝傾翻臂，由液壓等介質(zhì)驅(qū)動(dòng)傾翻臂并帶動(dòng)鑄造平臺(tái)翻轉(zhuǎn)和復(fù)位。傾翻式鑄造平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是占地少、設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊。但該種方式也存在著明顯的不足：（1）結(jié)晶器內(nèi)部的冷卻水、部分潤(rùn)滑油可能在鑄造平臺(tái)傾翻后滴落到主鑄井以外的區(qū)域，影響環(huán)境衛(wèi)生；（2）對(duì)于鑄錠寬度較大的結(jié)晶器，由于傾翻后的高度較大，不利于工人在現(xiàn)場(chǎng)檢查、清理和維護(hù)大尺寸結(jié)晶器，需要額外購(gòu)置升降裝置，增加投資成本；（3）鑄造平臺(tái)傾翻后需要考慮鑄造平臺(tái)非控制復(fù)位的問(wèn)題，需要增加自鎖裝置，增加了設(shè)備的復(fù)雜性。

水平移動(dòng)形式的鑄造平臺(tái)，需要在地面安裝軌道，鑄造平臺(tái)安裝在軌道小車上，小車沿軌道帶動(dòng)鑄造平帶往返于鑄井口和維護(hù)位。該方法有效避免了鑄造平臺(tái)傾翻式運(yùn)動(dòng)的不足之處，但其占地面積顯著增大，不利于廠房空間的高效利用。

兩種運(yùn)動(dòng)方式?jīng)]有絕對(duì)的優(yōu)劣，用戶可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和使用習(xí)慣選擇適合本單位的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.3 結(jié)晶器

結(jié)晶器是半連續(xù)鑄造過(guò)程中最重要的部件，直接關(guān)系鑄錠的截面尺寸、鑄錠質(zhì)量、鑄造工藝等關(guān)鍵因素。企業(yè)會(huì)根據(jù)不同產(chǎn)品采購(gòu)不同的結(jié)晶器。根據(jù)結(jié)晶器尺寸劃分，可以分為固定尺寸結(jié)晶器和可調(diào)尺寸結(jié)晶器。根據(jù)結(jié)晶器內(nèi)襯劃分，又可以分為鋁制內(nèi)襯結(jié)晶器和石墨內(nèi)襯結(jié)晶器兩種。根據(jù)結(jié)晶器內(nèi)液位的高度劃分，可以分為低液位結(jié)晶器和普通液位結(jié)晶器。

2.3.1 固定尺寸結(jié)晶器和可調(diào)尺寸結(jié)晶器

固定尺寸的結(jié)晶器，會(huì)根據(jù)目標(biāo)合金和目標(biāo)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)考慮鑄造過(guò)程中的變化因素，使最終鑄錠的尺寸滿足目標(biāo)尺寸的要求。由于設(shè)計(jì)初期合金和尺寸已經(jīng)確定，因此，固定尺寸結(jié)晶器的鑄錠成型性非常好。不足之處是對(duì)于尺寸變化的適應(yīng)性非常差，對(duì)于不符合設(shè)計(jì)尺寸的鑄錠，可以選擇采購(gòu)新結(jié)晶器，但這會(huì)增加生產(chǎn)新產(chǎn)品的投入。另一種方法是鑄造相近尺寸鑄錠并后續(xù)加工去除多余的部分，這樣會(huì)造成非常大的產(chǎn)能浪費(fèi)。

可調(diào)尺寸的結(jié)晶器分為大面可調(diào)和小面可調(diào)兩種。Hycast提供的大面可調(diào)結(jié)晶器可以由鑄造機(jī)控制系統(tǒng)調(diào)整大面（鑄錠軋制面）的結(jié)晶器大面的凹凸形狀，從而起到減少錠尾膨脹量和減少后續(xù)機(jī)加過(guò)程中銑面量的作用[1]。Novelis提供的小面可調(diào)結(jié)晶器能夠調(diào)整結(jié)晶器兩個(gè)小面的距離，從而可以改變鑄錠的寬度。在同一目標(biāo)厚度的前提下，一個(gè)結(jié)晶器可以兼顧一定范圍內(nèi)的鑄錠寬度要求，可以減少企業(yè)結(jié)晶器的儲(chǔ)備數(shù)量，并提高結(jié)晶器的使用率。

2.3.2 鋁制內(nèi)襯結(jié)晶器和石墨內(nèi)襯結(jié)晶器

Novelis和Hycast提供的鋁制內(nèi)襯結(jié)晶器是指由鋁合金內(nèi)襯直接與鋁合金熔液和鑄錠接觸，內(nèi)襯上需要油泵供應(yīng)充足的潤(rùn)滑油。這是目前比較通用的結(jié)晶器，設(shè)計(jì)及制造技術(shù)成熟，儲(chǔ)存、使用和維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單。但不足之處是使用過(guò)程中需要不斷補(bǔ)充潤(rùn)滑油，一旦潤(rùn)滑油泵送失敗，將導(dǎo)致鑄造過(guò)程失敗。

Wagstaff提供的石墨內(nèi)襯結(jié)晶器是用金屬制作出的帶有內(nèi)襯槽的結(jié)晶器，將帶有一定錐度的石墨條鑲嵌于內(nèi)襯槽中，主要以石墨構(gòu)成結(jié)晶器與鋁液接觸的內(nèi)腔。由于石墨條與結(jié)晶器的鋁質(zhì)部分是分離的，因此，石墨結(jié)晶器的內(nèi)襯損壞以后僅更換石墨條即可，大大降低了結(jié)晶器的維護(hù)費(fèi)用。同時(shí)石墨具有自潤(rùn)滑性能，只需要鑄造前對(duì)石墨內(nèi)襯充分涂刷潤(rùn)滑油即可進(jìn)行鑄造。降低了鑄造過(guò)程中對(duì)油泵的依賴，同時(shí)減少了鑄造過(guò)程中對(duì)潤(rùn)滑油的消耗。

2.3.3 普通液位結(jié)晶器和低液位結(jié)晶器（LHC結(jié)晶器）

結(jié)晶器內(nèi)液位高度是指結(jié)晶器內(nèi)液穴的液面高度。與普通的結(jié)晶器相比，LHC結(jié)晶器（Wagstaff公司提供）降低了液位高度，從而減少結(jié)晶器液穴內(nèi)的鋁液存量。在相同的鑄造速度下，液位低的結(jié)晶器會(huì)得到更好的鑄錠表面質(zhì)量和宏觀偏析質(zhì)量。因此，LHC結(jié)晶器生產(chǎn)的鑄錠可以有效降低鑄錠表面銑削量、增加成品率。

3 結(jié)語(yǔ)

Wagstaff公司的半連續(xù)鑄造機(jī)在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中充分考慮到減少后續(xù)維護(hù)工作，降低設(shè)備使用中的維護(hù)時(shí)間成本。易損件的模塊化設(shè)計(jì)，使結(jié)晶器的石墨內(nèi)襯可以部分更換，降低了使用成本。且LHC結(jié)晶器能夠改善鑄錠表面質(zhì)量、提高成品率。因此，從實(shí)際生產(chǎn)角度考慮，Wagstaff公司提供的半連續(xù)鑄造機(jī)更具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

[1]H?konsen A，N?ss H，Iveland T，et al.Square Rolling Slabs from Start of Casting the Elimination of Butt Swell[Z].2012.