劉胤翔

（西南鋁業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，重慶 401326）

目前公司熔鑄廠生產(chǎn)的厚度500mm以上大規(guī)格扁錠的現(xiàn)場(chǎng)成型率低，主要表現(xiàn)為鑄造開(kāi)頭鑄錠底部裂紋引起的通裂，鑄造開(kāi)頭階段大、小面由于冷隔、夾渣等缺陷產(chǎn)生應(yīng)力集中后造成開(kāi)裂。本文根據(jù)7A52合金扁錠的熔鑄特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)成型和后部工序的缺陷反饋，通過(guò)熔鑄工藝的優(yōu)化，最終解決了520mm×1600mm規(guī)格鑄錠的熔鑄成型問(wèn)題。

1 試制原材料和設(shè)備

熔煉采用的原料有：純度為99.7%的原鋁錠、Al-40%Cu中間合金、Al-4%Cr中間合金、AL-4%Zr中間合金、Al-4%Ti中間合金、Al-15%Mn、Zn錠、Mg錠。

本次7A52試驗(yàn)使用的熔煉爐為熔保一體爐，爐子容量為50噸，爐子承擔(dān)熔煉和凈置的雙重任務(wù)，爐內(nèi)采用IRMA精煉[1,2]。在線精煉采用Alpur雙轉(zhuǎn)子除氣，在線過(guò)濾使用PDBF深床過(guò)濾。

2 成分設(shè)計(jì)

7A52合金化學(xué)成分如表1。

表1 7A52合金化學(xué)成分范圍

控制和調(diào)整化學(xué)成分的目的，主要是改善合金的鑄造性能，預(yù)防產(chǎn)生鑄造裂紋。在國(guó)標(biāo)范圍內(nèi)，借鑒小規(guī)格鑄錠成型和內(nèi)部冶金質(zhì)量，摸索出適合520mm×1600mm大規(guī)格鑄錠的內(nèi)控成分。在成分控制方面主要應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①?lài)?yán)格控制Mn含量，當(dāng)Mn含量增加時(shí)，會(huì)與Fe元素形成硬脆而難容的化合物，使合金的抗裂紋能力和固-液兩相區(qū)塑性降低。②控制Fe＞Si+0.06%～0.08%，抑制有害針狀β相（Fe2Si2Al2）的產(chǎn)生，從而改善熱裂紋傾向，提高合金鑄造性能；③用Al-Ti桿代替?zhèn)鹘y(tǒng)Al-Ti塊,實(shí)驗(yàn)證明Al-Ti桿比Al-Ti塊攜帶的難熔化合物尺寸更小，可改善鋁液的鑄造性能。

3 熔鑄工藝流程

整個(gè)熔鑄工藝的流程為：準(zhǔn)備爐料→裝爐→熔化→加Zn→熔化后扒渣→加Mg→攪拌→取樣分析→成分調(diào)整→爐內(nèi)精煉→扒渣→在線除氣除渣→在線過(guò)慮→鑄造。

當(dāng)爐料表面有一層金屬熔化后，加入Zn錠，爐料熔化以后，及時(shí)測(cè)量熔體溫度，并在熔體溫度控制范圍內(nèi)及時(shí)進(jìn)行扒渣，扒渣前向爐內(nèi)均勻撒入熔劑粉，扒渣要求平穩(wěn)，不能使熔體浪推浪，扒渣后要求表面目視不可見(jiàn)大塊浮渣。扒渣后加入Mg錠，并保溫一段時(shí)間[3]。保溫結(jié)束后需對(duì)熔體進(jìn)行一次攪拌，當(dāng)Mg錠加入量超過(guò)一定量時(shí)，需增加一次攪拌。充分?jǐn)嚢韬筮M(jìn)行爐前取樣，取樣后開(kāi)始成分調(diào)整，之后便可開(kāi)始爐內(nèi)精煉，精煉時(shí)間完成后即可開(kāi)始鑄造。

3.1 熔煉工藝

熔煉過(guò)程應(yīng)盡可能縮短時(shí)間，以免熔體長(zhǎng)期停留在爐內(nèi)，造成氧化、吸氫，但也不能把燒嘴天然氣流量調(diào)得過(guò)大，造成熔體局部過(guò)熱[4]。

熔煉過(guò)程中根據(jù)熔體的熔化情況，及時(shí)扒渣可以使熔體的溫度和成分均勻，從而縮短爐內(nèi)停留時(shí)間，這樣既能提高熔體質(zhì)量，又可節(jié)約能耗。

（1）準(zhǔn)備爐料和裝爐。需要準(zhǔn)備的爐料有：純度為99.7%的鋁錠,Al-Zr中間合金，Al-Cu中間合金，Al-Cr中間合金，Al-Mn中間合金，Al-Ti中間合金，純Mg錠，純Zn錠。按照所需鑄錠重量和各元素配料值，計(jì)算得出每種原料所需的重量。鋁錠，Al-Zr中間合金，Al-Cu中間合金，Al-Cr中間合金隨爐一起加入，Al-Zr中間合金均勻加在中下層，Al-Cu中間合金，Al-Cr中間合金均勻加在中上層。Zn錠在爐料熔化后有一層金屬液面時(shí)加入，Mg錠在爐料完全熔化后加入，Al-Ti中間合金在取樣前30min加入。

（2）熔體質(zhì)量的控制。熔煉的目的就是為了獲得干凈純潔且成分均勻的熔體，熔體的氫含量和渣含量的高低均會(huì)影響鑄錠的質(zhì)量，因此我們采取下列措施來(lái)提高熔煉質(zhì)量：①熔煉過(guò)程中控制熔體溫度在720℃～760℃，爐膛溫度控制≤1150℃。當(dāng)爐料熔化以后，及時(shí)測(cè)量熔體溫度，并在熔體溫度控制范圍內(nèi)及時(shí)進(jìn)行扒渣。防止熔體因渣子阻礙正常熱輻射，引起局部過(guò)熱。②扒渣前向爐內(nèi)均勻撒入熔劑粉，扒渣要求平穩(wěn)，不能使熔體浪推浪，扒渣后要求表面目視不可見(jiàn)大塊浮渣。扒渣后加入Mg錠，Mg錠加入溫度控制在730℃～750℃，減少熔體的氧化和吸氣的機(jī)會(huì)。③加入Mg錠的同時(shí)加入2#熔劑覆蓋，防止Mg錠燒損。Mg錠加入后需保溫30min,保溫結(jié)束后需對(duì)熔體進(jìn)行一次攪拌，攪拌時(shí)間5～10分鐘，當(dāng)Mg錠加入量≥50Kg時(shí)，需增加一次攪拌，兩次攪拌間隔時(shí)間不少于15min，確保獲得成分均勻的熔體。

（3）取樣和爐內(nèi)精煉?，F(xiàn)場(chǎng)取樣必須具有代表性，否則將會(huì)造成鑄錠因成分不合格而報(bào)廢回爐，取樣時(shí)，取樣勺需充分干燥，并將試樣模刷均勻刷一層氮化硼涂料，取樣前先用金屬熔體清洗取樣勺后再在進(jìn)行取樣，取樣位置為爐子長(zhǎng)方向1/4對(duì)稱(chēng)區(qū)域的熔體中間深度部分。爐內(nèi)采用IRMA轉(zhuǎn)子精煉，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為200rpm～300rpm，單根通道氬氣流量為8～10m3/h，氬氣工作壓力為2Bar。要求熔體表面的精煉氣泡高度控制＜80mm，以確保熔體不被氧化。

（4）在線除氣和過(guò)濾。采用Alpur裝置除氣除渣，雙轉(zhuǎn)子除氣，轉(zhuǎn)子速度設(shè)定250rmp/根，轉(zhuǎn)子使用氣體為氬氣和氯氣兩種氣體，氬氣流量：4.2Nm3/h/根，氯氣流量：45L/h/根。

鑄造過(guò)程中需通過(guò)氣體壓力判斷轉(zhuǎn)子氣孔是否暢通.尤其需要檢查Alpur裝置氣體鎖扣是否正常，損壞會(huì)造成大量空氣進(jìn)入型腔內(nèi)，使得熔體氧化造渣。鋁液過(guò)濾使用PDBF深床過(guò)濾。氧化鋁介質(zhì)填充，上下兩層分別用3/4＂和1/2＂氧化鋁球填充，中間是一層3～6目氧化鋁顆粒層。深床過(guò)濾應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：①避免鋁液在床內(nèi)停留時(shí)間超過(guò)8h，如果停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則需放掉約1/3床內(nèi)鋁液，實(shí)踐表明鋁液在深床停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成床內(nèi)金屬局部金屬過(guò)熱，鑄造性能變差，并使得鋁液結(jié)晶后內(nèi)部化合物尺寸增大，影響鑄錠內(nèi)部冶金質(zhì)量;②鑄造過(guò)程中隨時(shí)檢查深床進(jìn)出口液位差，如果液位差超過(guò)35mm或估算過(guò)濾金屬總量超過(guò)6000噸，則需更換介質(zhì)。

3.2 鑄造工藝

鋁合金鑄造的首要任務(wù)的保證鑄錠鑄造成型，7A52合金成分的特點(diǎn)決定了雖然裂紋傾向性不如7050等合金大，但該合金對(duì)鑄造溫度范圍極其敏感，工藝窗口很窄，再加上為保證內(nèi)部冶金質(zhì)量，鑄造過(guò)程中不使用刮水器對(duì)底部進(jìn)行回火處理，因此7A52合金鑄造時(shí)的主要解決的問(wèn)題是開(kāi)頭到穩(wěn)態(tài)階段，底部缺陷造成的鑄錠通裂。

3.2.1 鑄造溫度的控制

在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)由于每條生產(chǎn)的流線長(zhǎng)度不同，流槽的保溫性能也不盡相同，造成爐內(nèi)金屬溫度到結(jié)晶器內(nèi)溫差不同，因此在流盤(pán)下注管附近插入電偶測(cè)量的流盤(pán)溫度，作為鑄造溫度的表征最為準(zhǔn)確。

溫度過(guò)高會(huì)使結(jié)晶器內(nèi)液穴變深，一次水冷脫模困難，產(chǎn)生拉痕，甚至是拉裂；溫度過(guò)低又會(huì)使金屬流動(dòng)性變差，易產(chǎn)生冷隔，并從缺陷源開(kāi)始通裂。

綜上分析，7A52的鑄造溫度應(yīng)控制在一個(gè)小范圍的區(qū)間內(nèi)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)鑄造經(jīng)驗(yàn)，控制其鑄造溫度為705℃～715℃為宜。

3.2.2 冷卻水流量的控制

7A52合金扁鑄錠在半連續(xù)鑄造時(shí)，要根據(jù)當(dāng)前水溫來(lái)調(diào)整水流量和鑄造速度，采用循環(huán)水鑄造時(shí)，水溫一般比較高，容易因冷卻強(qiáng)度不足而產(chǎn)生熱裂紋，因此需要適當(dāng)加大水流量，當(dāng)水溫達(dá)到30℃以上時(shí)，就應(yīng)考慮使用新水鑄造。現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出水溫與水流量的匹配關(guān)系。

表2 7A52合金鑄造水溫、水流量對(duì)應(yīng)關(guān)系表

3.2.3 鑄造速度的控制

鑄造速度過(guò)快會(huì)使得結(jié)晶器內(nèi)液穴變深，易形成曲率半徑很小的區(qū)段，增加產(chǎn)生鑄錠大面裂紋的機(jī)會(huì)，因此生產(chǎn)大寬厚比鑄錠時(shí)，鑄造速度不宜過(guò)快。但鑄造速度過(guò)慢也會(huì)令結(jié)晶器內(nèi)液穴的壁厚增加，從而導(dǎo)致外層收縮時(shí)，因阻力增加而使得鑄錠產(chǎn)生小面裂紋。借鑒同合金其他規(guī)格鑄造速度參數(shù)，把鑄造速度控制在45～55mm/min時(shí)，鑄錠成型情況較好。

4 結(jié)論

（1）在控制Fe＞Si+0.06%～0.08%的同時(shí)，Mn元素的含量控制在中下限，其他合金元素在內(nèi)控范圍內(nèi)，得到的鋁液合金鑄造性能較好；

（2）當(dāng)冷卻水溫過(guò)高時(shí)，應(yīng)及時(shí)采用新水鑄造，防止鑄錠產(chǎn)生熱裂紋；

（3）7A52合金520×1600mm大規(guī)格扁錠鑄造工藝參數(shù)：鑄造溫度705℃～715℃，鑄造速度45～55mm/min，鑄造水流量為28-32m3/h/根。