吳超峰,曹磊磊

(河南中孚實業(yè)股份有限公司,河南 鞏義 451200)

鋁合金產(chǎn)品由于其輕量化等諸多優(yōu)點被廣泛運用于人們生活的各個領(lǐng)域,鋁合金產(chǎn)品根據(jù)其合金特性可分為1xxx～8xxx系,每種系別產(chǎn)品使用的合金比例差異較大。為了適應(yīng)市場需求的多樣性,在熔鑄生產(chǎn)過程中不可避免的要頻繁切換合金牌號,如何用最短的時間,最少的工藝廢料實現(xiàn)合金牌號的切換是制約各個熔鑄生產(chǎn)線產(chǎn)能釋放的關(guān)鍵因素。切換合金牌號主要考慮的是舊成分和目標(biāo)成分如何最快最好的過渡,這就需要我們對合金轉(zhuǎn)組工藝進行深入的研究,探索出最合理的生產(chǎn)工藝,以實現(xiàn)最優(yōu)化目標(biāo)。

目前民用產(chǎn)品比例最高的鋁合金牌號系別為1xxx、3xxx、5xxx、8xxx四個系別,我們主要針對這4個系別的相互切換進行工藝研究。

1 合金轉(zhuǎn)組順序工藝的研究

通過對合金成分的對比發(fā)現(xiàn),鎂成分的高低要求對于合金轉(zhuǎn)組來說最為關(guān)鍵,含量差異大,基本上鎂成分能夠順利切換就能實現(xiàn)正常轉(zhuǎn)組,其中1xxx、8xxx系屬于不含鎂系列產(chǎn)品,3xxx系有的含鎂有的不含鎂,5xxx系均含鎂。由于每種系別產(chǎn)品的目標(biāo)要求及生產(chǎn)特點對鎂的要求不一樣,有的嚴格,有的寬松,比如8xxx系產(chǎn)品對鎂含量要求較為嚴格,鎂含量要求小于0.0003%,1xxx系及不含鎂的3xxx系產(chǎn)品稍微寬松點,只要求小于0.05%即可,因此需要根據(jù)鎂的含量來研究最佳的合金生產(chǎn)轉(zhuǎn)組順序。

經(jīng)過大量的生產(chǎn)實踐及合金工藝探索發(fā)現(xiàn)[1],最好的生產(chǎn)順序是低成分往高成分轉(zhuǎn)組,比如1xxx、3xxx、5xxx、8xxx系都生產(chǎn)的話,最佳的生產(chǎn)先后順序為1xxx系、8xxx系、3xxx系(不含鎂)、3xxx系(含鎂)、5xxx系。按照這樣的順序,不僅能夠?qū)崿F(xiàn)最小的工藝廢料安全轉(zhuǎn)組,還能提高轉(zhuǎn)組效率,并且可以循環(huán)式轉(zhuǎn)組,即從5xxx系重新轉(zhuǎn)組回到1xxx系,如果中間缺少某個系別可以直接過渡轉(zhuǎn)組。

2 熔保爐合金轉(zhuǎn)組工藝的研究

合金成分的過渡,首先必須從熔化爐內(nèi)部余留的鋁液及爐體內(nèi)襯殘留的成分入手,將里面的成分充分稀釋才能實現(xiàn)。一般都是盡可能的減少爐內(nèi)上一爐合金產(chǎn)品殘留的鋁量,然后大量使用鋁錠或者鋁液填充,但是怎么用最少的鋁液或鋁錠以最短的轉(zhuǎn)組時間實現(xiàn),這就是我們研究的關(guān)鍵。

首先為了避免爐體內(nèi)襯上粘附的合金元素對新產(chǎn)品成分的影響,需要倒?fàn)t或鑄空后清爐,將爐體上的粘附雜質(zhì)清理下來扒出爐子,清理務(wù)必做到爐體內(nèi)襯覆蓋到位,盡可能的清理干凈爐體上粘附的鋁渣。其次就是稀釋爐內(nèi)余鋁的成分,稀釋余鋁成分首先需要控制余鋁中含有的高合金成分的總合金量。為了最少的原鋁沖淡和放廢,也為了提高轉(zhuǎn)組效率,需要提前兩爐控制余鋁量,最后兩爐必須盡可能的倒空熔化爐,最后一爐必須在熔化爐添加原鋁及鋁錠,不添加含有高合金成分的廢料。同時在保溫爐爐內(nèi)調(diào)配高合金的成分,通過正常的投料稀釋高合金成分含量,一般同種合金轉(zhuǎn)組可以通過這種方法實現(xiàn)。不同合金,合金成分差異較大,通過正常的投料無法稀釋的,需要洗爐。

洗爐分兩種洗爐方法[2],一種是熔化爐入鋁,然后倒到保溫爐,然后放廢;一種是直接在保溫爐入爐稀釋余鋁放廢。依據(jù)實際的余鋁量以及切換合金的成分差異來調(diào)整洗爐的辦法,比如5052合金轉(zhuǎn)組1100合金,鎂成分差距50倍,需要入鋁保溫爐然后再放廢;5052合金轉(zhuǎn)組8079合金鎂成分差距800倍,需要熔化爐洗爐后,倒入保溫爐洗爐,然后放廢。洗爐料少的可以直接通過在線渣箱放廢,但是多的,放廢就會造成很多問題,需要想辦法鑄造出來,這樣的話省時省力,但是鑄造的話,由于成分過渡,以及保溫爐內(nèi)鋁液較少溫度不易控制,需要有針對性開發(fā)鑄造工藝參數(shù),才能安全的生產(chǎn)出來。

洗爐廢料的工藝參數(shù)一般采用在線箱體內(nèi)成分相對應(yīng)的參數(shù),然后經(jīng)過簡單優(yōu)化后使用,由于洗爐料較少,升溫降溫都快。其次生產(chǎn)過程是成分過渡的過程,起始階段液穴不穩(wěn)定,成分過渡更容易導(dǎo)致異常失敗。所以洗爐料鑄造生產(chǎn)時需要首先控制保溫爐余鋁溫度,溫度適當(dāng)高一點,最好按照工藝要求的上線控制,同時優(yōu)化開頭的鑄造參數(shù)斜線,盡可能的減少開機冷漏失敗。

3 在線箱體合金轉(zhuǎn)組工藝的研究

轉(zhuǎn)組除了洗爐外,還要考慮在線箱體內(nèi)的鋁熔體怎么稀釋過渡,如果成分差異大,鑄造長度不能滿足成分的過渡,需要采取兩次鑄造的方法,第一次鑄造將在線箱體內(nèi)的成分調(diào)整成目標(biāo)成分,第二次鑄造按照新合金的生產(chǎn)工藝鑄造。如果成分差異沒有那么大,鑄造長度也允許情況下,最好一次性直接鑄造出來,這樣效率更高。

在線箱體稀釋一般最好最直接的辦法就是直接將在線箱體內(nèi)的鋁熔體放掉,但是隨著社會的發(fā)展,鋁精深加工產(chǎn)品越來越多,對鋁熔體的要求也越來越高。鋁熔體的高潔凈度就需要更加精細的過濾裝置,精過濾目前世界上應(yīng)用最廣泛的有管式過濾和深床過濾,由于精過濾精度高,過濾介質(zhì)成本較高,需要通過一定量的鋁熔體才能報廢,提前報廢浪費極大。一般精過濾轉(zhuǎn)組還不能直接放鋁,那樣會損壞過濾介質(zhì),也會加快過濾介質(zhì)堵塞,降低使用壽命,最佳的方法是使用鋁熔體沖刷或鑄造出來。

沖刷后在線箱體內(nèi)成分就會變得比較復(fù)雜,開機鑄造給工藝參數(shù)[3]設(shè)定造成很大障礙,同時鑄造起始階段是成分過渡階段,成分在鑄造時動態(tài)變化,造成鑄造過程中液穴變化更難控制,容易出現(xiàn)意想不到的問題,造成鑄造失敗。因此一般采用的方式就是直接鑄造,不再沖刷,充分利用在線箱體內(nèi)殘留的鋁熔體成分的穩(wěn)定性在穩(wěn)態(tài)前實現(xiàn)平穩(wěn)過渡。這樣能夠充分利用在線箱體的鑄造工藝參數(shù),確保平穩(wěn)過渡,穩(wěn)態(tài)后液穴趨于穩(wěn)定,微調(diào)鑄造速度或結(jié)晶器液位就能確保后續(xù)生產(chǎn)正常。

4 特殊合金的轉(zhuǎn)組工藝

便于生產(chǎn)的合金一般采用的轉(zhuǎn)組工藝盡量稀釋熔爐和在線箱體內(nèi)成分,以最快的速度,最少的鋁熔體轉(zhuǎn)組。但是對于難于生產(chǎn),失敗率高的合金需要充分利用轉(zhuǎn)組前的合金熔體鋪底生產(chǎn),減少出現(xiàn)報廢或失敗概率,用以提高生產(chǎn)效率,這也就是我們經(jīng)常說的鋪底鑄造法。

一般鋪底鑄造的合金都是鑄造生產(chǎn)時不容易控制錠尾裂紋和翹曲量,找不到完美契合點的產(chǎn)品,如果常規(guī)生產(chǎn),很容易出現(xiàn)各種問題,無法確保開機成功率和成品率,需要借用容易生產(chǎn)的合金工藝鋪底生產(chǎn)。當(dāng)然鋪底生產(chǎn)的工藝也需要考慮成分過渡,鋪底料如何流入在線箱體,用什么樣的鋪底料生產(chǎn)等。目前為止,1xxx、3xxx、5xxx、6xxx、8xxx系合金中我們經(jīng)常生產(chǎn)比較困難的合金有1A50、5083、6061等合金。1A50合金由于純度高,銅含量高,形核核心少,易出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力,鑄造生產(chǎn)過程中很容易出現(xiàn)裂紋,通過大量的生產(chǎn)實踐研究發(fā)現(xiàn), 我們把在線箱體內(nèi)的成分增加高鐵的合金成分,提高形核核心后,形核能力增強,能有效的降低裂紋傾向。5083[4]合金、6061[5]合金由于固液相過渡區(qū)域大,在凝固過程中極易出現(xiàn)應(yīng)力集中點,同時5083屬于高鎂合金,翹曲非常敏感,很容易出現(xiàn)翹曲過渡漏鋁情況。我們試驗了很多方法,發(fā)現(xiàn)用最簡單的1xxx、3xxx合金鋪底,由于成分過渡太快,成分不容易控制,經(jīng)常出現(xiàn)突然的莫名裂紋和漏鋁現(xiàn)象。后期我們嘗試用5xxx系中比較容易生產(chǎn)的5052合金鋪底,發(fā)現(xiàn)成分過渡受到了限制,過渡過程中鑄錠出現(xiàn)缺陷的概率明顯降低,所以對于這兩種合金我們采用5052合金鋪底生產(chǎn)取得了較好的結(jié)果。

5 結(jié)論

通過對熔鑄生產(chǎn)轉(zhuǎn)組過程中的熔煉和鑄造工序相關(guān)工藝的實踐研究發(fā)現(xiàn):

(1)的生產(chǎn)先后順序為1xxx系、8xxx系、3xxx系(不含鎂)、3xxx系(含鎂)、5xxx系;

(2)熔保爐洗爐先徹底清爐,然后依據(jù)實際成分比例關(guān)系制定分別的洗爐工藝進行針對性洗爐,能有效的提高洗爐效率,確保一次性洗爐成功;

(3)洗爐后的洗爐料及轉(zhuǎn)組的在線箱體成分過渡的鑄造工藝參數(shù)設(shè)置,最好參考在線箱體成分的工藝參數(shù)優(yōu)化后使用,才能保證一次成功率和效率最大化;

(4)特殊合金轉(zhuǎn)組需要借助其他相關(guān)合金鋪底鑄造,設(shè)置合理的鋪底合金及工藝是關(guān)鍵。