铝合金铸造机分类、铸造工艺及特点

一、对铝合金半连续铸造机的基本要求及设备分类

1．对铝合金半连续铸造机的基本要求
    对铝合金半连续铸造机的基本要求是：
    1)运行可靠；
    2)生产率高；
    3)铸造质量好，铸锭成品率高；
    4)对主要铸造参数(铸造速度、冷却水压或水量、铸锭长度等)能方便地控制调节及指示；
    5)结构简单，维护方便。
    铸造机的工作可靠性主要取决于铸造机的类型、结构、各部件的制造和安装情况以及对铸造机的维护质量。通常，铸造机只有在实现多模铸造的条件下，才能得到很高的生产率。而要保证铸锭具有良好的质量和高的成品率，在整个铸造过程中，铸造机必须运行平稳，保证铸锭以严格固定的速度垂直下降，不跑车，不停顿，不悠晃。
2．连续铸造机的类型
    铝合金立式半连续铸造机有链带传动铸造机、钢丝绳传动铸造机、液压传动铸造机、丝杠传动铸造机和辊式铸造机等五种类型。其中，钢丝绳传动式和液压传动式比较常用。
    辊式铸造机是利用两个彼此相向转动的辊子从结晶器中把铸锭拉出，通过改变辊子的转速来调节铸造速度的。这种铸造机结构最简单、制造费用低，铸造速度稳定、能生产很长的铸锭。但这种铸造机每次只能浇铸一根直径小于500 mm的圆铸锭，生产率很低；而且对铸锭直径变化的适应性小，一台铸造机仅能浇铸直径尺寸相差不大的铸锭。此外，这种铸造机生产的铸锭实际上总是存在着较大的弯曲，因此，这种铸造机在生产中已被逐渐淘汰。
    液压式铸造机是利用活塞杆当引锭器，将铸锭从结晶器中拉出．通过改变活塞下方油缸中的压力来调节铸造速度的。这种铸造机可任意调整铸造速度，运行平稳性是五类铸造机中最好的，最适用于电磁铸造，热顶铸造等要求高平稳性的场合。缺点是结构复杂，在铸锭重量增加时，为了保证液压活塞均匀降落，需要采用各种复杂的调节系统。此外，在铸锭长度相同时，它比其他几种铸造机要求更深的铸造井，这就提高了基建费用。实际采用的液压式铸造机，活塞行程都比较短，因而限制了铸锭长度。
    丝杠传动铸造机是借丝杠的运动带动底座上下升降的，铸造时可以通过机械或电机进行有级或无级调速。这种铸造机运行平稳，但制造，安装和维护都比较复杂，丝杠易变形，丝母易磨损，更换麻烦，铸造长铸锭比较困难。
钢丝绳传动铸造机是通过卷筒(绞车)缠绕钢丝绳带动底座上下升降的，铸造时可以通过饥械或电机进行有级或无级调速。这种铸造机的优点是：运行比较平稳，结构比较简单，能使结晶器最大限度地靠近静置炉流口，使结晶器配置紧凑，还能根据静置炉的形状，以最小的间隔尽可能多的配置铸造机。操作方便，适用于浇铸各种规格的圆铸锭和扁铸锭。缺点是钢丝绳的不均匀拉伸，可能引起平台歪斜；甚至被卡住，导致运行不平稳，影响铸锭品质。
此外，钢丝绳磨损快，需经常更换，工作可靠性差。
    链带传动铸造机是借链带的运动带动底座平台上下升降的，铸造时可以通过机械或电机进行有级或无级调速。这种铸造机具有结构简单、工作可靠、运行平稳、操作方便等优点，适用于铸造各种规格的扁铸锭和圆铸锭。

二、钢丝绳传动铸造机

    我国目前普遍采用的钢丝绳传动铸造机的主要性能示于表2—12—15。

表2—12—15  国产钢丝绳传动半连续铸造机的主要性能 

典型的钢丝绳传动半连续铸造机是由机架、传动装置、平台及升降机构、盖板、供排水系统、铸造参数指示装置及操纵台等部分组成。
    机架是型钢结构的，固定在铸造井中，其上装有除传动装置以外的所有部件。通常，机架上部的固定钢架上装置有定滑轮组，机架的立柱上装有引导平台升降的导轨。导轨的数量按铸造机的大小而定，有四根的，也有八根的。
传动系统示于图2—12—34。它由铸造电机、提升电机、减速机、卷筒、滑轮组及钢丝绳等部分组成。铸造电机功率较小，用以实现工作速度；提升电机功率较大，用以快速提升或下降平台。两个电机借助于差动减速机或行星齿轮减速机联系在一起。这种结构省去了换向离合器，既保证了传动系统的工作可靠性，又使操作得以简化。铸造速度的调节采取两种方式：一种是用交流变频电机做铸造电机，通过改变频率来改变电机转数的无级调速；一种是通过更换变速齿轮改变传动比的有级调速。平台升降的转换通常是通过改变电动机的运转方向来实现的。

平台是铸钢的，两端横梁中间各装有一组动滑轮，平台靠钢丝绳悬挂在机架的定滑轮组上，并借助于卷筒沿导轨上下移动。平台移动的最终位置用极限开关控制。
    盖板是安装铸造工具的，有的兼作冷却器。铸造完毕，为了取出铸锭，需要移开盖板。盖板的移动方式有液压翻转和小车平移两种类型，小型铸造机的井上盖板则由人工搬移。
    给水系统由循环水进水管道、电动水阔(亦可手动)、过滤装置等组成。铸造井中的积水用水泵排走。水泵的起动和停止多采用自动控制的方法。水位报警的方法很多，目前常采用的有浮标带动滑杆拨动限位开关的方法，利用晶体管开关电路控制的方法等。
    铸锭长度由行程指示器显示。铸造速度由测速发电机传送脉冲至速度指示器而显示，并可通过自动装置对速度进行自动调节。
    操纵台是铸造机的指令中心，通常，各种数字指示器、水压表、给水排水开关、水位报警铃、升降开关、盖板起闭开关等都安装在这里。
    铸造工在使用钢绳传动半连续铸造机时应注意下列问题：
    1)使用前，必须按照设备使用维护规程的要求，对设备的传动机构进行认真仔细地检查，并按规定在各润滑点注油润滑。检查时，重点放在钢丝绳、滑轮及卷筒上，要求钢丝绳固定牢靠，不出槽，不打节，不断殷，滑轮及卷筒转动灵活。发现钢丝绳破损，要严格执行报废标准，绝不允许凑合使用。
    2)确认传动机构正常后，应进行空负荷试车，检查平台升降、抱闸制动、行程指示、水泵运转、水位报警、各终断开关位置控制等是否正常可靠。其中应重点检查平台升降情况，要求升降平稳。确认一切正常无误后，方能开车铸造。
    3)采用变速齿轮调整铸造速度的铸造机，在更换齿轮时，要注意下列问题：①、齿数应符合规定；②、必须在空负荷情况下进行；③、更换前应将平台下降至距铸造井底0.5～1 m的高度；④、平台下降后，立即停电，并挂上“严禁送电”的明显标志；⑤、更换时先用卡紧齿轮卡死；⑥、更换后将变速齿轮用定位键和螺丝把紧。以上确认正常后，卸下卡紧齿轮，送电试车。   
    4)铸造过程中，一要注意及时开动水泵，抽出井中积水。二要防止“跑流子”，一旦出现应立即堵流口，停止铸造，清除设备上的冷凝铝块，然后检查设备，继续铸造。三是铸造中发生突然停电、停水事故时，应立即堵住流口，攀动铸造电机对轮，使平台下降，直至流盘中的铝水铸完为止。
    5)起动提升电机时，要特别注意平台和盖板的距离，当平台上升离顶部零位200 mm左右时，应改用慢速上升，严格防止超过上部极限位置而造成设备损坏。
    6)吊取铸锭时，要正确指挥吊车，绝对不许碰撞铸造机。
    7)铸造结束后，要清理设备上的铝渣和工具，并定期清理铸造井中的积渣和冷却水过滤箱中的过滤网。
8)停产以后必须将铸造井内积水抽干，并在导轨和钢丝绳上涂油保护。

三、液压传动式铸造机

液压传动铸造机由可液压倾动(或平行移动)的浇注平台、带扭力限制器的引锭座、导轨、液压系统、水冷系统和电器控制系统组成(见图2—12—35)。浇注平台供安装结晶器和水冷系统用，引锭座由高强度钢焊接而成，上面装有底座，还配有若干对导轮(在导轨上滚动)，导轮轴和垫片分别采用不锈钢和聚四氟乙烯制作。导轨(液压缸内部导向的自导式无导轨)由型钢制作，上面固定，下面依靠一个滑动件可防止因温度变化而导致涨缩时不会变形并能快速准确的调节。引锭座由镀有硬铬的活塞顶杆支撑，浇注平台的翻转由两个液压传动装置驱动，铸造速度由专门的调节阀调节(不受锭重和液压油温度的影响)，并由带有脉冲发射器的计数器对铸造速度和铸锭长度进行测量，整个液压系统由电动泵、加热油箱、带有控制阀的管路等组成。冷却水的流量通过一个环状活塞式电动阀来调节。控制柜安装在靠近机器设备的地方，通过各种控制和指示元件对相关参数进行控制。国内生产的自导式液压铸造机目前可铸造最大质量27 t、长度为6.5 m的铸锭，铸造速度精度达±l%，铸造长度显示精度达±0.5%，液压缸/平台旋转精度±0.1°，液压缸垂直度±1.5 mm，平台水平度±1 mm，而且控制系统采用PLC，并与保温炉的控制系统连锁，可实现铝液温度、流速和冷却水流量、温度及铸造速度的最佳匹配。

    目前国内使用较多的液压传动式铸造机的主要技术参数如下： 
最大铸锭质量：8 t 
铸锭长度：6.2～6.7 m 
浇注平台面积：2 m×1.5 m 
铸造速度：20～300 mm/min 
空载上升下降速度：2 m/min 
负载上升速度：300 mm/min 
油压：7 MPa(可调节) 
油流量：70 L/min 
油箱体积：700L 
进水压力：0.3 MPa 
最大输出流量：153 m3/h 
进水温度：20～25℃ 
出水温度：最大室温+20℃ 
工作电压：3×380V 50HZ 
控制电压：220 V 50HZ 
液压阀电压：24 V 
液压泵功率：l5 kW 
水阀功率：0.18 kW 
液压加热功率：6 kW 
总功率：22 kW 
苏州新长光热能科技有限公司开发的50 t大型扁锭液压半连续铸造机的主要技术参数如下： 
    铸锭断面尺寸：(400～700)mm×(900～2300)mm 
    铸锭最大长度：5540 mm 
    每次铸造锭数：大锭2～3个，小锭4～5个 
    每次最大铸造量：50 t 
    铸造速度：10～200 mm/min 
    平台满负荷时上升速度：0～600 mm/min 
    平台快速升降速度：0～2000 mm/min 
    平台慢速升降速度：0—200 mm/min    
铸锭长度精度：±l%  
铸锭速度精度：±0.5% 
铸锭纵向弯曲(全长)≤2 mm 
铸造平台尺寸：3200 mm×4000 mm 
冷却水供水量：630 m3/h 
上海鑫业熔铸设备制造有限公司开发的25 t内导双作用液压铸造机的主要特点和技术参数如下：
该铸造机的铸造质量设计为每次最大铸造量27t，铸造速度为20～250 mm/min，快升快降速度为20～2000 mm/min，而且整台铸造机在工作状态下所有速度均可以实现无级调速。
    升降平台的下降及提升装置设计为液压驱动，采用德国洪格尔进口的内导式双作用油缸(全新)。铸造机在各种工作状态下均可实现平稳移动，在设定的铸造速度中无振动、颤抖与爬行现象。
浇铸平台倾翻机构按需方技术条件设计和制造，浇铸平台可倾翻85°～90°，浇铸平台倾翻速度恒定，无震动现象。铸造平台复位精度可达lmm。冷却水流量控制采用意大利OMAL公司WAFER气控组合阀及上海高科技企业上海一诺的流量计，通过标准信号反馈与主控PLC联接实行全自动控制。
    该铸造机所有与水接触钢结构与重要部件均采用喷丸及喷涂船用防腐油漆，涂层厚度不小于l mm，以保证铸造系统使用l5年以上的正常使用寿命。
    本液压铸造机采取轴向柱塞泵驱动工作系统，可实现铸造调速，和快速升降，快速升降用于在铸造工作完成以后，将铸锭快速升至起吊工作区，或在铸造初始时将引锭头快速升至结晶器定位区域与结晶器定位。本系统配置液压油温控调节器，液压油独立过滤系统。所有液压元器件均采用德国博世·力士乐，流量计采用德国威士容积式齿轮流量计。
    本设备电气控制系统采用德国西门子公司生产的S7—300模块化可编程控制器及MP370彩色触摸式高性能可视图形操作液晶界面，并可以通过上位机远程监控铸机的运行和修改、保存铸造参数。其他的电气元件均采用进口或国内外资企业的名牌产品组成。①软件系统中分合金铸造工艺软件与铸造电液控制软件二个组成部分。由东北大学电磁铸造国家重点实验室与浙江大学电液控制中心国家重点实验提供技术支持。所有的操作过程均可通过软件PLC可编程指令(软件)在触摸屏实现，对冷却水流量、冷却水压力、冷却水温度、铝液温度、铸造速度、铸造长度等均可实现实时显示，并可对铸造速度与冷却水流量实现自动闭环控制；在控制系统中可存储数百组相关的不同合金牌号、不同规格铸锭的产品的工艺参数，在铸造开始之前只需输入合金牌号及产品规格，即可自动控制调整相关铸造工艺参数，并可在授权下对参数进行修改和增补。每铸次的铸造参数条件将被PLC自动记录，并写入上位机，便于对不同铸造效果的生产工艺条件进行追踪。各控制单元系统设置具有(单位)量程上/下限位应急报警功能。②本电控系统PLC自动控制倾斜式静止炉的自动流量供给程序，可通过前端流槽的光感液位控制器或杆式传感器的反馈信号，自动开/断倾斜式静止炉的电磁控液滑阀(件)时适调节静止炉的倾斜角度，保证铸造时所需的额定相对铝液流量。并通过设定温度与炉内温度比较，控制温度控制燃烧器启、停，保证铝液的温度。提高设备的安全使用效率及机组自动化联动的使用性能。

    该铸造机系统是国产铸机中机、电、液结构为最优选配的变形铝合金铸造系统。即在液压阀控元件的选配上，优选国际品牌(液压阀控元件)德国制造-博世力士乐(BoschRexroth)公司的(进口)液压阀控元件。设备配置的功能软件完全能满足铸造工艺的需要，实用性极强。设备的综合使用性能可与引进国外制造商提供给中国的现行铸造设备实行同比，可广泛与各种先进的工装结晶器配合生产出高品质的变型铝合金坯料，如采用油润滑结晶器生产1XXX～8XXX大方锭。结晶器整个铸造粗晶层可减少30%，表面品质可提高50%以上。
设备主要技术参数为：
    额定铸造质量：25000 kg
    最大铸造质量：27000 kg
    液压缸额定支撑质量：35000 kg
    最大行程：7000 mm
    液压缸安装垂直度：0.083 mm/m
    最大铸造长度：6700 mm
    铸造速度：20～250 mm/min(无级调速)
    快速升降速度：20～2000 mm/min(无级调速)
    铸造平台飘移：1 turn/30 min
    铸造长度控制精度：≤+1.5%(实际铸长-PLC显示铸长)
    铸造速度控制精度：≤设定点+3% 
    铸锭弯曲度：l.5 mm/m：6 mm/6.7 m
    倾翻角度：0°～90°
    倾翻复位精度：±l mm
    冷却水调节范围：30～300 m³ 
    铸造水流量误差：≤设定点±2% 
    顶板水平度：≤1.5 mm
    升降平台极限偏载偏差：最大水平偏差≤3 mm，最大垂直偏差≤2 mm
    安装总功率：44 kW
    铸造冷却水所需量：300 m³/h
    铸造冷却水所需压力：按需方现有的供水条件
    压缩空气压力：0.4～0.7 MPa，流量5 m³/h
    液压工作介质：L-HM46液压油
    液压系统额定工作流量：40 L/min
    液压系统最大工作流量：340 L/min
    液压介质正常工作温度：20～50℃、
    液压系统额定工作压力：3 MPa
    液压系统最高工作压力：5 MPa
    液压电机功率：30 kW一只  11 kW一只   3 kW一只
液压电机转速：n=1440 r/min

四、水平连续铸造机

    我国目前普遍采用链带传动的水平连续铸造机。这种铸造机具有结构简单、运行平稳、制造维护方便、成本低廉等优点。它主要由机架、传动系统、引锭系统、锯切装置和供排水系统等几部分组成。
    机架由型钢焊接而成，机架前部分铺设有为铸锭导向的轻型钢轨，后部分安装有支承铸锭的辊道。铸造机的传动系统示意于图2—12—36。它由电机、蜗轮蜗杆减速机、主动链轮、被动链轮、张紧链轮及拉曳机架下部的传动辊等几部分构成。铸造时，通过调整频率改变电机的转速来调节铸造速度。引锭系统由引锭杆、导轨、拉曳机等部分组成。引锭杆的一端开有锥形空穴，并通过活动销钉与凝固的铸锭联在一起；引锭杆的另一端通过插销与链条挂联。铸造开始时，通过链条的运动带动引锭杆沿导轨牵杆、导轨、拉曳机等部分组成。引锭杆的一端开有锥形空穴，并通过活动销钉与凝固的铸锭联在一起；引锭杆的另一端通过插销与链条挂联。铸造开始时，通过链条的运动带动引锭杆沿导轨牵引铸锭。有的水平连铸机的机架较短，而引锭杆较长，铸造开始时，将引锭杆的一端插入结晶器内，而另一端伸进拉曳机的两个V形辊之间，通过上部的压紧辊和下部的传动辊夹紧并牵引。当引出的铸锭进入拉曳机后，卸下引锭杆。传动辊直接由电机经链轮传动，与链条速度同步。压紧辊由风缸驱动夹紧和提升。锯切装置见图2—12—37。经拉曳机牵引出的铸锭进入锯切装置的V形托架并达到规定的锯切尺寸后，夹紧气缸压下将铸锭夹紧，借助铸锭的推力，使装在轨道上的锯切小车与铸造速度同步向前移动，即实现同步锯切。供排水系统是单独的，通常安装在铸造机的头部靠近结晶器的地方。

生产中常使用的水平连铸机的主要技术性能是：
    铸锭直径                    80～150 mm
    铸造速度                    50～500 mm/min
    最大生产能力                8.6 t/h
    调速方式                    直流电机无级调速
    铸造根数                    6根
    锯片直径                    710 mm
    锯片厚度                    8 mm
    锯片主轴转数                40，68，75 r/min
    锯片横向最大位移            1600 mm
    铸造工在使用水平连铸机时，应注意下列问题：
    1)使用前，必须按照设备使用维护规程的要求和润滑卡片，对铸造机的各部件进行认真的检查和润滑。确认正常后进行空负荷试车，重点检查链条和链轮的磨损及运行情况、夹紧装置是否灵活可靠，并调整铸造速度。
    2)铸造前，仔细安装引锭杆，并严格保证结晶器、引锭杆和轨道的工艺中心线在同一水平线上。
    3)铸造机开车后，要立即将压紧辊升起，待引锭杆进入适当位置时再将压紧辊缓慢放下压紧。铸造过程中，一要预防掉钩脱销；二要避免碰撞铸锭；三要防止传动辊和压紧辊打滑；四要防止“跑流子”，避免铝水凝在牵引链条上。
    (4)铸造完毕应将设备清理干净。