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热顶铸造的实验分析2018/7/23 11:24:23

 1热顶铸造的优缺点

  热顶铸造生产的铸锭内部质量好,整个铸锭组织均匀,力学性能高;在熔体转注方面实现稳定的矮结晶器铸造和同水平铸造,有效地防止熔体二次污染,提高金属的内部纯洁度;热顶铸造生产的铸锭表面光滑,铸锭周边层逆偏析程度和深度小,可少车皮或不车皮;热顶铸造可充分利用铸造井口尺寸单次铸造较多根数的铸锭。

  但是热顶铸造也有其缺点,要求铸造员工有比较熟练的操作技术;在工艺参数调节不好时铸锭会出现特有的表面缺陷。

  2试验

  2.1工艺参数

  铝合金熔体铸造温度:680℃~700℃,以比普通铸造的稍高为好。

  熔体净化:采用炉内喷熔剂粉精炼和在线熔体陶瓷过滤板过滤。

  铸造冷却水温度:小于25℃。

  2.2工艺装备

  (1)由于2,7系硬铝合金大规格圆铸锭裂纹倾向性大,试验中采用干井铸造,并采用刮水器,以减少铸锭冷裂倾向;引锭头采用多台阶式,并采用铺底,以减少铸锭底裂。结晶器内的冷却强度必须保证能形成具有足够强度的铸锭凝壳。

  (2)热顶铸造时铸锭的表面是在热顶和结晶器的交界处形成,有时表面光滑,有时产生冷隔及与此相关联的铸锭表面层周期性偏析;在结晶器和热顶接触的边角部位形成负压空间,熔体中的气体在铸锭表皮下凝聚长大而造成有气泡的表面。控制结晶前沿在结晶器中的位置是热顶铸造获得良好表面铸锭的重要条件。生产中通过调整铸造速度,铸造温度,冷却水压,结晶器冷却部分的高度,喷水角度等进行控制,而二次冷却水的逆流冷却作用是关键。

  为描述方便用下列符号代表有关参数:H水上为二次冷却水的逆流冷却作用在铸锭表面上产生的向上冷却距离;H结下为单靠结晶器冷却部分在铸锭表面上产生的向下冷却距离;H石为石墨环高度;H水为铸锭见水距离。

  H水上与铸锭尺寸和形状无关,当合金的种类确定之后,随铸造速度,铸造温度,铸锭见水处温度的提高而减少,其中铸造温度的影响最为强烈,铸造大规格铸锭时温度高,H水上相对减少。

  ①H石一般以20mm~50mm为宜,若高度太小,则结晶凝壳伸进热顶内,凝固金属与绝热层发生拉滑。为避免此现象发生,应将铸造速度调得很高,以降低H水上值。H石也不能过大,否则失去了热顶铸造的意义,若要保持热顶铸造的效果,就要相应增大H水上值。既要增大水压,还要把铸造速度调得很低,这对生产效率显然是不利的。

  ②热顶贮槽内侧突出结晶器的距离对铸锭形成冷隔和周边层偏析有重要影响,冷隔和偏析区的深度与热顶内侧的突出距离成比例,突出距离越短越好,一般在3mm以内。生产中,为了减少突台对铸锭表面质量的不良作用,一般采用斜面的方法解决,其倾斜角大于45时有利于获得良好的铸锭表面。

  ③热顶贮槽内的液面高度是指贮槽内液面至热顶与结晶器交界处的熔体深度。为了使热顶与结晶器交界处的金属液弯月面保持稳定不变,得到比较光滑的铸锭表面,贮槽内的液面高度最好保持在50 mm以下。如果生产中很难做到这一点,则应该尽可能使实际采用的液面高度低一些为好。

  ④为了调节H水上,一般配合铸造速度少许调整冷却水压。冷却水压较低时有时会形成液流膜,影响铸锭见水线位置,从而影响H水上向上延伸的位置,给铸锭表面质量造成不良的影响。热顶铸造时应保持冷却水均匀,并有足够的流量和速度,通常冷却水压最好不小于0.06MPa.

  采用以上的铸造工艺参数和工艺装备条件,并且在试验期间作过多次改变,都无法铸造出合格的铸锭。

  3工艺参数和工艺装备条件的确定

  在多次试验失败的基础上,总结出大量的经验,关键是结晶器中所产生的冷却强度必须满足能形成具有足够强度的铸锭凝壳,据此调整了并最后确定了工艺参数和工艺装备条件。

  3.1对于370mm规格的铸锭

  (1)增加H石,使冷却水槽到石墨环与热顶的交界处的距离增加,以降低一次冷却强度,结晶器其他尺寸不变。

  (2)H石由25.4mm加大到40mm后,铸锭凝壳见水相对较晚,即H石+H水增加14.6mm.(3)调整H石后,总高度增加14.6mm,导致H石+H水-H水上变大,进一步调整出水孔个数,由90孔调到80孔,减小H水上,最终370mm铸锭试铸成功。

  3.2对于446.5mm规格的铸锭

  (1)增加H石,使冷却水槽到石墨环与热顶的交界处的距离增加,以降低了一次冷却强度,结晶器其他尺寸不变。

  (2)H石由25.4mm加大到45mm后,铸锭凝壳见水相对较晚,即H石+H水增加19.6mm;这时需加大出水角度以减小H水,446.5mm结晶器的出水角度由17加大到20,H水缩短约25mm……

  (3)调整H石,H水后,总高度缩短5.4mm,这就导致H石+H水-H水上变小,因此需调整出水孔个数及截面积,由4mm调到3mm孔,减小H水上。

  (4)最后进一步缩短H石+H水,总计缩短13.2 mm后初步成型,根据铸锭表面情况进一步调整出水孔个数,由120孔改为112孔,进一步减小H水上。

  4结束语

  用热顶铸造法在试铸2042,7075铝合金370 mm,446.5mm圆铸锭过程中,经过多次失败在积累丰富经验的基础上,调整工艺参数和工艺装备条件,最终铸出了合格的铸锭。铸锭表面光滑,可以少车皮;铸锭内部质量均匀;铸锭合格率高达90%.


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