一种铝合金圆铸锭油气润滑膜铸造方法与流程

本发明涉及一种铝合金圆铸锭油气润滑膜铸造方法。

背景技术：

传统的水冷铸造得到的铸锭表面质量差，存在偏析、疏松等缺陷，后续需要车皮加工，使铸造成本增加。油气润滑铸造的铸锭具有表面光滑，偏析程度小、内部组织致密等优点，一般是铝合金熔体制备完成后，经流槽进入分流盘，再进入各个结晶器进行油气润滑膜铸造，该方法通过使具有一定压力的干燥气体与润滑油透过结晶器多孔石墨环，使石墨环内壁与铝合金熔体凝壳之间形成一层均匀稳定的油气膜。油气膜的存在：一、改变了铸锭薄凝壳与结晶器内壁的接触状态，使凝壳与结晶器内壁的摩擦力减小，进而减少铸锭表面发生拉痕、拉裂漏铝等缺陷；二、改变铸锭的凝固传热模式，降低横向传热，即降低铸锭在结晶器石墨环上的一次冷却强度，使液穴平直，铝合金晶粒致密。

但油气润滑结晶器属于精密铸造模具，结晶器需要控制通油通气，初始操作过程复杂，需要操作者具有较高的操作水平，在实际生产中的会面临如下问题：一是：当熔体在结晶器内填充时间过短会导致铸锭下拉过程中由于凝壳太薄易拉漏，填充时间太长则易导致铸锭的悬挂弯曲，或熔体在转接套中发生凝固，在下拉过程中由于转接套凝固的固态部分下拉不稳定导致漏铝，填充时间包括铸造机设定的保持时间和从铝合金熔体开始流入结晶器至铝合金熔体液面高度达到60～80mm之间的这段时间，记为开车时间，若开车时间是个常数，则保持时间的控制是影响铝合金铸锭的重要因素；二是：铸造过程中存在冒翻滚的大气泡及铸造过程中冒泡长度大，易使铸锭产生氧化夹渣等，影响铸锭质量及成品率。

在铸造进入稳定阶段时，一般是铸造长度达到80-120mm时，若能及时发现铸锭表面是否存在拉痕等缺陷，及时采取措施，就能够解决该缺陷，使后续铸造出的铝合金铸锭表面质量好。

以上问题是铝合金铸造领域技术人员函待解决的关键性问题，本文发明出一套适用于Φ120到Φ330规格铝合金圆铸锭的生产操作方法。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种铝合金圆铸锭油气润滑膜铸造方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种铝合金圆铸锭油气润滑膜铸造方法，包括以下步骤：

步骤1、清理结晶器，所述结晶器包括热帽、结晶器本体、冷却水腔、通气孔、通油孔、转接板和石墨环，所述热帽设置所述结晶器本体上方；

步骤2、测试每个结晶器是否通油通气

将铸造流盘上的每个结晶器气阀开到最大，将总油压调至3～4MPa，总气压调节至0.5MPa，所述总气压为各个结晶器通气孔内气压之和，所述总油压为各个结晶器通油孔内油压之和，并进行多个脉冲注油气测试，并将不通油或不通气的结晶器更换，并进行测试，直至所有的结晶器都合格为止；

步骤3、制备铝合金熔体，将原铝及其他合金按照比例加入熔炼炉内进行熔炼，熔炼的过程需要进行搅拌，形成铝合金熔体，保持铝合金熔体的温度在740～760℃；

步骤4、铸造保持时间设定

铸造机开车时，设定保持时间，所述保持时间为铸造机启动到引锭底座开始动作之间的时间，记为t1，应满足经验公式：

t1＝0.033*D+4.28

其中，t1为铸造机设定的保持时间，单位s；D为不同规格铸锭直径值，120mm≦D≦330mm；

步骤5、铸造

a)铸造前调整结晶器油压和气压,将结晶器的总油压调整在3～4MPa，总气压调节至P1，其中P1＝0.3～0.5MPa，结晶器的个数在20～50个之间，每个结晶器的通气孔内的气压在0.006～0.025MPa之间，通油孔内的油压在0.06～0.2MPa之间，通气孔内的压缩空气和通油孔内的润滑油混合并沿着结晶器内环形成一薄层油-气垫膜；

b)铸造开始时，铝合金熔体从熔炼炉经一定长度的流槽流到铸造流盘，缓慢流入结晶器的热帽，保证铝合金熔体在流盘的铸造温度690～735℃之间，在当结晶器的热帽内铝合金熔体液位高度达到60～80mm时，启动铸造程序，铸造机启动，此时，引锭底座不工作,其中，从铝合金熔体开始流入结晶器的热帽至铝合金熔体液面高度达到60～80mm之间的这段时间记为t2，t2为常数；

c)经过时间t1后，引锭底座以1～10mm/min的速度开始下降；

d)铸造长度达到L1时，其中L1＝20～60mm时，铸造速度达到38～85mm/min之间,对结晶器总气压进行升压调节，总气压升压至P2，其中P2＝0.6～1MPa；每个结晶器的通气孔内的气压在0.012～0.05MPa之间，并调节各个结晶器的气阀，气阀开的越大，冒泡越严重，而气阀开的越小，则冒泡越小或者不冒泡，根据这个原理，调节各结晶器使其尽快轻微冒泡，具体为：在流盘气压调节器上将冒泡过大的结晶器缓慢地调至刚不冒泡、把不冒泡的及时缓慢地使其刚冒泡；

e)铸造长度达到L2时，其中L2＝80～120mm时，对结晶器总气压进行降压调节，总气压降至P3，其中P3＝0.4～0.65MPa,每个结晶器的通气孔内的气压0.008～0.033MPa之间，再只对冒泡的各结晶器调到不冒泡时为止；铸造进入稳定阶段，铸造速度在50～125mm/min。

本发明的有益效果是：

1)合理的保持时间的控制，能够防止因为填充时间过短导致的凝壳太薄易拉漏的问题，且能够防止铸锭悬挂弯曲，或漏铝的问题；

2)在铸造起始分阶段控制气压，可形成稳定均匀的油气膜；铸造过程中控制冒泡，及时调节各个结晶器，铸锭不会产生氧化夹渣，铸锭质量好，成品率高。

进一步，步骤1中清理结晶器具体包括以下两个方面：

一方面，将用钢丝棉将石墨环内衬和转接板上的赃物打磨干净，然后用除锈剂沿石墨环四周均匀喷洒，再将石墨环擦拭干净；

另一方面，用氮化硼涂料对结晶器的转接板进行涂刷、再将结晶器石墨环与转接板连接处涂刷，整体涂刷2～3遍。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：

1)将石墨环擦拭干净，能够确保石墨环透油透气，形成稳定的油气膜；

2)转接板及结晶器与转接板的连接处涂刷氮化硼，能够防止压缩气体从两者之间的缝隙中逸出，导致铸锭的薄凝壳破坏或在转接板处发生挂铝使铸锭发生拉裂、漏铝缺陷。

进一步，步骤5中的e)中，当发现铸锭表面出现拉痕时，可缓慢、多次调节气阀，加大气体流量，但是应该保证各结晶器均不冒泡。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：铸锭表面出现拉痕等缺陷时，说明摩擦力大，油气润滑膜透性差，缓慢、多次的增加气体流量，调整润滑膜的透气性，保证后续的铝合金铸锭表面质量好，不会出现拉痕等缺陷。

进一步，对于直径为120mm的铸锭，其稳定阶段的铸造速度在115～125mm/min之间。

进一步，对于直径为330mm的铸锭，其稳定阶段的铸造速度在50～60mm/min之间。

附图说明

图1为本发明中结晶器的结构示意图；

图2为本发明铸造阶段铸造长度和总气压的变化示意图；

在附图中，各标号所表示的部件名称列表如下：1、热帽；2、转接板；3、石墨环；4、通油孔；5、通气孔；6、冷却水腔；7、结晶器本体。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

铸造Φ120规格的铝合金圆铸锭，一种铝合金圆铸锭油气润滑膜铸造方法，包括以下步骤：

步骤1、清理结晶器，如图1所示，所述结晶器包括热帽1、结晶器本体7、冷却水腔6、通气孔5、通油孔4、转接板2和石墨环3，所述热帽1设置所述结晶器本体7上方，具体包括以下两个方面：

一方面，将用钢丝棉将石墨环3内衬和转接板2上的赃物打磨干净，然后用除锈剂沿石墨环3四周均匀喷洒，再将石墨环3擦拭干净；

另一方面，用氮化硼涂料对结晶器的转接板进行涂刷、再将结晶器石墨环与转接板连接处涂刷，整体涂刷2～3遍。

步骤2、测试每个结晶器是否通油通气

将铸造流盘上的每个结晶器气阀开到最大，将总油压调至3～4MPa、总气压调节至0.5MPa，并进行多个脉冲注油气测试，并将不通油或不通气的结晶器更换，并进行测试，直至所有的结晶器都合格为止；

步骤3、制备铝合金熔体，将原铝及其他合金按照比例加入熔炼炉内进行熔炼，熔炼的过程需要进行搅拌，形成铝合金熔体，保持铝合金熔体的温度在740～760℃；

步骤4、铸造保持时间设定

铸造机开车时，设定保持时间，所述保持时间为铸造机启动到引锭底座开始动作之间的时间，记为t1，应满足经验公式：

t1＝0.033*D+4.28

其中，t1为铸造机设定的保持时间，单位s；D＝120mm；计算得出保持时间t1＝8.24s，大约取8s。

步骤5、铸造

a)铸造前调整结晶器油压和气压,将结晶器的总油压调整在3MPa，总气压调节在0.3MPa，结晶器的个数在50个之间，每个结晶器的通气孔内的气压在之间0.006MPa，通油孔内的油压在0.06MPa，通气孔内的压缩空气和通油孔内的润滑油混合并沿着结晶器内环形成一薄层油-气垫膜；

b)铸造开始时，铝合金熔体从熔炼炉经一定长度的流槽流到铸造流盘，缓慢流入结晶器的热帽，保证铝合金熔体在流盘的铸造温度690～735℃之间，当结晶器的热帽内铝合金熔体液位高度达到60～80mm时，启动铸造程序，铸造机启动，此时，引锭底座不工作,其中，从铝合金熔体开始流入结晶器的热帽至铝合金熔体液面高度达到60～80mm之间的这段时间为t2，t2为常数；

c)经过时间t1后，引锭底座以1～10mm/min的速度开始下降；

d)铸造长度达到20mm时，铸造速度达到85mm/min之间,对结晶器总气压进行升压调节，总气压升压至0.6MPa，每个结晶器的通气孔内的气压在0.012MPa之间，并调节各个结晶器的气阀，气阀开的越大，冒泡越严重，而气阀开的越小，则冒泡越小或者不冒泡，根据这个原理，调节各结晶器使其尽快轻微冒泡，具体为：在流盘气压调节器上将冒泡过大的结晶器缓慢地调至刚不冒泡、把不冒泡的及时缓慢地使其刚冒泡；

e)铸造长度达到80mm时，对结晶器总气压进行降压调节，总气压降至0.4MPa,在只对冒泡结晶器调到不冒泡时为止；当发现铸锭表面出现拉痕时，可缓慢、多次调节气阀，加大气体流量，但是应该保证各结晶器均不冒泡；铸造进入稳定阶段，铸造速度在115～125mm/min。

实施例2

铸造Φ200规格的铝合金圆铸锭，包括以下步骤：步骤1、清理结晶器，所述结晶器包括热帽1、结晶器本体7、冷却水腔6、通气孔5、通油孔4、转接板2和石墨环3，所述热帽1设置所述结晶器本体7上方，具体包括以下两个方面：

一方面，将用钢丝棉将石墨环3内衬和转接板2上的赃物打磨干净，然后用除锈剂沿石墨环3四周均匀喷洒，再将石墨环3擦拭干净；

另一方面，用氮化硼涂料对结晶器的转接板2进行涂刷、再将结晶器石墨环3与转接板连接处2涂刷，整体涂刷2～3遍。

步骤2、测试每个结晶器是否通油通气

将铸造流盘上的每个结晶器气阀开到最大，将总油压调至3.5MPa、总气压调节至0.5MPa，并进行多个脉冲注油气测试，并将不通油或不通气的结晶器更换，并进行测试，直至所有的结晶器都合格为止；

步骤3、制备铝合金熔体，将原铝及其他合金按照比例加入熔炼炉内进行熔炼，熔炼的过程需要进行搅拌，形成铝合金熔体，保持铝合金熔体的温度在740～760℃；

步骤4、铸造保持时间设定

铸造机开车时，设定保持时间，所述保持时间为铸造机启动到引锭底座开始动作之间的时间，记为t1，应满足经验公式：

t1＝0.033*D+4.28

其中，t1为铸造机设定的保持时间，单位s；D＝200mm，通过公式计算得出t1＝10.88s，取t1＝11s；

步骤5、铸造

a)铸造前调整结晶器油压和气压,将结晶器的总油压调整在3.5MPa，总气压调节在0.4MPa，结晶器的个数在20个之间，每个结晶器的通气孔5内的气压在之间0.02MPa，通油孔4内的油压在0.175MPa，通气孔5内的压缩空气和通油孔4内的润滑油混合并沿着结晶器内环形成一薄层油-气垫膜；

b)铸造开始时，铝合金熔体从熔炼炉经一定长度的流槽流到铸造流盘，缓慢流入结晶器的热帽，保证铝合金熔体在流盘的铸造温度690～735℃之间，当结晶器的热帽内铝合金熔体液位高度达到60～80mm时，启动铸造程序，铸造机启动，此时，引锭底座不工作,其中，从铝合金熔体开始流入结晶器的热帽至铝合金熔体液面高度达到60～80mm之间的这段时间为t2，t2为常数；

c)经过时间t1后，引锭底座以1～10mm/min的速度开始下降；

d)铸造长度达到50mm时，铸造速度达到67mm/min之间,对结晶器总气压进行升压调节，总气压升压至0.8MPa，每个结晶器的通气孔内的气压在0.04MPa之间，并调节各个结晶器的气阀，气阀开的越大，冒泡越严重，而气阀开的越小，则冒泡越小或者不冒泡，根据这个原理，调节各结晶器使其尽快轻微冒泡，具体为：在流盘气压调节器上将冒泡过大的结晶器缓慢地调至刚不冒泡、把不冒泡的及时缓慢地使其刚冒泡；

e)铸造长度达到100mm时，对结晶器总气压进行降压调节，总气压降至0.5MPa,在只对冒泡结晶器调到不冒泡时为止；当发现铸锭表面出现拉痕时，可缓慢、多次调节气阀，加大气体流量，但是应该保证各结晶器均不冒泡；铸造进入稳定阶段，铸造速度在90～100mm/min。

实施例3

铸造Φ330规格的铝合金圆铸锭，包括以下步骤：步骤1、清理结晶器，所述结晶器包括热帽1、结晶器本体7、冷却水腔6、通气孔5、通油孔4、转接板2和石墨环3，所述热帽1设置所述结晶器本体7上方，具体包括以下两个方面：

一方面，将用钢丝棉将石墨环3内衬和转接板2上的赃物打磨干净，然后用除锈剂沿石墨环3四周均匀喷洒，再将石墨环3擦拭干净；

另一方面，用氮化硼涂料对结晶器的转接板2进行涂刷、再将结晶器石墨环3与转接板2连接处涂刷，整体涂刷2～3遍。

步骤2、测试每个结晶器是否通油通气

将铸造流盘上的每个结晶器气阀开到最大，将总油压调至4MPa、总气压调节至0.5MPa，并进行多个脉冲注油气测试，并将不通油或不通气的结晶器更换，并进行测试，直至所有的结晶器都合格为止；

步骤3、制备铝合金熔体，将原铝及其他合金按照比例加入熔炼炉内进行熔炼，熔炼的过程需要进行搅拌，形成铝合金熔体，保持铝合金熔体的温度在740～760℃；

步骤4、铸造保持时间设定

铸造机开车时，设定保持时间，所述保持时间为铸造机启动到引锭底座开始动作之间的时间，记为t1，应满足经验公式：

t1＝0.033*D+4.28

其中，t1为铸造机设定的保持时间，单位s；D＝330mm,根据公式计算得到t1＝15.17s，取t1＝15s；

步骤5、铸造

a)铸造前调整结晶器油压和气压,将各结晶器的总油压调整在4MPa，总气压调节在0.5MPa，结晶器的个数在20个之间，每个结晶器的通气孔5内的气压在之间0.025MPa，通油孔4内的油压在0.2MPa，通气孔5内的压缩空气和通油孔4内的润滑油混合并沿着结晶器内环形成一薄层油-气垫膜；

b)铸造开始时，铝合金熔体从熔炼炉经一定长度的流槽流到铸造流盘，缓慢流入结晶器的热帽，保证铝合金熔体在流盘的铸造温度690～735℃之间，当结晶器的热帽内铝合金熔体液位高度达到60～80mm时，启动铸造程序，铸造机启动，此时，引锭底座不工作,其中，从铝合金熔体开始流入结晶器的热帽至铝合金熔体液面高度达到60～80mm之间的这段时间为t2，t2为常数；

c)经过时间t1后，引锭底座以1～10mm/min的速度开始下降；

d)铸造长度达到60mm时，铸造速度达到38mm/min之间,对结晶器总气压进行升压调节，总气压升压至1MPa，每个结晶器的通气孔5内的气压在0.05MPa之间，并调节各个结晶器使其尽快轻微冒泡，具体为：在流盘气压调节器上将冒泡过大的结晶器缓慢地调至刚不冒泡、把不冒泡的及时缓慢地使其刚冒泡；

e)铸造长度达到120mm时，对结晶器总气压进行降压调节，总气压降至0.65MPa,在只对冒泡结晶器调到不冒泡时为止；当发现铸锭表面出现拉痕时，可缓慢、多次调节气阀，加大气体流量，但是应该保证各结晶器均不冒泡；铸造进入稳定阶段，铸造速度在50～60mm/min。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。