鋁合金扁錠半連續鑄造機特點介紹

王建強 曹玉峰

1 背景介紹

隨著國內鋁加工業迅猛發展，對鋁合金鑄錠性能與質量的要求也越來越高。生產高品質的鑄錠，不僅需要高超的工藝及控制能力，而且需要設計合理、制造精密的半連續鑄造機。本文對比Novelis、Hycast和Wagstaff三家世界知名公司的鋁合金扁錠半連續鑄造機的液壓缸、平臺和結晶器，分別介紹其各自的特點。

2 整體結構

Novelis、Hycast和Wagstaff公司生產的半連續鑄造機結構基本相同，包含：液壓缸、引錠頭底座、鑄造平臺、結晶器和引錠頭、分配溜槽和懸臂吊、液位控制系統、控制臺、電控柜、供輔設施。但設備的具體設計和制造等方面都具有各自的特色，下文就其中幾點進行分析比較。

2.1 液壓缸

三家供應商的鑄造機都采用了單作用、內導式液壓缸，工作原理相同，但液壓缸的柱塞材質卻有很大區別。Novelis和Hycast公司生產的柱塞采用碳鋼材質，表面鍍Cr或Ni，Wagstaff公司生產的液壓缸柱塞材質是不銹鋼。

碳鋼柱塞表面鍍Cr或Ni，既可以保證柱塞的硬度，又可以滿足柱塞防腐的需要，并且造價相對不銹鋼柱塞低很多。碳鋼可以有效保證液壓缸柱塞的精確度，但碳鋼不耐腐蝕，一旦鍍Cr或Ni層磨損，碳鋼材質的柱塞極易被冷卻水或鑄造用潤滑油腐蝕。因此，一旦發現柱塞鍍Cr或Ni層破損，需盡快將柱塞從液壓缸中取出并修補鍍Cr或Ni層。這一過程不僅增加了設備日常點檢工作量，也增加了設備使用過程中的維護工作步驟，并且柱塞防腐層在修補過程中會導致鑄造機不能使用，從而影響生產線的正常運轉。

鍛造不銹鋼材質的柱塞的造價相對較高。雖然不銹鋼比碳鋼硬度低、易被磨損，但鍛造不銹鋼柱塞被磨損后的新表面具有與原表面相同的防腐效果，因此，鍛造不銹鋼柱塞可以繼續使用，而不必像被磨損的碳鋼柱塞一樣需要修補表面防腐層。這樣的設計不僅減少了設備維護時間和費用，增加了可靠性，更提高了生產線使用率，使企業節約大量維護成本。

2.2 鑄造平臺

鑄造平臺位于鑄井口，起到固定結晶器、分配溜槽等設備的作用。目前半連續鑄造平臺有兩種運動形式，一種是傾翻形式，另一種是水平移動形式。

鑄造平臺采用傾翻運動的方式，鑄造平臺兩側安裝傾翻臂，由液壓等介質驅動傾翻臂并帶動鑄造平臺翻轉和復位。傾翻式鑄造平臺的優點是占地少、設備結構緊湊。但該種方式也存在著明顯的不足：（1）結晶器內部的冷卻水、部分潤滑油可能在鑄造平臺傾翻后滴落到主鑄井以外的區域，影響環境衛生；（2）對于鑄錠寬度較大的結晶器，由于傾翻后的高度較大，不利于工人在現場檢查、清理和維護大尺寸結晶器，需要額外購置升降裝置，增加投資成本；（3）鑄造平臺傾翻后需要考慮鑄造平臺非控制復位的問題，需要增加自鎖裝置，增加了設備的復雜性。

水平移動形式的鑄造平臺，需要在地面安裝軌道，鑄造平臺安裝在軌道小車上，小車沿軌道帶動鑄造平帶往返于鑄井口和維護位。該方法有效避免了鑄造平臺傾翻式運動的不足之處，但其占地面積顯著增大，不利于廠房空間的高效利用。

兩種運動方式沒有絕對的優劣，用戶可根據現場條件和使用習慣選擇適合本單位的結構設計。

2.3 結晶器

結晶器是半連續鑄造過程中最重要的部件，直接關系鑄錠的截面尺寸、鑄錠質量、鑄造工藝等關鍵因素。企業會根據不同產品采購不同的結晶器。根據結晶器尺寸劃分，可以分為固定尺寸結晶器和可調尺寸結晶器。根據結晶器內襯劃分，又可以分為鋁制內襯結晶器和石墨內襯結晶器兩種。根據結晶器內液位的高度劃分，可以分為低液位結晶器和普通液位結晶器。

2.3.1 固定尺寸結晶器和可調尺寸結晶器

固定尺寸的結晶器，會根據目標合金和目標尺寸進行設計，通過考慮鑄造過程中的變化因素，使最終鑄錠的尺寸滿足目標尺寸的要求。由于設計初期合金和尺寸已經確定，因此，固定尺寸結晶器的鑄錠成型性非常好。不足之處是對于尺寸變化的適應性非常差，對于不符合設計尺寸的鑄錠，可以選擇采購新結晶器，但這會增加生產新產品的投入。另一種方法是鑄造相近尺寸鑄錠并后續加工去除多余的部分，這樣會造成非常大的產能浪費。

可調尺寸的結晶器分為大面可調和小面可調兩種。Hycast提供的大面可調結晶器可以由鑄造機控制系統調整大面（鑄錠軋制面）的結晶器大面的凹凸形狀，從而起到減少錠尾膨脹量和減少后續機加過程中銑面量的作用[1]。Novelis提供的小面可調結晶器能夠調整結晶器兩個小面的距離，從而可以改變鑄錠的寬度。在同一目標厚度的前提下，一個結晶器可以兼顧一定范圍內的鑄錠寬度要求，可以減少企業結晶器的儲備數量，并提高結晶器的使用率。

2.3.2 鋁制內襯結晶器和石墨內襯結晶器

Novelis和Hycast提供的鋁制內襯結晶器是指由鋁合金內襯直接與鋁合金熔液和鑄錠接觸，內襯上需要油泵供應充足的潤滑油。這是目前比較通用的結晶器，設計及制造技術成熟，儲存、使用和維護相對簡單。但不足之處是使用過程中需要不斷補充潤滑油，一旦潤滑油泵送失敗，將導致鑄造過程失敗。

Wagstaff提供的石墨內襯結晶器是用金屬制作出的帶有內襯槽的結晶器，將帶有一定錐度的石墨條鑲嵌于內襯槽中，主要以石墨構成結晶器與鋁液接觸的內腔。由于石墨條與結晶器的鋁質部分是分離的，因此，石墨結晶器的內襯損壞以后僅更換石墨條即可，大大降低了結晶器的維護費用。同時石墨具有自潤滑性能，只需要鑄造前對石墨內襯充分涂刷潤滑油即可進行鑄造。降低了鑄造過程中對油泵的依賴，同時減少了鑄造過程中對潤滑油的消耗。

2.3.3 普通液位結晶器和低液位結晶器（LHC結晶器）

結晶器內液位高度是指結晶器內液穴的液面高度。與普通的結晶器相比，LHC結晶器（Wagstaff公司提供）降低了液位高度，從而減少結晶器液穴內的鋁液存量。在相同的鑄造速度下，液位低的結晶器會得到更好的鑄錠表面質量和宏觀偏析質量。因此，LHC結晶器生產的鑄錠可以有效降低鑄錠表面銑削量、增加成品率。

3 結語

Wagstaff公司的半連續鑄造機在設計和制造過程中充分考慮到減少后續維護工作，降低設備使用中的維護時間成本。易損件的模塊化設計，使結晶器的石墨內襯可以部分更換，降低了使用成本。且LHC結晶器能夠改善鑄錠表面質量、提高成品率。因此，從實際生產角度考慮，Wagstaff公司提供的半連續鑄造機更具有技術優勢。

[1]H?konsen A，N?ss H，Iveland T，et al.Square Rolling Slabs from Start of Casting the Elimination of Butt Swell[Z].2012.