论文摘要
作者根据生产现场实际铸造情况,以AA5182大型Al-Mg合金铸锭作为研究对象,采用LHC铸造工艺,对比研究了传统直冷铸造（DC）工艺与低液位铸造（LHC）工艺对铸锭产品质量的影响。探讨了如何优化铝液除氢工艺,以及如何克服铸锭热裂、漏铝缺陷的方法。并通过实际生产应用,创造性地提出了通过优化冷却强度和铸造速度之间的匹配性,降低铸锭表面Mg偏析层厚度的方案。在此基础上,提出了达到低液位铸造工艺的条件。与常规尺寸的铸锭相比,大型Al-Mg合金熔炼铸造时存在的难点在于,由于铸锭尺寸规格的增加,导致熔炼过程中熔池深度的增加,铝液搅拌过程困难,熔池内化学成分不均匀。铸造时铸锭轧制面和端面冷却强度不均匀,产生铸造缺陷。本文采用先进的熔炼铸造工艺,克服熔铸过程的难点,优化熔铸过程。获得了合格大型铸锭,满足了生产需求。通过对铝液中氢含量以及氧化夹杂物含量的控制,结合Al-Mg合金铝液中Mg含量较高的特点,特别是Mg含量高对铝液氢含量的影响,重点研究了铝液净化过程的工艺特点及方法。首先采用透气塞在保温炉内进行除氢,然后采用铝液精炼系统（LARS）,通过对精炼气体Ar预热方式的优化,降低由于气泡热胀冷缩而带来的气泡体积膨胀程度,达到提高除氢效果的目的。另外,通过改进精炼箱箱体几何形状的设计,使精炼气体气泡膨胀程度与箱体截面积增大程度相互匹配,防止气泡相互融合到一起。这样能够提高除氢效果,对于AA5182合金铝液,当入口铝液氢含量小于0.300ml/100g的情况下,除氢效率能够达到50%—60%,铝液中的氢含量控制在0.150ml/100g以下。针对铝液中含有的氧化夹杂物,本文采用陶瓷过滤（CFF）系统,采取两片过滤片平行放置的方式,在提高铝液通过量的同时,提高过滤效果。通过加大助燃空气的流量,改善过滤片的预热效果。使用50ppi过滤片的条件下,对于AA5182合金铝液中20μm以上的氧化夹杂物,过滤效率达到70%以上,有效满足了大型Al-Mg合金铸锭的质量要求。传统DC铸造工艺条件下,对于大型Al-Mg合金铸锭,Mg偏析层厚度达到5mm左右,增加了铸锭铣削量。本文通过优化铸锭冷却强度和铸造速度,使二者相互匹配,同时在结晶器内表面安装石墨内衬,这样能够在铸造过程中达到低液位铸造的条件,降低铸锭表面的Mg偏析层厚度。采用LHC铸造的条件下,铸锭表面Mg偏析层厚度控制在1.5mm左右,比传统DC铸造生产的铸锭表面Mg偏析层厚度降低60%-70%,优化了铸锭产品质量,降低铸锭表面的铣削量和生产成本。通过优化LHC铸造工艺条件,包括铝液液位高度、铝液温度、冷却水流量、铸造速度等参数,本文总结了LHC铸造的优点,特别是对于减少相关铸造缺陷,降低Mg偏析层厚度等方面的作用。在此基础上,本文对相关铸造缺陷,包括热裂、漏铝、冷隔等缺陷进行了研究。通过优化冷却方式,并加强晶粒细化效果,将铸造速度控制在工艺要求的范围,能够有效改善铸锭缺陷,提高铸锭产品质量。本文对AA5182大型Al-Mg合金铸锭的熔铸过程,包括合金成分的保证、熔炼铝液的温度以及均匀性、铝液除氢工艺、氧化夹杂物的净化工艺、铸锭质量优化、以及铸造时出现的Mg偏析、热裂、漏铝、冷隔等方面的缺陷进行了详细论述。对于Mg含量高达4.0%-5.0%的AA5182大型Al-Mg合金铸锭的熔铸工艺,进行了有针对性的论述,在实际铸造过程中,具有重要的指导意义。
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