自动化技术在铝合金熔铸生产工艺中的应用及发展现状分析

自动化技术在铝合金熔铸生产工艺中的应用及发展现状分析

1边明勇,2李敬学

1乌鲁木齐众航新材料科技有限公司 新疆830000

2新疆众和股份有限公司 新疆830000

摘要：近年来，国内对铝的需求一直在迅速增加，到了2000年，铝的需求量已超过了200万吨。铝的广泛应用在航天，航空，建筑，交通，运输，包装，电子，印刷，装饰，以及其他国防和民用行业。我国的铝加工技术发展速度很快，像西南铝业（集团）有限公司这样的大企业，已经开发出了 PS版基、制罐料、电解电容器用高压箔、波音飞机锻件等技术含量和附加值比较高的产品，以取代进口产品。但是，因为我国的铝加工业技术依然相对落后，所以在加入 WTO之后，铝加工业不但要面对国内的竞争，还会与国外发达国家的大企业展开更加激烈的竞争，这就需要我国的铝加工企业继续增加投资，加速铝加工技术的发展，缩短与国外先进水平的差距，在竞争中寻求生存和发展。

关键词：自动化技术；铝合金熔铸；工艺

引言

熔铸是铝合金生产的首要环节，它是为轧制、锻造和挤压等生产过程提供高品质的坯料，坯料的品质与各类铝合金的成品质量有着直接的关系。自20世纪90年代起，我国熔炼铸造工艺取得了长足进步，部分领域已达世界领先水平，如西南铝的在线脱气法、含氢法等。但是，从总体来看，我国的铝合金熔铸工艺与世界先进水平仍有很大的差距。本文简单地介绍了目前国内外铝合金熔铸设备、晶粒细化、熔体净化等技术以及它们的发展动向和最新成果，以便为我国企业缩短与发达国家的差距，追赶国外的先进水平提供一些借鉴。

1铝合金熔铸生产工艺自动化目标

1.1连续生产

能够降低设备的等待时间，提升原材料的利用率，减少重复和枯燥的生产环节，实现单向物流，最终达到在工厂内生产的连续性。采用持续生产，能够最大化地提高生产能力，提高厂房的使用效率，将注意力从单个设备转向了整个流程，能够迅速地发现和处理车间生产中存在的问题，提高了车间的总体生产效率。

1.2智能化生产流程

智能化的实现能够降低工作人员的智力负担，传统的生产流程中的智力工作现在可以通过计算机来完成，其中包含了材料的选择流动、设备的工作参数的自动调节、设备故障的自动分类与自动纠正等内容。该系统能够实时地反映出设备的操作状况，并且能够自动地判断操作状况，从而降低因人为失误而造成的产量下降或停机。

2自动化技术在铝合金熔铸生产工艺中的应用

在50年代初期，中国从前苏联引进了半连续铸铝工艺，目前已成为国际上最早、应用最广泛的一种铝合金铸铝工艺。改进铸坯的表面质量，即尽可能地改进，即尽可能地使其平坦，减小乃至排除粗晶层的偏聚力，减小其厚度差，减小其底部翘曲、肿胀等，在热轧前尽可能地少或不对其进行铣面，以提高其成材率。近年来，我国铸造工艺领域出现了一些新的发展，如：水力、加气、电磁、气滑法、可调型结晶器、低液位铸造、 ASM新型扁锭结晶器等。

2.1电磁铸造 ( EMC)

前苏联首先研制出了一种新型的电磁铸件，该铸件以电磁结晶器代替了常规的直接冷却结晶器。磁流变液是一种新型的磁流变液成形工艺，因其没有与液态金属直接接触，其铸坯表面超光滑，内部组织均匀，基本没有粗晶层，可实现不铣面或少铣面，可大幅度降低热轧时的边角缺陷，但因其投资大、工艺及工艺要求高，目前仅有瑞士、美国等几家大型铝厂采用。我国西南铝曾引入此工艺，获得了一批合格的铸锭，但由于工艺条件不符合，未能实现大规模生产[1]。

2.2气滑铸造

在20世纪80年代初期，对热顶法进行了研制，大大改善了铸坯的表面质量，提高了铸坯的生产率。气滑式浇铸是在热顶式浇铸基础上添加一套气-气-液-液体系，其特点是浇铸速率高，铸坯表面光洁，与电磁浇铸工艺相近，其中以瓦格斯塔夫公司的气滑式铸坯最为出名，目前我国已有一-些铝型材厂采购。另外， AIRSOL VELL公司的铸坯模具还使用了空气滑动铸造工艺。由于人们普遍认为，采用热顶法或气滑法铸件的铸件质量要比普通铸件差，因此，很少有生产企业采用这种工艺。

2.3可调结晶器

可调式连铸技术具有一组连铸坯可以同时成形多宽、多品种、小批量、低成本、低成本、高效率等特点。可调节的结晶器分为直边式和变厚式两类，前者在日本首次采用，其设计目的是使铸坯断面的厚差不超过6毫米，并且具有200毫米的可调节范围。在90年代后期，国内西南铝业（集团）有限公司设计制造了480mm×950~1380 mm,515mm×900~1300 mm,450mm×1760~2060三种调节幅度为50 mm的直边可调结晶器。实践表明，采用该工艺可显著改善铸坯的平直程度，横断面厚度偏差不超过5毫米，粗晶粒含量降低到8毫米以下，大大提高了铸坯的生产率和成材率。厚差可调式结晶器的设计和制造难度远高于直角可调式结晶器，但其厚差控制能力较强，例如 Alcan公司最新开发的560mmx1230-1580 mm可调式模具，无需使用任何工具，可手动调节，宽可连续调节，大表面配有对中装置，可以确保结晶器中心位于基座中心之上，得到的坯料断面厚小于3 mm

[2]。

2.4 ASM 新式扁锭结晶器

新型 ASM结晶器通过优化结晶器有效高度，实现一次、二次冷却距离的缩短，并提高其冷却水头；通过在结晶器顶部加装保温环，保证一次水冷过程中的液面高度恒定，从而解决由于液面过小而造成的铸件安全性问题。润滑系统及润滑分流器可为铸坯提供持续润滑，并可将润滑油直接输送至铸坯的月牙面，从而降低了耗油量。采用本发明，可获得具有平整表面、厚度均匀、厚度均匀的连铸连铸坯，且可使连铸坯的铣削面深度降低至电磁连铸的水平，且可降低连铸坯所需铣削面的数量50%。

3铝合金熔铸自动化工艺发展的影响因素

经济效益的提升与技术进步有着密不可分的关系。当经济效益高，企业就有更多的利润可以用来对生产设备进行改进，推动技术发展，进而让生产效率得到提升。同样，生产效率的提高，也可以给企业带来更多的经济效益，这两者可以相互补充，形成一个良好的闭环。而企业采用自动化技术的基本目标是要提高企业的经济效益，在实现了自动化之后，是否能够使企业的经济效益得到更大的提高，这就决定了企业是否能够得到投资。采用自动化生产模式所取得的经济效益与原有模式所取得的经济效益有无差别，是决定自动化程度高低的一个重要因素。如果对自动化的投入超过原始的合并费用一倍，就难以通过自动化获得竞争优势[3]。

产品自身的特征对自动化程度有一定的作用。一般来说，自动化程度是取决于材料的规格体积、产品的一致性以及对于加工要求的高低，自动化投入使用的时间的长短会对生产工艺的完整性产生一定的影响。对于一些体积大，形状奇怪，产品种类繁多的产品，公司工作人员要根据不同区域的温升特征，及时人为地调整加热炉的温度，使其满足工艺加工的需要，确保铸坯的温度不超出规定的范围。

结束语

经过多年的不懈的探索和研究，我国铝合金的铸造工艺已经有了长足的发展，这对于提高国内各类铝合金的质量起到了举足轻重的作用。21世纪是一个知识经济的年代，在加入世贸组织后，我国的铝加工行业与其它行业一样，将会面临更大规模的国际竞争，要想在国际上求得生存与发展，我们的铝熔体铸造企业要想获得更大的发展，就必须大力引进国外的先进技术，并与国际接轨，加强对铝熔体的研究与开发，以求在国际上更上一层楼，在国际上取得更大的成就。

参考文献

[1]裘桢. 自动化技术在铝合金熔铸生产工艺中的应用及发展现状[J]. 山西冶金,2022,45(3):120-121.

[2]和彦彦. 熔铸铝企业能源管理系统软件开发及综合优化控制[D]. 河北:河北工业大学,2015.

[3]赵渊. 铝合金熔铸生产工艺的自动化技术发展现状与方法浅析[J]. 有色金属加工,2019,48(5):7-8,49.

项目名称：大规格高强韧铝基先进结构材料研发与应用，项目编号：GKJ2022ZH04.