《铝合金熔铸加工技术原理》（四）

四、锭坯铸造生产工艺介绍

铸锭就是将经检验合格的铝熔体在690℃～ 720℃时（根据合金品种而定），通过转注工具，浇注到带有水冷却设施的结晶器（模具）中，使熔体在重力下充型、冷却、凝固成具有铸模型腔状铝锭坯的工艺过程，传统的铸造工艺为立式直接水冷半连续铸锭（Vertical.Direet.Chill.Casting），简称DC法（由法国人发明）。沿用至今，已成为铝、铜、镁、锌合金铸坯广泛使用的方法。近年来铝合金铸锭生产出现了许多新的铸造工艺如：热顶铸造、水平连铸、倾斜式、Hazelett连铸法等以及附加电磁、振动、压力设备的铸造新方法。但这些方法除Hazelett连铸法外，也只是在DC法上的改进。

1、 DC法工艺介绍

DC法属半连续铸造范畴，但半连续与连续铸造二者并无本质上的区别。在铝加工行业中，除1xxx系合金外，其它系铝合金锭坯生产极少用连续铸造方法。本节对DC法进行介绍

1.1  DC铸锭的工艺流程

以铸造大板坯为例，铸造过程在半连续铸造机上进行： 

→接静置工序 → 炉前测氢 → 测温调温 → 开炉口放流 →铝熔体过滤 → 二次除氢（氮、氩）→ 控制浇温 → 在线加入晶粒细化剂 → 铝液入结晶器 → 铸造开始 →控制冷却水强度→ 液面及浇速控制→ 铸造过程中→ 铸造结束→ 停车停水吊铸锭→ 铸锭质量检验→ 锯切头尾→ 均热处理→ 合格铸坯→→→ 转压力加工工序

1.2 工艺特点：

1.2.1.由于浇注速度和冷却速度可调、可控，允许用较低的铸造温度，供流平稳且铝液流柱短，液流的冲击作用小，无飞溅，混入气体及夹杂少，铸锭表面质量好，成材率高。

1.2.2.由于结晶器和二次冷却水的强烈冷却作用，可以获得较高的铸造速度和结晶速度，铸锭结晶组织较匀细、致密度高，气孔、夹杂、疏松等缺陷少，铝液有高的收得率、铸锭成品率高、力学性能较好。

1.2.3.生产过程机械化程度高，工人劳动强度较小，生产率高。

1.2.4.工艺条件要求严格，技术性强，熟练掌握难度大。

1.2.5.由于锭坯受到强烈直接水冷，铸造时产生快速收缩、应力大。工艺参数控制不好时，铸锭出现裂纹倾向。铸锭的线收缩率一般在:1.6%～3.1%之间，统计平均值为2.44%。

1.2.6.可生产大尺寸锭坯尺寸：≮2500㎜×600㎜×10000㎜、

单块重量≮30.0吨。

1.2.7.DC法耗水量计算：         W = μ F√2gρ

式中：W—耗水量m3/S;μ--流量系数通常取0.6；F—出水孔总面积㎡；g—重力加速度m/S2；ρ—结晶器入口处水压Mpa。

1.2.8.结晶器水路参数：

结晶器下缘的喷水孔截面积为3㎜×3㎜、水孔中心距7㎜、水孔与锭坯中心线倾角为20o～30o、进水孔应比出水孔截面积总和大15%～20%。

2、热顶铸造技术

热顶铸造技术由法国人G.Trupied在70年代发明的，经美铝、加铝进一步研究和应用，现在热顶铸造技术已经达到较高水平。铸造出的一些合金品种不需要进行铣面加工。

2.1热顶铸造工艺介绍

热顶铸造是在DC法的前提下，在结晶器上部开一缺口，以便与分流盘连接，使结晶器、分流盘、流槽三者中的金属液体水平处于同一高度；在结晶器内表面上部粘贴硅酸铝纤维毡，使处于这部分的金属液体不经结晶器内部导热，稳定在液相线温度以上，熔体不发生结晶过程；在结晶器下部衬有高纯石墨套，对铸坯起成型和定径作用，并对成型中的铸坯起着良好的润滑作用。

从结晶器下缘至硅酸铝纤维毡下缘的距离称为有“效结晶区高度”一般控制在15～20㎜范围内。结晶器内表面的纤维毡区，即所谓“热顶”。

2.2热顶铸造的技术特点

2.2.1热穴中的熔体只有少量经结晶器壁导热，结晶后的铸坯

强烈的受到二次水直接冷却，加上有效结晶区短，这样就消

参看图（9）热顶结晶器示意图    

图（9）

左图：1.熔体； 2.热顶；   

3.热顶突出部；4.结晶器；5.结晶前沿  右图1.进水管；2.水套；3.结晶器；4.石墨内衬

5.硅酸铝纤维毡、6—见水线；7、8—铸锭。

除了DC法所产生的“空气隙”的不利因素，低熔点共晶体不会由于气隙区内铸坯凝壳温度回升时，再次产生熔化而渗出表面，消除了偏析渗出物以及铸坯表面的各种缺陷。

2.2.2.由于热顶铸造金属液体过冷度大，因此，再用不大的水压就可得到较大的冷却速度、铸造速度比DC法高0～20%。

2.2.3.由于结晶器上部保温性能好，静置炉熔体温度可比DC法降低10℃左右。表面质量高可以达到不车皮或不铣面的程度。晶粒及组织结构细小均匀，基本上可消除柱状晶，成分偏析小，铝合金的强度和延伸率都有所提高。国内西南铝等单位对此技术进行了仿制，做了大量试验工作，据介绍铸成的6063合金的锭坯，质量良好。

3、热顶多模同水平铸造                

用分流盘把多个结晶器连接起来，统一供流，使各个结晶器内的金属液面与分流盘中的液面处于同一高度，使整个熔体转注过程为同一水平、构成一个大液面、不存在落差，且在保温密闭下进行。可一次铸造出40～50根铸坯。

美国wagstaff公司的热顶铸造技术较高，在国内已有引进并使用（如包铝集团、广州有色加工厂等）。该热顶装置铸模本体由6系铝合金锻造而成，每个铸模都有润滑油供给系统，均匀分布着水帘式冷却水孔。铸模里嵌有石墨环，由高纯石墨制成，尺寸精确，表面精度高；在6Kg/Cm2的压力下润滑油（花生油）从外侧渗入模具内侧进行润滑。

4、气滑成型热顶铸造法

由美国Martin.Marietta工厂研制，在热顶铸造基础上，采用从热顶帽与石墨结晶器之间通过微孔供给惰性气体、气体压力与该位置熔体金属静压力相平衡，形成适当的加压气体空间，熔体在此气体空间下滑过程中开始凝固成型。据介绍该法铸造出来的铸坯不需要进行均匀化处理，铸造能力比Dc法高15%-40%，铸造缺陷冷隔、偏析减少、可铸Φ40-Φ80mm的小锭。液体利用率提高3～5%。铝合金铸坯经加工后，机械性能可提高5%-10%。是目前已知结晶效果最好的铸造方法。