采用LHC結(jié)晶器生產(chǎn)扁錠大面和角部拉裂原因分析和措施

任允清，宋學(xué)龍

(寶武鋁業(yè)科技有限公司，河南 三門(mén)峽472100)

LHC結(jié)晶器也叫低液位鑄造結(jié)晶器，主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)晶器內(nèi)壁鑲嵌一周微孔狀石墨板，鑄造前對(duì)石墨板進(jìn)行刷油處理，可以保證整個(gè)鑄造過(guò)程不用進(jìn)行加油潤(rùn)滑[1]。另外使用石墨板可以有效降低結(jié)晶器的一次冷卻強(qiáng)度，這樣可以有效減少鑄錠表面偏析瘤的產(chǎn)生，有助于減少銑面量。圖1是LHC結(jié)晶器的斷面示意圖，圖2是結(jié)晶器角塊示意圖[2]。

圖1 LHC結(jié)晶器斷面示意圖Fig.1 Section sketch of LHC crystallizer

圖2 結(jié)晶器角塊照片F(xiàn)ig.2 Corner block of crystallizer

1 鑄錠主要缺陷情況

采用LHC結(jié)晶器常因石墨鑲嵌過(guò)程中處理不當(dāng)、結(jié)晶器角塊處理不當(dāng)、結(jié)晶器日常維護(hù)不到位或結(jié)晶器鑄造參數(shù)選擇不當(dāng)導(dǎo)致鑄錠大面和角部拉裂現(xiàn)象。圖3和圖4為常見(jiàn)的鑄錠表面拉裂和角部拉裂實(shí)物照片。

圖3 鑄錠角部拉裂照片F(xiàn)ig.3 Corner crack of ingot

圖4 鑄錠大面拉裂照片F(xiàn)ig.4 Photo of casting ingot large area crack

2 鑄錠產(chǎn)生拉裂缺陷的原因分析

拉裂的原因是當(dāng)鑄錠在結(jié)晶器內(nèi)凝殼的強(qiáng)度低于鑄錠表面和結(jié)晶器內(nèi)壁接觸面的摩擦力時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)拉裂。

2.1 鑄錠角部拉裂分析

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，角部拉裂結(jié)晶器角部的角塊尖角處都出現(xiàn)了毛刺現(xiàn)象，并且尖角處很尖，圓弧角很小。圖5為角塊照片。經(jīng)過(guò)對(duì)角塊尖角處打磨并將尖角處修出一個(gè)R0.2mm的圓弧角，安裝重新使用后，角部不再出現(xiàn)拉裂現(xiàn)象。

圖5 角塊的照片F(xiàn)ig.5 Corner block

2.2 結(jié)晶器大面拉裂

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分析，大面拉裂主要原因是石墨板處理不當(dāng)造成的。首先石墨卡座鋁基體上面出現(xiàn)銹斑(圖6)，導(dǎo)致了與石墨接觸面導(dǎo)熱效果下降，結(jié)晶器壁凝殼強(qiáng)度降低，引起鑄錠拉裂。石墨維護(hù)不到位，打磨拋光不好，石墨有劃傷或者吸油不充分，也是造成鑄錠大面摩擦力增加導(dǎo)致拉裂的一個(gè)主要原因。

石墨卡座銹蝕打磨前 石墨卡座銹蝕打磨后圖6 結(jié)晶器石墨卡座銹蝕照片F(xiàn)ig.6 Corrosion of crystallizer graphite holder

現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)鑄造時(shí)鑄錠長(zhǎng)度300mm左右結(jié)晶器掛鋁拉裂比較嚴(yán)重，分析認(rèn)為，這種掛鋁是在鑄造過(guò)程結(jié)晶器液位下降太快導(dǎo)致鑄錠干邊掛鋁造成的，要通過(guò)對(duì)鑄造參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化來(lái)解決。

大面拉裂還有一種現(xiàn)象，基本上在鑄造到3000mm左右時(shí)產(chǎn)生，此時(shí)結(jié)晶器內(nèi)氧化渣較多，氧化皮較厚，氧化皮破裂粘在結(jié)晶器壁上，導(dǎo)致該部位冷卻能力下降，產(chǎn)生拉裂甚至漏鋁現(xiàn)象，這種現(xiàn)象通常叫鑄錠黑色氧化物現(xiàn)象(圖7)。

圖7 鑄錠黑色氧化物造成鑄錠拉裂Fig.7 Black oxide causes ingot to crack

3 結(jié)晶器維護(hù)及鑄造工藝參數(shù)的確定

針對(duì)以上鑄錠角部拉裂和大面拉裂情況，我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，制定了一些措施，收到了很好的效果。對(duì)于結(jié)晶器角塊，要求每月維護(hù)1次，每次用400目水砂紙角塊打磨圓弧面和尖角部位，將尖角部打磨成R0.1的圓弧角。對(duì)于石墨卡座，要求3個(gè)月將石墨拆下來(lái)維護(hù)一次。首先將卡座及石墨背襯用D40清洗液清洗干凈，然后用0000號(hào)鋼棉把石墨打磨干凈，使用400目水砂紙將石墨卡座的銹斑打磨干凈。石墨背面與結(jié)晶器貼合部位要均勻涂刷一層SPORAL SA潤(rùn)滑脂(圖8)。每鑄次對(duì)結(jié)晶器內(nèi)表面石墨板用鋼棉進(jìn)行拋光然后涂油，要求吸油后石墨板顏色均勻，亮度一致(圖9)。

圖8 石墨內(nèi)襯板背面涂油Fig.8 Coating oil on back of graphite lining plate

圖9 石墨吸油及維護(hù)Fig.9 Graphite oil absorption and maintenance

為防止鑄錠在300mm位置拉傷現(xiàn)象，我們調(diào)整參數(shù)，將液位下降到55mm時(shí)的長(zhǎng)度由原來(lái)的480mm改為650mm，降低了液位下降速度，改善效果非常明顯。

鑄錠在3000mm以后出現(xiàn)黑色氧化物拉傷的現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，這種黑色氧化物主要原因是熔體堿金屬鋰含量太高導(dǎo)致的。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，鋰含量小于2ppm時(shí)很少發(fā)生這種現(xiàn)象。為了避免這種現(xiàn)象發(fā)生，可以使用無(wú)鈉精煉劑在熔煉爐進(jìn)行精煉，然后使用氯氣在保溫爐精煉，去除鋰含量效果較好，保證了鋁熔體質(zhì)量。

通過(guò)采取上述措施，在連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)鑄錠大面拉裂和角部拉裂的數(shù)量進(jìn)行持續(xù)統(tǒng)計(jì)，大面拉裂由26塊/周降低至0塊/周，角部拉裂數(shù)量由18塊/周降低至0塊/周，取得了明顯的改善效果。

4 結(jié)論

本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，找出了引起扁錠大面拉裂和角部拉裂問(wèn)題原因，并通過(guò)優(yōu)化結(jié)晶器維護(hù)方案、鑄造工藝參數(shù)及熔體處理方案等措施，取得了良好的效果，對(duì)提高扁錠成品率奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。