铝熔铸车间设计(design of aluminium melting and casting workshop)

以电解铝为原料，采用相应设备，经熔炼和铸造生产各种铝及铝合金锭坯的铝加工厂车间设计。铝熔铸是铝加工厂的第一道生产工序。设计主要内容为：工艺流程选择、设备选择和车间布置。

工艺流程选择 铝熔铸生产包括配料、熔炼、铸造、均热、机械加工和检验等工序。大型熔铸车间还有残屑及熔渣处理、中间合金制备、熔剂制备等辅助工序。

配料 熔炼铝及铝合金的炉料有：(1)铝电解厂运来的电解铝液或重熔铝锭以及镁、锌等；(2)铝一锰、铝一硅等中间合金；(3)铝加工厂各车间返回的废料、边角残料和碎屑；(4)外购的废旧铝及铝合金制品等。生产时，根据原料供应状况和合金的化学成分，确定各种炉料的用量。

熔炼 将配好的炉料加热熔化，调整熔体化学成分和温度，进行净化处理，以降低气体和夹杂物在熔体中的含量。净化处理有炉内和炉外在线两种方法。前者是在炉内除气，这种方法可能使熔体受到二次污染。后者是将除气和除渣在配置于生产线中的专门装置内进行。其中，以过滤除渣为主的有采用玻璃丝布、刚玉微孔陶瓷管和陶瓷泡沫过滤器等方法；除气除渣兼有的有FILD法(Fumeless In Line Degassing法，英国铝业公司研制)、Alcoa法(美国铝业公司研制)、SNIF法(Spinning Nozzle Inert Flotation法，美国联合碳化物公司研制)、MINT法(Melt In Line Treatment System法，美国联合铝业公司研制)等。这些装置具有净化效果好、公害小、生产过程连续等优点。

铸造 常用的铸造方法有立式半连续铸造、固定模水平连续铸造、活动模连续铸造和水冷模铸造四种。(1)立式半连续铸造法。能生产多种合金成分和多种规格的扁锭、空心圆锭、实心圆锭，并适于多模铸造，应用最广。根据结晶成形方法，又可以分为使用普通水冷结晶器的铸造法、在水冷结晶器上部设有绝热保温帽的热顶铸造法和不用水冷结晶器，而用电磁力来保持铸锭断面形状，然后直接水冷成形的电磁铸造法等三种。其中结晶器铸造法设备简单，但铸锭内部组织和表面光洁度都不如后两种好。电磁铸造法铸出的扁锭，表面平滑，一般不需铣面和铣边即可轧制，能提高成品率，但设备费用高，适用于大批量生产。(2)固定模水平连续铸造法。可生产小规格扁锭和φ200mm以下的实心圆锭，其设备结构简单，占地面积小，不需高大厂房，适用于小型熔铸车间。(3)活动模连续铸造法。可将液态铝直接铸轧成带坯或连铸连轧成带坯和线坯，这种方法生产的坯料可直接进行冷轧和拉伸，主要用于纯铝、铝锰和铝镁等软合金的坯料生产。(4)水冷模铸造法。只能铸造小型扁锭，可利用铸坯的余热开坯轧制，设备简单，能耗低，多用于小型铝板厂。

均热 又称均匀化退火。是把铸锭加热到接近合金熔点的高温，经长时间保温，使合金中的元素发生固态扩散，以消除化学成分和组织上的不均匀性，提高铸锭的塑性。除纯铝与铝镁合金外，大部分铝合金铸锭需经均热处理。其中硬铝合金必须先均热再进行锯切与表面铣削加工；软合金则不受此限制，可根据所设计工厂的具体条件，在熔铸车间或加工车间进行均热。

铸锭机械加工 连铸或半连续铸造的铸锭，锯去头尾疏松部分并切成定尺，根据合金品种和产品用途，大部分扁锭需双面铣削，有的还需边部铣削；硬合金圆锭要车皮，空心圆锭还要镗孔。当铸锭供应外厂需要进一步加工时，表面铣削工序一般在板带或管棒型车间进行。

成品检验 铸锭成品检验项目有尺寸公差、表面质量、合金化学成分和铸锭的金属组织等。

设备选择 根据生产规模、合金品种、铸锭规格和炉料质量选择熔炼、铸造、均热、机械加工和废料处理设备。

熔炼炉 有电阻炉、感应电炉和火焰炉三种。(1)电阻炉。温度易于控制，操作条件好，但熔化速率低，炉子容量较小，多作为保温炉使用。(2)感应电炉。金属烧损少，合金成分均匀，但设备造价高，维修量大，主要用于熔化边屑废料及制造中间合金。(3)火焰炉。应用最广泛，可用重油、柴油、煤气或天然气作燃料，炉子容量为5～80t。主要有侧面装料的矩形炉与顶装料的圆形炉两种。矩形炉可作熔炼炉或保温炉使用；圆形炉装料速度快，主要用作熔炼炉。与电炉相比，火焰炉熔化速度快，能源费用低，但金属烧损较大。

立式半连续铸造机可以铸造多种合金成分和多种规格的铸锭。依传动方式有钢丝绳式、丝杠式和液压式三种。钢丝绳式设备简单，但升降台移动时平稳性较差，易影响铸锭质量。丝杠式和液压式平稳性好，升降速度波动范围小，但设备制造和维护要求都较高。大型熔铸车间多选用双向液压驱动式。

活动模连续铸造机 有二辊式、双带式和轮带式三种。(1)二辊式连续铸轧机。以两个相对旋转的内部被水冷却的轧辊作结晶器，从辊缝间注入液体金属，连续铸轧成带状坯；带坯厚度一般为6～12mm，宽度为600～2000mm；设备生产率约为每米宽1．1～1．8t／h。(2)双带式连续铸造机。该机使金属液通过由两条平行移动的环形钢带(或由冷却块组成的履带)和挡流块组成的连续结晶腔而铸成带状坯，带坯的厚度为15～50mm，最大宽度可达2000mm。此型铸造机后面一般带有由1～3个热轧机架组成的连轧机，生产厚度为2．5～6mm的带坯，设备生产率约为每米宽17～23t／h。(3)轮带式连铸连轧机。由连铸机和连轧机两部分组成。连铸机由一个带铸槽的旋转铸轮、封闭铸轮的环形钢带和张紧轮组成。连轧机则包括8～17个三辊或二辊交替机架，用于生产φ6．35～9．53mm的线坯。

铸锭均热炉 加热方式有电阻和火焰两种，均采用炉内热风强制循环，以提高加热速度。均热炉结构形式有立式和卧式两种，立式多为地坑式，用车间吊车装出料；卧式多用台车装出料。生产建筑铝型材用的圆锭，均热后要快速冷却，炉子一般须设均热和快速冷却两个工作室。共用一套装出料机构。

铸锭机械加工设备 有锯切和铣削机床。铸锭切头尾与中断，多选用配有上下料台、夹紧、定尺及锯屑收集装置的圆锯锯切机列。圆锭车皮、镗孔，扁锭铣面及铣边，一般选用专用机床。产量很低时可选用普通车床和铣床。

废料处理设备 铝废料分本厂废料与外来废料两类。本厂废料中的大块料可直接回炉，碎屑料经离心脱水、干燥、制团后熔铸成复化锭。外来废料中的铝器皿、铝铸件，经分拣、压碎、磁选、筛选后熔铸成复化锭，并确定其成分；回收的大直径电缆，经剪断、剥皮后打包；小直径电线、电缆，剪断后磨碎、磁选、筛选，使金属与塑料分离，铝粒回感应炉复化、铸造。炉渣破碎后，铝粒料回收、重熔，铝灰经处理可作化工原料。碎屑处理设备有皮带运输机、磁选机、干燥窑、制团机、打包机、熔化炉和链式铸造机等。

车间布置 一般分为原料、熔铸、均热、机械加工、铸锭堆放等区域(见图)。大中型车间，原料数量和品种都较多，一般单独设原料跨；大型熔化炉和铸造机常配置在相邻两跨内。为避免铸锭过跨运输，场地允许时，机械加工可与铸造同跨。废料处理部分，一般配置在单独厂房内或与熔铸生产区域隔开。