
铸造既包括通过铸模生产需要进一步加工的产品(电解铝厂的固态铝产量),也包括仅需有限后续处理的近终型产品。
原铝产品
铝液从电解槽抽出来之后,要经过称重、取样和分析,然后倒入以天然气为燃料的保温炉,并加热到大约750℃。
其它性能的合金元素,比如镁、硅、锰等,加入到铝液中,用于提高铝的强度、抗腐蚀能力和其它性能。另外,在这个阶段还可以加入干净,经过分类的废铝。原铝冶炼厂主要回收回炉废铝(原铝生产过程中产生的废铝)和新废铝(原铝生产成半制成品过程中产生的切割料,比如圆铸锭加工成型材;或者半制成品生产成制成品过程中的切割料,比如型材加工成窗框)。在保温炉加料和准备过程中,熔融铝液表面会形成一层厚厚的铝渣(液态或固态)。铝渣中含有大量的铝氧化物,这些氧化物也需要重新熔炼,以回收其中的铝,否则这部分铝就会损失。
合金化处理之后的熔融铝液(或者未合金化的纯净铝液)要经过冶金分析,确定其满足客户的要求之后,才能浇铸成规定形状的产品,然后还需要称重、包装,才能发给客户。
铝冶炼厂的主要产品是圆铸锭、重熔铝锭、扁铸锭、铝杆和铝水。
重熔铝锭
重熔铝锭是铸造生产的原材料,铝锭被重新熔化,然后可能需要进一步的合金化处理,并浇铸成近终形产品。重熔铝锭有一系列的形状和尺寸(标准、小形、T形、元宝锭、华夫锭),易于运输,并满足客户的要求。重熔铝锭还可以用来生产高纯铝锭,主要用于电子和航空工业的特殊领域。重熔铝锭的生产是通过一个溜槽系统,将铝液连续浇铸到一系列的水平铸模内。
圆铸锭
这种圆柱状的铸造产品是通过立式直冷工艺生产而成,有不同的直径和长度。圆铸锭用于生产铝挤压材,也叫铝型材。铝型材主要用于建筑、工业和交通运输领域,也用于生产汽车工业所需的锻件。
在直冷工艺生产圆铸锭过程中,一个固定的水冷结晶器安装在很深的铸造坑上方。铝水通过溜槽注入结晶器顶部,铝水的流速通过一个流量阀来控制。当结晶器内的铝液达到一定水平时,液压泵就会将正在冷却的圆铸锭往下拉,同时向圆铸锭表面直接喷水继续冷却。低于结晶器部分的圆铸锭已经形成凝固的外壳,而内部仍然含有熔融铝液。这部分铝液会在结晶器下方完全固化。圆铸锭或扁铸锭的最终长度只取决于铸造坑的深度和充分的铝液供应。
扁铸锭
这种长方体铸锭是用于轧制板材的原材料,其生产方法与圆铸锭相类似。
近终形产品
重熔铝锭或者电解铝厂生产出来的铝水,都是铝铸件的原材料。铝铸件的优点就是可以生产成近终形产品,从而获得最大的生产率,并最大程度地减少后续机 加工。近终形铸件有许多用途,但最大的应用领域是交通运输。该领域的消耗量约占铝铸件总产量的70%,机械和建筑领域总计约占30%。
压铸
压铸生产所消耗的铝合金数量几乎是其它铸造总和的两倍。压铸主要适合于大批量的小部件生产,单个部件的最大重量约为5千克。
高压铸造
高压铸造是在非常高的压力下,将液态铝合金注入到金属铸模内。高压下的快速注入和快速冷却,可以获得高密度、细晶粒的表面结构,使铸件具有良好的耐磨性和抗疲劳性。高压铸件具有公差小、表面光洁度高的特点。
尽管通过一些的特殊工艺,比如真空压铸,可以减少压铸件内的气体含量,但压铸件内所含有气体,还是会降低其焊接性或热处理性。大约85%的铝压铸件是铝-硅-铜合金。这个系列的铝合金具有好的强度和铸造性,以及适当的成本。
低压铸造
铝水在170KPa的压力下注入金属铸模内。与永久模铸造相比,低压铸造可以生产壁厚更薄的铸件。该工艺可以高度自动化。
重力铸造和永久模铸造
永久模铸造适用于大批量的生产,铸件重量一般比压力铸造的铸件大。重力铸造的最大铸件通常为10千克。重力铸造的模具费用较高,但比压力铸造的模具费用要低。重力铸造可能用到可破坏的型芯,内部的型腔可以非常复杂。
永 久模铸造中,铝液依靠重力流入铸模内,流速相对较低,一般手工浇铸或者机器人浇铸。金属模会产生很快的凝固速度。永久模生产的铸件具有非常好的机械性能, 铸件通常十分完整,具有良好的尺寸公差。永久模铸件可以进行热处理,从而进一步提高机械性能。为了获取最大的机械性能,可以进行全套的热处理,包括固溶处 理,以及后续的淬火和自然或者人工时效处理。
砂型铸造
砂型是通过将砂紧压在模板上形成的。将模板移开,就在砂内形成型腔。铸件内部的型腔可以通过砂芯形成。铝液浇铸到砂型内,在凝固之后,将砂型打碎, 然后拿出铸件。砂型铸造可以铸造各种形状,而且成本很低,适用于各种合金。砂型铸造的尺寸精确度比其它铸造工艺要差,表面光洁度也较差。但其优点是对铸件 数量没有限制,可以生产几只,也可以生产许多只。
壳型铸造
模具由树脂粘结砂制成,形为壳状,厚10 - 20mm,远薄于砂模铸造所使用的大模具。壳型铸件表面光洁度优于砂型铸件,铸件尺寸精度更高。但是,设备和生产成本相对较高,铸件的大小和复杂性有限。
石膏模铸造
石膏模铸造的铸模是石膏的。将石膏泥倒在模板上,进行焙烧,然后拿走模板,留下铸模型腔。石膏模有很强的再现性,使生产的铸件与原件细节特征十分接近,而且公差很小。石膏模铸件的表面光洁度较好。尽管石膏模的基本设备成本较低,但其生产成本较高。
熔模铸造
这种工艺使用的是耐火材料铸模,铸模是在可膨胀石蜡或者热塑料模板上形成的。先将模板组装好,将耐火泥抹在模板上。然后将耐火材料高温烘干,模板就会熔化流出,产生型腔。然后将熔融金属倒入铸模内成型。
离心铸造
在这种工艺中,首先将多个铸模围绕一个中央浇注口固定,然后让铸模绕浇注口旋转,同时将金属液倒入浇注口。铸模材料可以是钢、焙烧砂、石膏、铸铁或 者石墨。铸模中可以使用型芯。使用这种工艺时,尽管铸件的完整性很接近锻造产品,跟永久模效果一样,但铸件的形状和尺寸会受到限制,铸造成本也比较高。