鋁合金鑄造機關鍵技術研發專案
可行性研究報告
1． 專案摘要
在整個鋁和鋁合金加工過程中，鋁錠的鑄造質量對後續各道加工質量的影響較大，甚至會影響最終鋁合金成品的質量。
鑄錠的缺陷種類較多，而在鋁錠的實際生產中經常會產生彎曲、裂紋、夾渣、縮松，其表面也會產生偏析瘤等鑄造缺陷。影響這些鑄造缺陷的主要因素歸納起來無非是熔體質量、鑄造條件和鑄造裝置。目前國內設計並生產的鋁合金鑄造裝置大都不能實現很好的鋁液液位控制和鑄造速度控制，也不能在鑄錠的生產中進行必要的潤滑。
為了能夠改善鑄造條件，獲得更高品質的鑄錠，研究開發新型鋁合金鑄造裝置，使用新的生產工藝顯得尤為重要。
本專案所研發的新型半連續液壓鑄造機是在原先鋁扁錠鑄造機的基礎之上增加了鑄造分配流槽控流技術、結晶器油潤滑技術，採用了可調式結晶器。對原先鑄造機的控制系統和控制方式做了改進，也對鑄造機其它的相關結構做了更好的優化。它不僅繼承了原來液壓扁錠鑄造機傳動和鑄造速度控制的穩定性，同時具備了低液位鑄造、供流分配均勻、油潤滑等特點，使鋁液在鑄造的過程中獲得更好的鑄造條件，生產出更優質量的鋁錠，也真正意義上實現了不同種牌號鋁合金鑄造的自動化生產，其市場前景十分廣闊。
2． 立項背景
1）目的與意義
隨著鋁加工業的發展，鋁和鋁合金材料在效能方面要求越來越高，各鋁加工企業和研究機構也都在致力於提高鑄錠表面質量的研究，使鑄錠表面盡可能平整光滑，減少或消除粗晶層、偏析瘤等表面缺陷，使得鋁扁錠在熱軋前少銑面甚至不銑面，以提高成才率。而老式鑄造工藝裝備已經不適應這一新技術發展的要求，目前國內自主設計的液壓半連續鑄造機裝機水平不高，自動化程度比較低，在實際生產中產品質量受人為因素影響比較大。因此研發一種新型的能夠滿足實際生產要求，能夠實現自動化澆注的鋁及鋁合金鑄造裝備是符合整個產業公升級換代的要求。
2）必要性
現階段國內自主設計的鋁扁錠鑄造機其主平台傳動部分已由老式的鋼絲繩更新為液壓傳動（內導式或外導式），但是鑄造機上核心的部件結晶器並沒有更好的革新，控制系統也沒有更好的去完善，整個鑄造過程需要人為參與的事情過多包括：塞石棉繩，塗潤滑油脂，結晶器內鋁液面上放浮子，甚至包括結晶器內的鋁液液位控制都是人為的參與，靠個人經驗來判斷是否合適。這些生產過程中過多的人為參與不僅降低了生產效率而且很大程度上影響了產品的質量，造成產品批次質量不穩定，同時也埋藏著安全隱患。
近年來上游產業產能過剩，落後生產力造成的單位能耗過高，效益低下這一問題也越來越得到相關部門的重視，未來鋁加工行業勢必更替掉一大批落後的生產裝備，大批低附加值的鋁產品也必將被淘汰，這些潛在的市場需求為我們研發新的鑄造工藝裝備提供了契機，我們應當也必須抓住這一機遇盡快的從事研發鋁的新型鑄造裝備，以此來鞏固並提高我院在鋁加工鑄造裝備市場中的占有率。
3）對所屬單位發展產生的促進作用
目前我公司在整個鋁加工熔鑄技術方面已經取得了一定的成就，熔鑄裝置的技術含量和科技水平也日益提高，但是一直以來制約我們整個熔鑄裝置系列化發展，阻礙實現不僅向市場提供成套熔鑄裝置還提供熔鑄工藝這一目標的瓶頸就是鋁及鋁合金鑄造機技術。另外目前國內市場還沒有成熟的同類產品，該產品在市場上極具競爭力，市場需求大，該裝置的研製不僅為鋁及鋁合金圓棒鑄造機做技術準備，實現鋁及鋁合金鑄造機產品的系列化，還將為鞏固我公司的行業主導地位，為公司邁上更高層次的發展台階提供強有力的支援。
3． 國內外技術現狀與發展趨勢
之前國內各個鋁加工廠使用的鋁及鋁合金液壓半連續內導式鑄造機大都由國外引進，經過近幾年的發展，國內有部分廠家也開始仿製這類裝置，但是到目前為止仍然沒有一家能夠生產出與國外產品具有同等技術水平的裝置，也無法形成競爭力。
國內外各鋁加工設計和製造廠商在對如何通過提公升鑄造裝置的技術效能來改善鑄造條件（包括鋁液供流、鑄錠的潤滑、鑄造溫度、冷卻強度以及鑄造速度等），為不斷推出擁有自主專利技術的鋁扁錠鑄造機而投入大量的人力和財力。至2023年年底中國從wagstaff這一家公司引進的鑄造機就達到了33臺，其中扁錠鑄造機11臺。由此可見我們面臨的國際競爭非常激烈，更有必要立即投入一定的人力和財力去研發先進的鋁合金鑄造裝置和鑄造工藝，迅速占領國內市場，爭取打入國際市場，這一立項也將填補國內在該領域內的技術空白。
4． 現有工作基礎
多年來，我公司新的熔鑄裝置產品不斷推向市場。也獲得了市場的認可，在國內外市場中享有一定的知名度。其中我們設計製造並投產的鋁合金大扁錠鑄造機從噸位上來分已經能形成系列化，包括25噸，35噸，50噸；從傳動方式上來分，有鋼絲繩鑄造機，液壓半連續鑄造機（內導式或外導式）。
由我們設計製造的鑄造機已經成功的生產出了不同種牌號的鋁合金大扁錠（其中生產出的鋁合金牌號有1系、3系、5系等），可以說在鋁合金鑄造機的研發、設計、安裝、除錯等各個環節都積累了大量寶貴的經驗，對整個鋁合金的鑄造工藝也有了一定的了解。這些前期的技術儲備和知識的積累為此次立項攻關打下了堅實的基礎。
5． 總體目標與考核指標
1）總體目標
通過對整個鋁合金鑄造機系統進行優化，提高現有裝置的效能，實現鑄造過程的自動化控制；對生產工藝進行優化和改進，提高鑄錠表面質量，改善鑄錠組織和效能，同時降低了整個鑄造過程中的能源消耗，給企業預留更大的利潤空間，實現效益的最大化。
本次立項研發所要達到的具體目標如下：
a， 實現每個結晶器內的鋁液液位自動化精確控制。
b， 在原有可調式結晶器的基礎上增加潤滑功能，減少摩擦阻力。
c， 實現鑄造用冷卻水流量自動化精確控制。
d， 更換某些檢測元器件，更新感測檢測系統，解決系統執行時的訊號干擾。
e， 優化鑄造機本體結構，主要指標是否能在緊急情況下保護操作人員的安全。
f， 開發全新的控制系統，為使用者提供友善的工藝操作介面。
g， 研究和改進現有的鑄造生產工藝，在提高鑄錠質量的同時減少能耗，提高鋁合金鑄造的成才率。
h， 為以後鋁合金圓棒鑄造機的開發做技術準備，實現鋁合金鑄造機產品的系列化。
2）考核指標
a， 鑄造速度精度：±1%以內
b， 鑄造長度精度：±1%以內
c， 鑄錠縱向彎曲度：每公尺＜1mm， 鑄錠厚度誤差：±1mm
d， 鑄錠表層需銑削量：≤10mm
e， 結晶顆粒大小平均值（有晶粒細化劑的前提下）：≤325um
f， 冷卻水供水量：≤ 480t/h，供水量精度：±1%以內
3）預期取得的成果及提交方式
a， 完成新型鋁合金大扁錠液壓半連續鑄造機裝置施工圖乙份，完成成套裝置的控制系統，作業系統及製造、安裝、除錯。
b， 完成該鑄造機的效能除錯和試生產，達到驗收要求並提交驗收報告及關鍵部分的測試資料乙份。
c， 完成該鑄造機鑄造工藝的改進，提交有關整個改進過程及結果的報告乙份。
d， 向相關機構申請科技成果鑑定包括專利申請，提交鑑定報告乙份。
6． 主要研究內容及計畫進度
1）主要研究內容
a， 研究和改進鋁合金鑄造機的生產工藝，提高鑄造速度，在保證鑄錠質量的前提下減少冷卻用水量。
b， 開發全新的鑄造機用控制系統，設計出友善的使用者作業系統。
c， 研究如何實現在鑄造時對所有鑄造引數進行全程監控，提高裝置的自動化程度。
d， 針對不同種牌號鋁合金改進工藝引數（特別是比較難鑄造鋁合金）並固化在裝置系統中，減少人為參與的頻率，提高鑄錠產品批次質量的穩定性。
2）專案實施年限
整個專案預計在2023年2月至2023年12月可以完成。
3）年度實施計畫
7． 主要技術特點與創新點
1） 主要技術特點與創新點
該鋁合金鑄造機的主要技術特點和創新點有如下幾個方面：
a， 在原可調式結晶器的基礎上研製有油潤滑系統的結晶器，改善結晶器的出水口結構，使得更容易形成均勻的「水幕」。提高了冷卻速度，這樣就能使鑄錠結晶速度提高，鑄錠晶體結構更加細化。此外，新增這一潤滑系統不僅避免鋁錠結晶面和結晶器產生過大的摩擦拉力造成鑄錠裂紋的出現，還可以使得鑄錠表面質量大幅度提高，在鑄錠後續的銑削中減少銑削量，鑄錠大面銑削量小於10mm，這樣就能提高鑄錠的成材率。
b， 每個結晶器內增加了雷射液位檢測，同時對應的分配流槽增加了控流裝置。由此形成乙個閉環反饋系統，更能精確的控制結晶器內的鋁液液位，克服同批次鑄錠在外形尺寸和內部晶相上的差異。
c， 鑄造速度的精確控制，鑄造開始和鑄造過程的速度是不相同，它是根據合金鑄錠的裂紋傾向來控制的。如：冷裂紋傾向性較大的合金及鑄錠規格，應提高鑄造速度；而熱裂紋傾向較大的合金及鑄錠規格，則應降低鑄造速度。
d， 此次立項中所研發的控制系統和作業系統達到了國際上同種裝置的技術水平，上述所有引數都可在除錯結束後固化在裝置作業系統內。該鋁合金鑄造機所有生產過程實現全程監控，與鑄造相關的所有引數均可查詢，為裝置的巡檢，養護及工藝的改進提供了必要的技術支援。
2） 關鍵技術內容
a， 油潤滑可調式結晶器系統，首先得保證油潤滑系統能夠按照設想的去執行，在結晶器表面形成均勻的油膜，但又不能過量，這就要求對油潤滑系統的設計和控制做到最優化。另外結晶器冷卻水在大麵和小麵之間必須保持均勻的分別，這對結晶器內部水路的設計及出水口的位置提出了比較高的要求。
b， 結晶器內所增加的雷射液位檢測，鑄造分配器控流系統是乙個相對比較複雜控制過程，其控制精度較高。
c， 內導式液壓缸的公升降速度控制採用機械式感測器，避免了原先採用單一流量反饋訊號控制所帶來的誤差，也更具抗干擾能力。
d， 優化鑄造機鑄造平台和引錠頭結構，增加必要的安全裝置。
3） 工藝技術路線
參觀相關鋁加工裝置生產廠家，了解產品資訊和裝置資訊→收集國外相關裝置技術資料→分析、消化重點關鍵技術→控制技術方案策劃與確定→技術方案評審→與實際專案結合實驗→實際生產資料採集和實際問題總結→進一步完善產品→最終使產品成熟→專案總結→關鍵技術驗收。
8． 專案組主要成員組成及分工
9． 經費預算和資金籌措（按附**式填寫）
1） 經費預算
2） 經費預算的依據和使用說明
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