铝合金铸造机关键技术研发项目
可行性研究报告
1． 项目摘要
在整个铝和铝合金加工过程中，铝锭的铸造质量对后续各道加工质量的影响较大，甚至会影响最终铝合金成品的质量。
铸锭的缺陷种类较多，而在铝锭的实际生产中经常会产生弯曲、裂纹、夹渣、缩松，其表面也会产生偏析瘤等铸造缺陷。影响这些铸造缺陷的主要因素归纳起来无非是熔体质量、铸造条件和铸造设备。目前国内设计并生产的铝合金铸造设备大都不能实现很好的铝液液位控制和铸造速度控制，也不能在铸锭的生产中进行必要的润滑。
为了能够改善铸造条件，获得更高品质的铸锭，研究开发新型铝合金铸造设备，使用新的生产工艺显得尤为重要。
本项目所研发的新型半连续液压铸造机是在原先铝扁锭铸造机的基础之上增加了铸造分配流槽控流技术、结晶器油润滑技术，采用了可调式结晶器。对原先铸造机的控制系统和控制方式做了改进，也对铸造机其它的相关结构做了更好的优化。它不仅继承了原来液压扁锭铸造机传动和铸造速度控制的稳定性，同时具备了低液位铸造、供流分配均匀、油润滑等特点，使铝液在铸造的过程中获得更好的铸造条件，生产出更优质量的铝锭，也真正意义上实现了不同种牌号铝合金铸造的自动化生产，其市场前景十分广阔。
2． 立项背景
1）目的与意义
随着铝加工业的发展，铝和铝合金材料在性能方面要求越来越高，各铝加工企业和研究机构也都在致力于提高铸锭表面质量的研究，使铸锭表面尽可能平整光滑，减少或消除粗晶层、偏析瘤等表面缺陷，使得铝扁锭在热轧前少铣面甚至不铣面，以提高成才率。而老式铸造工艺装备已经不适应这一新技术发展的要求，目前国内自主设计的液压半连续铸造机装机水平不高，自动化程度比较低，在实际生产中产品质量受人为因素影响比较大。因此研发一种新型的能够满足实际生产要求，能够实现自动化浇注的铝及铝合金铸造装备是符合整个产业升级换代的要求。
2）必要性
现阶段国内自主设计的铝扁锭铸造机其主平台传动部分已由老式的钢丝绳更新为液压传动（内导式或外导式），但是铸造机上核心的部件结晶器并没有更好的革新，控制系统也没有更好的去完善，整个铸造过程需要人为参与的事情过多包括：塞石棉绳，涂润滑油脂，结晶器内铝液面上放浮子，甚至包括结晶器内的铝液液位控制都是人为的参与，靠个人经验来判断是否合适。这些生产过程中过多的人为参与不仅降低了生产效率而且很大程度上影响了产品的质量，造成产品批次质量不稳定，同时也埋藏着安全隐患。
近年来上游产业产能过剩，落后生产力造成的单位能耗过高，效
益低下这一问题也越来越得到相关部门的重视，未来铝加工行业势必更替掉一大批落后的生产装备，大批低附加值的铝产品也必将被淘汰，这些潜在的市场需求为我们研发新的铸造工艺装备提供了契机，我们应当也必须抓住这一机遇尽快的从事研发铝的新型铸造装备，以此来巩固并提高我院在铝加工铸造装备市场中的占有率。
3）对所属单位发展产生的促进作用
目前我公司在整个铝加工熔铸技术方面已经取得了一定的成就，熔铸设备的技术含量和科技水平也日益提高，但是一直以来制约我们整个熔铸设备系列化发展，阻碍实现不仅向市场提供成套熔铸设备还提供熔铸工艺这一目标的瓶颈就是铝及铝合金铸造机技术。另外目前国内市场还没有成熟的同类产品，该产品在市场上极具竞争力，市场需求大，该设备的研制不仅为铝及铝合金圆棒铸造机做技术准备，实现铝及铝合金铸造机产品的系列化，还将为巩固我公司的行业主导地位，为公司迈上更高层次的发展台阶提供强有力的支持。 3． 国内外技术现状与发展趋势
之前国内各个铝加工厂使用的铝及铝合金液压半连续内导式铸造机大都由国外引进，经过近几年的发展，国内有部分厂家也开始仿制这类设备，但是到目前为止仍然没有一家能够生产出与国外产品具有同等技术水平的设备，也无法形成竞争力。
国内外各铝加工设计和制造厂商在对如何通过提升铸造设备的技术性能来改善铸造条件（包括铝液供流、铸锭的润滑、铸造温度、冷却强度以及铸造速度等），为不断推出拥有自主专利技术的铝扁锭
铸造机而投入大量的人力和财力。至2006年年底中国从WAGSTAFF这一家公司引进的铸造机就达到了33台，其中扁锭铸造机11台。由此可见我们面临的国际竞争非常激烈，更有必要立即投入一定的人力和财力去研发先进的铝合金铸造设备和铸造工艺，迅速占领国内市场，争取打入国际市场，这一立项也将填补国内在该领域内的技术空白。 4． 现有工作基础
多年来，我公司新的熔铸设备产品不断推向市场。也获得了市场的认可，在国内外市场中享有一定的知名度。其中我们设计制造并投产的铝合金大扁锭铸造机从吨位上来分已经能形成系列化，包括25吨，35吨，50吨；从传动方式上来分，有钢丝绳铸造机，液压半连续铸造机（内导式或外导式）。由我们设计制造的铸造机已经成功的生产出了不同种牌号的铝合金大扁锭（其中生产出的铝合金牌号有1系、3系、5系等），可以说在铝合金铸造机的研发、设计、安装、调试等各个环节都积累了大量宝贵的经验，对整个铝合金的铸造工艺也有了一定的了解。这些前期的技术储备和知识的积累为此次立项攻关打下了坚实的基础。 5． 总体目标与考核指标
1）总体目标
通过对整个铝合金铸造机系统进行优化，提高现有设备的性能，实现铸造过程的自动化控制；对生产工艺进行优化和改进，提高铸锭表面质量，改善铸锭组织和性能，同时降低了整个铸造过程中的能源消耗，给企业预留更大的利润空间，实现效益的最大化。
本次立项研发所要达到的具体目标如下：
a， 实现每个结晶器内的铝液液位自动化精确控制。 b， 在原有可调式结晶器的基础上增加润滑功能，减少摩擦阻力。
c， 实现铸造用冷却水流量自动化精确控制。
d， 更换某些检测元器件，更新传感检测系统，解决系统运行时的信号干扰。
e， 优化铸造机本体结构，主要指标是否能在紧急情况下保护操作人员的安全。
f， 开发全新的控制系统，为用户提供友善的工艺操作界面。 g， 研究和改进现有的铸造生产工艺，在提高铸锭质量的同时减少能耗，提高铝合金铸造的成才率。
h， 为以后铝合金圆棒铸造机的开发做技术准备，实现铝合金铸造机产品的系列化。 2）考核指标
a， 铸造速度精度：±1%以内 b， 铸造长度精度：±1%以内
c， 铸锭纵向弯曲度：每米＜1mm， 铸锭厚度误差：±1mm d， 铸锭表层需铣削量：≤10mm
e， 结晶颗粒大小平均值（有晶粒细化剂的前提下）：≤325um f， 冷却水供水量：≤ 480T/h，供水量精度：±1%以内 3）预期取得的成果及提交方式
a， 完成新型铝合金大扁锭液压半连续铸造机设备施工图一份，完成成套设备的控制系统，操作系统及制造、安装、调试。
b， 完成该铸造机的性能调试和试生产，达到验收要求并提交验收报告及关键部分的测试数据一份。
c， 完成该铸造机铸造工艺的改进，提交有关整个改进过程及结果的报告一份。
d， 向相关机构申请科技成果鉴定包括专利申请，提交鉴定报告一份。
6． 主要研究内容及计划进度
1）主要研究内容
a， 研究和改进铝合金铸造机的生产工艺，提高铸造速度，在保证铸锭质量的前提下减少冷却用水量。
b， 开发全新的铸造机用控制系统，设计出友善的用户操作系统。
c， 研究如何实现在铸造时对所有铸造参数进行全程监控，提高设备的自动化程度。
d， 针对不同种牌号铝合金改进工艺参数（特别是比较难铸造铝合金）并固化在设备系统中，减少人为参与的频率，提高铸锭产品批次质量的稳定性。 2）项目实施年限
整个项目预计在2010年2月至2011年12月可以完成。
3）年度实施计划
项目时间进度 2010年02月～厂家的产品信息和设备信息，2010年06月 收集国外相关设备技术资料。 2010年07月～分析、消化重点关键技术，确确定控制技术方案。 2010年08月 定设备技术方案。 重点工作内容 重点工作目标 了解相关铝加工设备产品生产全部资料统计整理建档。 2010年09月～设备技术方案评审，施工图设施工图设计。软件、硬件采2011年01月 2010年02月～发。 2011年05月 初步开发。 与实际项目相结合，进行大量调试控制系统，获得生产数的实验和调试，采集生产数据，据和产品数据，最终使产品2011年06月～不断总结问题，不断解决问题，成熟。提交验收及数据报告2011年10月 并对所设计产品进行优化处1份。 理，最终使产品成熟。 项目总结与验收 2011年11月～2011年12月 总结项目结果，被相关部门或专家认可，向相关机构申请科技成果鉴定，提交鉴定报告1份。
控制系统硬件安装和软件计。 购。 控制系统硬件安装和软件开软件、硬件采购完成，完成
7． 主要技术特点与创新点
1） 主要技术特点与创新点
该铝合金铸造机的主要技术特点和创新点有如下几个方面： a， 在原可调式结晶器的基础上研制有油润滑系统的结晶器，改善结晶器的出水口结构，使得更容易形成均匀的“水幕”。提高了冷却速度，这样就能使铸锭结晶速度提高，铸锭晶体结构更加细化。此外，添加这一润滑系统不仅避免铝锭结晶面和结晶器产生过大的摩擦拉力造成铸锭裂纹的出现，还可以使得铸锭表面质量大幅度提高，在铸锭后续的铣削中减少铣削量，铸锭大面铣削量小于10mm，这样就能提高铸锭的成材率。
b， 每个结晶器内增加了激光液位检测，同时对应的分配流槽增加了控流装置。由此形成一个闭环反馈系统，更能精确的控制结晶器内的铝液液位，克服同批次铸锭在外形尺寸和内部晶相上的差异。
c， 铸造速度的精确控制，铸造开始和铸造过程的速度是不相同，它是根据合金铸锭的裂纹倾向来控制的。如：冷裂纹倾向性较大的合金及铸锭规格，应提高铸造速度；而热裂纹倾向较大的合金及铸锭规格，则应降低铸造速度。
d， 此次立项中所研发的控制系统和操作系统达到了国际上同种设备的技术水平，上述所有参数都可在调试结束后固化在设备操作系统内。该铝合金铸造机所有生产过程实现全程监
控，与铸造相关的所有参数均可查询，为设备的巡检，养护及工艺的改进提供了必要的技术支持。 2） 关键技术内容
a， 油润滑可调式结晶器系统，首先得保证油润滑系统能够按照设想的去运行，在结晶器表面形成均匀的油膜，但又不能过量，这就要求对油润滑系统的设计和控制做到最优化。另外结晶器冷却水在大面和小面之间必须保持均匀的分别，这对结晶器内部水路的设计及出水口的位置提出了比较高的要求。
b， 结晶器内所增加的激光液位检测，铸造分配器控流系统是一个相对比较复杂控制过程，其控制精度较高。
c， 内导式液压缸的升降速度控制采用机械式传感器，避免了原先采用单一流量反馈信号控制所带来的误差，也更具抗干扰能力。
d， 优化铸造机铸造平台和引锭头结构，增加必要的安全装置。 3） 工艺技术路线
参观相关铝加工设备生产厂家，了解产品信息和设备信息→收集国外相关设备技术资料→分析、消化重点关键技术→控制技术方案策划与确定→技术方案评审→与实际项目结合实验→实际生产数据采集和实际问题总结→进一步完善产品→最终使产品成熟→项目总结→关键技术验收。
8． 项目组主要成员组成及分工 项目主要成员姓名 主要成员技术职称 专业 项目的策划 整个项目的立项和方案制定包括项目过程中的管理 整个项目电气方面总负责包括项目过程中的管理
项目主设计 参与设计 参与设计 参与设计 项目分工
9． 经费预算和资金筹措（按附表格式填写）
1） 经费预算
项目经费安排 1）项目总经费： 200 万元，其中产值 万元。 2）项目年度经费安排： 2010 年 50 万元，其中产值 万元。 2011 年 150 万元，其中产值 万元。 3）项目主要经费预算（不包括产值）： 序 号 ⑴ ⑵ 经 费 项 目 人员费 管理费 外购设备 ⑶ 设备费 外委加工 ⑷ ⑸ ⑹ ⑺ ⑻ ⑼ ⑽ ⑾ ⑿ ⒀ ⒁ 工程安装费 能源及材料费 分析检测费 协作研究费 租赁费 国际合作与交流费 调研、差旅费 鉴定、验收费 资料、印刷费 不可预见费用 其他（需列出明细） 合 计 其中 总经费（万元） 2009年 2010年 备 注 2011年
2） 经费预算的依据和使用说明
经费主要用于市场调研、装备设计、制造、培训学习、现场实测配合等。
2010年度主要经费使用情况：
激光液位仪及控流装置2x20万元=40万元 水泵房1x10万元=10万元 油润滑系统1x10万元=10万元 仪表及电气元器件10万元 结晶器2x10万元=20万元 分配流槽系统1x18万元=18万元 铸井及土建施工1x37万元=37万元 液压站及阀件1x25万元=25万元 引锭头及相关辅件2x5万元=10万元 2011年度主要经费使用情况
激光液位仪及控流装置2x20万元=40万元 结晶器2x10万元=20万元
引锭头及相关辅件2x5万元=10万元 主液压缸1x15万元=15万元 翻转缸2x0.5万元=1万元 电气元器件及控制柜14万元 软件及操作系统10万元
铸造机翻转架及水箱1x15万元=15万元 铸造机铸造平台1x15万元=15万元
铸造机用水管路，液压管路及其他钢结构材料10万元 流槽分配器用转移小车及安全升降装置10万元
3）资金筹措
项目科研经费由公司负责筹措。 10． 经济、社会环境效益分析
当前市场上还没有国内同行厂商的同类产品，而国外同类产品的价格相当高，也说明其中的利润是十分丰厚的。我们所研制的该产品在技术水平和国外产品相当的前提下又有自身的价格优势和本土优势，应该说在国内推广是极具竞争力，市场前景广阔，该产品的研发和成熟将巩固我公司的行业主导地位，进一步提高我公司的市场竞争力。
11． 风险分析
本项目是针对市场需求选定，主要是为了适应用户淘汰落后产能同时追求生产效益最大化的要求。早在2006年我公司已经根据国际市场的需求情况意识到了该铸造机在国内市场的发展前景，并作了相关的技术储备和个别现场的实验性工作，得到了一些宝贵的数据和经验。本次立项是解决相关关键问题，使我公司的铝合金铸造机产品走向成熟和系列化，风险甚小。 12． 其 它
在未来的几年里，随着国家对特种合金产品需求，需要满足工艺要求的铸造机，在自主研发基础上逐步摆脱对进口的依赖，对逐步完善铝加工的装备产品，有很重要的意义。在本次项目完成后我公司的铝合金铸造机将走向成熟，这必将为中国铝加工的发展和我公司的进一步发展做出应有贡献。
