摘要：关于电铝用阳极钢爪生产过程中，仍存在许多质量问题，比如主要的孔洞缺陷产品外观质量及使用性能造成不利的影响，使产品报废率较高，同时使企业的经济效益下降，因此在生产过程中需要与实际情况相结合，对孔洞类缺陷出现的部位进行分析，研究其生成原因和机理，并对生产工艺进行改进，从而使孔洞类缺陷得到消除或减少，本文就此进行了分析和探讨。
关键词：电铝用阳极钢爪；消失模；铸造工艺
引言
某主要生产电铝用阳极钢抓的消失模自动生产线，其中亟待解决的质量问题便是孔洞类缺陷，主要包括气孔和缩孔，合格率高达百分之28左右，需要重新对不合格产品进行补焊，不仅生产成本增加，工作施工人员的任务量也大幅增加。因此针对阳极钢爪产生缺陷的主要原因进行分析，使消失模铸造工艺得到优化和完善，最终实现产品质量的保障和企业经济效益的提高。
一、消失模铸造缺陷概述及工艺特点
（一）缺陷概述
在消失模铸造工艺中，极容易出现气孔和缩孔。气孔的形成根据其形成机制可分为析出型气孔、侵入型气孔、反应型气孔，第一类气孔较小，呈圆形、针状，或是椭圆型；第二类气孔呈现椭圆形或梨形，孔壁光滑，表面出现氧化，体积较大；第三种一般在铸件表皮下分布，并有夹渣产生[1]。
缩孔的类型主要根据产生部分区分，主要分为敞露型和封闭型。通常因为铸件从外而内逐层凝固冷却时容易出现缩孔，而且从外观上极难判断，因此需要对铸件凝固的时间进行有效控制。
电铝用阳极钢爪由于爪部突出，铸件连通性较差，容易造成钢水凝固时补缩能力以及传热性能差，特别是碳钢类流动性较差的材料，侧爪内部极容易产生肩部气孔或内部缩孔的现象。阳极钢爪模型图如图一所示。
图一 阳极钢爪模型图
（二）铸造工艺特点
消失模铸造工艺和传统铸造工艺相比具有较多优势，主要有设计灵活、精度高，通常采用泡沫作为浇注模型，能够实现一次成型，节约大量的机加工费用；清洁环保，泡沫在经过热解后，被真空泵吸收作为废气处理，同时旧砂的回收利用率较高，工艺中对噪音和粉尘污染予以降低，无需进行化学粘接剂的添加，营造绿色清洁的工作环境；报废率低，对造型工序进行了简化后，使造型中废品的产生率有效得到降低；经济效益提高，此铸造工艺因操作简单、投资少，对技术要求不高，因此企业的经济效益得到有效的提高[2]。
二、阳极钢爪缺陷分析及实验研究
（一）缺陷分析
为了更好的了解和掌握阳极钢爪铸造生产过程中缺陷率的相关数据，对生产线在七八月中的生产数据进行了相关地统计分析，其分析表如图二所示。
图二 铸钢车间七、八月份缺陷统计表
从上述的分析数据可以看出，产品中出现的缺陷较为严重，其中缩孔缺陷高达27%左右，而且主要集中在四爪处，以两边脚部中心部位更为严重。气孔主要氛围皮下气孔和无固定部位气孔，主要分布在四爪脚部表面，以及无固定部位，皮下气孔多呈梨形，数量较多，体积较小，而无固定气孔则数量、体积、形状都呈现出随意性。
缩孔主要形成的原因可主要分为两种：在钢水凝固收缩中会出现三个阶段，变相收缩、液态收缩和固态收缩，钢钢水温度过高时，会使液态收缩量加大，集中缩孔区容易产生和出现；在凝固过程中，铸件没有形成合理的温度凝固梯度，使各部位几乎同时出现凝固现象，砂型或空气在表面部分进行快速的热量交换，迅速的凝固结壳，使钢水内部因失去大气压力，而由自重向下产生补缩，造成较大的缩孔区极极容易在壳下部分出现和产生；钢水的冒口数量缺乏，造成其缩量不足，在铸件上造成小部分缩孔区的出现。
气孔主要为钢水温度的降低造成溶解在其中的气体不断析出而形成了椭圆形或细小圆形的内壁光滑明亮的孔洞，通常因刚水中气体含量较大，没有进行有效地除气处理或未达到要求的除气效果；当外界气体进入钢水中产生的气孔为侵入性气孔，其孔壁光滑、尺寸较大，表面呈氧化状态，不过应浇筑过程运用真空负压法进行作业，一般是不会大面积出现此类气孔；因涂料和钢水之间发生某些化学反应，从而产生气体形成反应型气孔，多处于表皮下部，具有集中性和偶发性的特点，多数是因为工序不合理或是涂料不符合要求。
（二）实验方法
试验调序主要运用数理统计方法，主要遵循的设计原理有随机性、重复性、模块化或驱逐化，直交性或正交性，其设计类型主要有回归设计、因子设计、混合设计和稳健调计。针对店里用阳极钢爪的缺陷分析，试验设计的步骤主要为对变量采用筛选因子、解析因子以及优化设置来进行分析和优化。运用的软件为Minitab.其具有多变量分析、基础统计、时序分析、图表分析、生存分析、品质工具、信赖性、试验计划法等7种功能[3]。其中试验运算中主要符号表如图三所示。
图三 主要符号表
（三）熔炼工艺造成的影响
铸造熔炼的主要材料为回炉料和废钢，对铁水质量造成直接影响的便是废钢的成分，其主要为各单位设备安装或是基建所剩余的材料，生产主要是废钢为主。其主要实验配比如图四所示。
图四 炉料实验配比
生产所用废钢均为厂内施工剩余废料，品质无法保障，通过相关实验可以看出，废钢对于气孔形成有一定的影响作用，因生产条件的限制，无法从废钢的优化入手，因此可以通过对其品质进行分类的方式，将配比进行严格控制，对原材料和废钢加入量的配比进行优化，和原材料供应情况相结合，从而达到品质优化的效果。另外，炉料的质量和库存都会对铸造产品的产量和质量造成影响，所以需有专人对其质量进行筛选，保证其品质符合工艺要求。
对钢爪缺陷予以改善的方式还可以提高出水温度，在炉水出炉前，对其温度进行精确测量，并适当根据季节和天气的变化，并结合当地的环境条件，适当控制出水温度，对于缩孔率的降低有着积极的作用，但影响缩孔率的因素较多，需要综合多方面的影响因素，才能从根本上使其得以降低[4]。
（四）浇注系统改进造成的影响
首先针对浇注钢爪模型进行了改进，使其爪头向下，浇冒口只设置一个，具体图型如图五所示。
图五 阳极钢爪原模型与改进模型
通过对原模型的改进，对冒口尺寸运用模数法进行计算，使其能同时发挥浇口杯和补缩的作用，可在保证浇注节奏的前提下，实现平衡充型，并使装箱效率大大提高。通过改进工艺试验对比可以看出，改进方案还具了工序减少、生产周期缩短、成本节约的优势，同时对提高产品质量，钢爪使用性能增加都在极大的促进作用，但渣孔的问题仍然存在。
三、缺陷部位及预防措施
钢爪肩部夹渣的问题修复难度较大，分散较广，其产生的主要原因为金属液体在浇注完成后，出现杂质或气体上浮，上升至肩部无法向左右移动，当铸件凝固后，便形成了此类缺陷。针对这个问题，需要从净化钢水和改变铸件结构入手，对刚水中的杂质和气体应可能的减少，防止夹渣缺陷的出现，另外通过结构的改变，将铸件里的杂质和气体有效排出，也能预防缺陷的产生。
结束语
结合铸件生产的实际情况，对电铝用阳极钢爪在消失模铸造工艺中容易出现的缺陷进行了研究和分析，找出其成孔的机制和根本的原因，从而能从炉料配比优化、出炉温度调节、浇注系统改进、铸件结构优化等多方面入手，使成品的缺陷率得到有效改善，降低废品率，使铸造生产效率和企业经济效益都得到显著地提高。
参考文献
[1]李姝婷,王日昕,伍永福,etal.电解铝用新型阳极钢爪[J].中国有色冶金,2017(05):36-40+58.
[2]袁艳林,贾柏林,苏继勇,etal.消失模铸造阳极钢爪爪部中心距尺寸控制方法及要点[J].铸造技术,2009,30(4):549-550.
[3]贺春.铝电解用阳极爪架的消失模铸造工艺[J].铸造工程,2012(4): 39-40.
[4]王日昕,饶泽世.电解铝阳极钢爪修复新技术的应用实践[J].轻金属,2014(9):53-57.
论文作者:莫海荣
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
标签：气孔论文; 阳极论文; 缩孔论文; 缺陷论文; 钢水论文; 铸件论文; 工艺论文; 《基层建设》2019年第14期论文;