電渣離心澆鑄

電渣坩堝爐可以獲得較純凈的鋼水，離心鑄造可以獲得致密的鑄件，電渣離心澆鑄將二者工藝上的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合在一起，其主要特點(diǎn)可歸納為3項(xiàng)：

（1）它擁有電渣坩堝爐熔煉的特長，如對電極尺寸要求不高，可采用盡可能高的熔化速率，利于合金化和調(diào)整工藝，可以回收廢舊塊料、碎屑等；由于熔渣的作用，可以獲得比開式煉鋼設(shè)備（感應(yīng)爐、電弧爐等）成分純凈、均勻的鋼液，特別是鋼液脫硫率可達(dá)50%～80%。熔煉前后主要合金元素含量幾乎保持不變等。

（2）它不同于普通離心鑄造，坩堝爐熔煉使用的熔渣既是離心鑄造防止鑄件與鑄模粘連的涂料，又是澆注過程防止鋼水二次氧化的保護(hù)劑，還是鑄件自由表面防止疏松縮孔的保溫劑，整個(gè)電渣離心澆鑄過程中，鑄件始終在渣的包裹下凝固成型，因而鑄件的內(nèi)在質(zhì)量和表面質(zhì)量優(yōu)于同類鋼普通離心鑄件，達(dá)到或超過鍛件標(biāo)準(zhǔn)。

（3）電渣離心澆鑄過程的熔化和凝固是分兩個(gè)階段進(jìn)行的，因而鑄件的形狀不受限制，鑄?？蔀殇撡|(zhì)或鑄鐵質(zhì)，加工費(fèi)用比銅模便宜，而且坩堝爐熔煉無需考慮金屬熔池的形狀，熔煉時(shí)間短，所以主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（電耗、效率、成本等）比電渣重熔和電渣熔鑄為優(yōu)。

可以說，利用電渣離心澆鑄的方法能夠簡單而高效率地生產(chǎn)各種材質(zhì)和形狀比較復(fù)雜的空心鑄件（圖2）。這些鑄件在外形和尺寸上都接近于使用狀態(tài)的零部件，其力學(xué)性能和一系列其他性能都優(yōu)于同類鋼鍛件的技術(shù)條件和要求。因此，電渣離心澆鑄以其產(chǎn)品的多樣性，質(zhì)量的可靠性和較高的經(jīng)濟(jì)效益顯示出強(qiáng)大的生命力，成為電渣冶金向近終成形方向發(fā)展的一個(gè)重要分枝。

近年來，電渣離心澆鑄技術(shù)在凈化鋼液、促進(jìn)鋼渣分離方法和改變離心鑄件凝固組織等方面取得了新的進(jìn)展。

電渣離心澆鑄感應(yīng)電渣離心澆鑄

電渣離心澆鑄中，合金和熔渣通常是同時(shí)澆入旋轉(zhuǎn)的鑄模中，由于熔煉用熔渣在冶煉過程中成分會有變化，其熔點(diǎn)變高，黏度變大，在澆鑄過程中不能保證在較短的時(shí)間內(nèi)鋼渣完全分離，部分熔渣可能殘留于鋼中成為夾雜，因此，熔煉用熔渣直接與合金一同注入旋轉(zhuǎn)鑄模容易造成鑄件缺陷。北京科技大學(xué)提出利用電渣感應(yīng)熔煉技術(shù)來提供離心澆鑄用的金屬液和熔渣，發(fā)展一種新的電渣離心澆鑄技術(shù)，即感應(yīng)電渣離心澆鑄技術(shù)。

感應(yīng)電渣離心澆鑄有3種類型：（1）將電渣感應(yīng)爐內(nèi)準(zhǔn)備好的金屬液和熔渣澆入立式或臥式離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)鑄模內(nèi)。；（2）將感應(yīng)爐內(nèi)準(zhǔn)備好的金屬液及化渣爐內(nèi)利用電渣過程熔煉的渣液（先澆入感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行電渣過程精煉控溫）澆入（先熔渣后渣鋼同澆）立式或臥式離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)鑄模內(nèi)；（3）用感應(yīng)爐熔煉金屬，化渣爐內(nèi)利用電渣過程化渣，將熔渣澆入鋼包，然后將感應(yīng)爐鋼液澆入鋼包，進(jìn)行鋼渣沖混，再在鋼包內(nèi)進(jìn)行電渣過程精煉、控溫，稱重并調(diào)整重量，最后用鋼包內(nèi)的金屬與熔渣進(jìn)行離心澆鑄。

感應(yīng)電渣離心澆鑄與用有襯電渣爐熔煉并進(jìn)行電渣離心澆鑄相比，其優(yōu)點(diǎn)在于能夠充分利用現(xiàn)有離心澆注車間的感應(yīng)爐設(shè)備，減少投資；并可以直接利用碎小的廢鋼塊、廢舊金屬零件及各種邊角料作原料，無需制備金屬自耗電極，從而降低了生產(chǎn)成本及電耗。感應(yīng)電渣離心澆鑄產(chǎn)品，包括汽車鋼圈軋輥、軸承套碾壓輪、無縫鋼管減徑輥及定徑輥、斜橫軋軋輥、不銹鋼法蘭及其他軸對稱空心件等，均具有優(yōu)良品質(zhì)，使用壽命可達(dá)到或超過鍛件。

電渣離心澆鑄動(dòng)態(tài)效應(yīng)

在電渣離心澆鑄中，對尚未凝固的金屬液輸入外力，強(qiáng)制其流動(dòng)，即采用動(dòng)態(tài)的方法，促使金屬在凝固過程中柱狀晶向等軸晶轉(zhuǎn)化。這比通過控制澆注溫度、加入生核的孕育劑等措施效果明顯得多。對于奧氏體耐熱鋼的離心鑄造來說這是十分重要和有意義的，因?yàn)榉菉W氏體鋼的鑄造組織可以經(jīng)過熱處理細(xì)化至一定程度，而奧氏體鋼由于合金元素含量高，通常都獲得柱狀晶比較發(fā)達(dá)的鑄態(tài)組織，即使熱處理之后，仍將保持著粗大的狀態(tài)。烏克蘭巴頓電焊研究院對立式電渣離心澆鑄37Cr12Ni8Mn8MoVB耐熱鋼、中國北京鋼鐵研究總院對臥式電渣離心澆鑄3Cr24Ni7N、4Cr28Ni15等耐熱鋼采用動(dòng)態(tài)效應(yīng)的方法細(xì)化組織獲得了成功的經(jīng)驗(yàn)。

在工藝上，所謂動(dòng)態(tài)效應(yīng)就是在離心澆鑄金屬凝固過程中，在一定的限度內(nèi)，以一定的規(guī)律升高或降低鑄模的旋轉(zhuǎn)速度，利用旋轉(zhuǎn)速度改變過程中的加速度對結(jié)晶前沿產(chǎn)生的切向力，使枝晶折斷、脫落，增加新晶核，達(dá)到控制晶粒結(jié)構(gòu)的目的。實(shí)施動(dòng)態(tài)效應(yīng)時(shí)，作用于枝晶頂點(diǎn)并導(dǎo)致它們斷裂的作用力F可以用下式表示：

F=maa=ωaR

ωa=△ω/△t

則F=△ω/△tRm

式中m為枝晶前沿液體層的質(zhì)量；a為枝晶前沿的切向加速度；ωa為枝晶前沿液體層的角加速度；R為枝晶前沿液體層重心到旋轉(zhuǎn)軸的距離；△ω為鑄模角速度的變化；△t為鑄模角速度改變的時(shí)間間隔。當(dāng)F大于足以使結(jié)晶前沿枝晶折斷的某一數(shù)值時(shí)，結(jié)晶前沿將形成枝晶碎片，F(xiàn)越大，枝晶碎片就越多，這些碎片成為形核核心，并在紊流層中劇烈運(yùn)動(dòng)，均勻散布在整個(gè)未凝固枝晶頂點(diǎn)金屬液中，為等軸晶的生長創(chuàng)造了極為有利的條件。

計(jì)算F和m是非常困難的，但△ω、△t和R是可以控制的，因此有：a=△ω/△tR

也就是說，根據(jù)結(jié)晶前沿切向加速度的大小，可以判斷凝固組織細(xì)化的程度，鑄模旋轉(zhuǎn)角速度變化越大，變化的時(shí)間間隔越短，則變化的加速度越大，晶粒細(xì)化的程度就越顯著。但是，如果旋轉(zhuǎn)加速度過高，晶粒間易產(chǎn)生微裂紋，因此升高或降低鑄模的旋轉(zhuǎn)速度必須控制在一定限度內(nèi)。

采用動(dòng)態(tài)效應(yīng)的方法，無需添加任何新的設(shè)備，便可獲得單一組織（全部柱狀晶或全部等軸晶）和多種非單一組織（柱狀晶和等軸晶有多種不同比例和大?。┑木Я＝Y(jié)構(gòu)。因此，動(dòng)態(tài)效應(yīng)是一種控制電渣離心鑄管凝固組織最有效、最方便、最經(jīng)濟(jì)的方法。

電渣離心澆鑄原理見圖1。在坩堝爐內(nèi)，自耗電極通過電流在液態(tài)渣池中產(chǎn)生的焦耳熱，將自耗電極熔化，熔化的金屬被爐渣精煉并聚集在坩堝爐的底部，當(dāng)聚集到一定數(shù)量后，熔煉過程結(jié)束，翻轉(zhuǎn)坩堝至一定傾斜度，液渣先注入旋轉(zhuǎn)的鑄模中，在冷模的內(nèi)表面凝固形成渣殼，以防止鑄件與鑄模粘連，然后，金屬液在其余液渣的覆蓋下一同澆入旋轉(zhuǎn)的鑄模中，在離心力的作用下，輕的液渣包裹在熔融金屬自由表面上，直至金屬完全凝固成型。電渣坩堝爐后可配置臥式離心機(jī)，也可配制立式離心機(jī)。

合金的離心澆鑄會根據(jù)轉(zhuǎn)速的不同而呈現(xiàn)元素的分層現(xiàn)象，所有通常情況下我們會計(jì)算出一個(gè)合理的轉(zhuǎn)速，來保證既不元素明顯分層，又能具有較強(qiáng)的物理性能。該法不應(yīng)混同于旋轉(zhuǎn)鑄塑，旋轉(zhuǎn)鑄塑是借助于物料重力而分布在模壁上的。2100433B

澆鑄成形是塑料加工的一種方法早期的澆鑄是在常壓下將液態(tài)單體或預(yù)聚物見聚合物注入模具內(nèi)經(jīng)聚合而固化成型變成與模具內(nèi)腔形狀相同的制品20世紀(jì)初酚醛樹脂最早用澆鑄法成型30年代中期，用甲基丙烯酸甲酯的預(yù)聚物澆鑄成有機(jī)玻璃見聚甲基丙烯甲酯第二次世界大戰(zhàn)期間，開發(fā)了不飽和聚酯澆鑄制品，其后又有環(huán)氧樹脂澆鑄制品。