!电渣熔铸的补缩工艺

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凹形缩孔, 使铸件最后凝固部分合于
尺寸及质量要求, 如图 1c 所示。 如上述分析可知, 补缩的主要参
数应为补缩时间和补缩量, 这两个工
艺参数选择合适, 才能达到预期的补
缩效果。
11 补缩时间
补缩全过程所需时间与金属熔
池凝固的时间有一定关系:
Σ= ΑΣP
(1)
式中 Σ—— 补缩全过程所需时间
池体积乘以收缩率, 铸件增高部分可按需要修定, 即:
V b = ΕV P + Π4 D 2 ∃h
(10)
式中 V b——补缩量, 米3
V P ——金属熔池体积, 米3 Ε—— 金属凝固时体收缩率
D ——补缩处的铸件截面直径 (或等效直径) , 米
∃h ——补缩增高量 (∃h= 011～ 012D ) , 米 式 (10) 中的 ∃h 选择原则为, 铸件直径大、填充系数 大、 冷却条件差取上限, 反之取下限。
电渣熔铸的补缩工艺3
沈阳铸造研究所
(沈阳
110021)
陈 瑞 徐 超 胡学军 杨 军 王君卿
吉林工业大学
何镇明
【提要】提出了电渣熔铸补缩工艺中的补缩时间和补缩量两个参数的选择并给出了计算公式, 并 介绍了生产中电渣熔铸铸件补缩操作方法。
关键词: 电渣熔铸 补缩时间 补缩量 电渣熔铸是集金属精炼和成型于一身的特种铸造 方法。 采用该法生产的铸件具有组织致密、 夹杂物少 且分布均匀等优良的内在质量。据测定〔1〕, 用电渣法生 产的低碳不锈钢铸件, 其各项力学性能接近同材质的 锻件水平。 电渣熔铸的另一特点是金属利用率高 (通 常可达 85% 以上)。电渣熔铸的整个工艺过程, 主要由 电冶金和铸件成型两部分组成。 就电渣熔铸异形铸件 而言, 关键是铸件成型技术, 其中, 具有 “收口”意 义的补缩操作便是重要工艺环节之一。
参 考 文 献 1 耿承伟、胡学军、徐 超等. 带有固定随形自耗电极的电渣转铸工
艺研究. 第 61 届世界铸造会议论文. 1995 2 姜兴谓. 电渣熔铸工艺理论. 沈阳: 东北大学出版社, 1979 3 李魁盛. 铸造工艺设计基础. 北京: 机械工业出版社, 1980 4 Feng Y M , Ch ieng C C, Pan, Ch in. N um er H eat T ran sfer, 1989,
从传热学的角度, 可以计算出熔池的凝固时间 ΣP , 尤
可用下式表述:
其随着计算机模拟技术的发展, 采用计算机模拟电渣
v = dH d t
(5) 熔铸的凝固过程已成为现实〔4〕, 这样计算出的 ΣP 将更
式中 v ——液面上升速度
加准确, 并且可以对补缩过程进行模拟显示和工艺优
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
《铸造》1996111
代入式 (4) , 则有:
t —— 熔化时间 V ——熔化电极的体积 利用式 (2) 可以求出熔化一定量 (金属熔池) 体积的 金属所需的时间:
ΣP ≈ tP = H P vλ
(7)
另据有关资料〔2〕介绍, 在合适的熔铸工艺条件下,
金属熔池的最大深度 H P 与熔池的最大截面直径 (或
(5) C rM oN b 合金耐磨铸钢具有良好的强韧性和 较高的屈强比, 可保证铸件在运行中不开裂、 不发生 流变, 因而使用安全、 可靠。
参 考 文 献 1 刘家氵睿等. 材料的磨料磨损. 北京: 机械工业出版社, 1990 2 刘英杰等. 磨损失效分析. 北京: 机械工业出版社, 1991
(编辑: 田世江)
通常, 根据对成型铸件的质量要求, 补缩操作应保 证铸件最后凝固部位无缩坑和裂纹, 并且使补缩部位与 铸件本体组织均一, 避免补缩金属过量, 以防浪费。
目前, 国内外涉及电渣熔铸补缩工艺的研究报导 尚不多见, 生产部门一般只是按各自的生产经验制定 补缩工艺, 因而难免有局限性。 鉴于这种情况, 我们 在电渣熔铸铸件补缩方面做了一些工作, 主要是以普
图 1 补缩过程示意图 (自左至右分别为 a、 b、 c)
ΣP ——金属熔池凝固时间
H ——上升高度
Α—— 时间修定系数
t —— 上升时间
Α取值范围为 112～ 114, 结晶器直径较大时, 可取上
由于金属液面的上升源于自耗电极熔化所提供的
限, 相反取下限。式 (1) 中的 ΣP , 可用如下几种方法 金属液滴所致, 故液面上升时间也即自耗电极熔化时
ΣP ≈ ΒD P vλ
(8)
式中 D P ——熔池最大截面直径 (或等效直径)
Β——熔池形状系数, 通常取 Β= 1 2
显见, 利用式 (7) 或式 (8) , 计算 ΣP 较方便。在 熔化截面变化不大的锭类铸件时, vλ 可用铸件总高度
除以总熔化时间获得; 在熔铸截面变化较大的异形铸 件时, 可取某段与补缩截面相近的高度去计算 vλ。
图 3 间断补缩供电曲线
关于补缩操作方法, 除上述二种外, 还有一些介 于二者之间的别的方法。一些控制系统先进的电渣炉, 也可采用同时调节电流电压及改变冷却条件的方法来 满足不同材质和不同形状电渣熔铸铸件补缩之需要。
随着电渣熔铸技术在铸造业的应用不断拓展, 补 缩作为熔铸过程的一个重要环节, 有待将传统的经验 性操作进行理论深化, 本文仅是我们开展这方面工作 的一个初步总结, 期望能为从事该项技术的研究与应 用的同行提供一点参考。
求得。
间。金属液面平均上升速度、金属熔池的最大深度、熔
(1) 熔化速率法
化时间似有如下关系:
自耗电极的熔化速率, 在正常电渣熔铸过程中, 可
tP = H P vλ
(6)
用下式表述:
G = dV d t
式中 H P ——金属熔池最大深度 (2) vλ——金属液面平均上升速度
式中 G ——自耗电极熔化速率
(3) C rM oN b 合金耐磨铸钢的综合力学性能良好 (Ρb≥1200M Pa、 Ρ012≥800M Pa、HRC ≥45、 Αk≥25J cm 2) , 且具有较好的加工硬化能力和焊接性能。
(4) 在本试验冲击载荷高应力磨料磨损条件下, C rM oN b 合金耐磨料磨损条件下, C rM oN b 合金耐磨 铸钢的耐磨性是M n13 铸钢的 2 倍以上。
11 连续补缩法 补缩开始, 在较长时间内, 从正常熔铸电流连续 减少到最小补缩电流, 在最小补缩电流下保持一段时 间后停电。图 2 为连续补缩供电曲线。图中 I e 为正常 熔铸电流, Im in为最小补缩电流, 当 I e> 4000A 时, 取 Im in = 500～ 2000A , Σem 为连续减小电流时间, 一般取 Σem = 017～ 019Σ。连续补缩法的优点是补缩质量好, 能
图 8 电厂 315m 球磨机衬板用 C rM oN b2L C 钢亚表层加工硬化曲线
表 4 动载磨料磨损试验结果 (实验室条件下)
材 料 相对耐磨性
ZGM n13 110
C rM oN b2HC 211
表 5 生产现场磨损试验结果
使用场合
材 料
韶关发电厂 215m
M n13
球磨机衬板
C rM oN b2L C
件时, 金属熔池体积V P 不易测定, 在生产中, 可采用
金属液面上升速度法求 ΣP。
正常熔铸时, 结晶器内金属液面垂直升高的速度
k ——凝固系数, 米 小时1 2 关于M P 的计算和 k 的选取, 可根据金属熔池的
实际形状及散热条件进行具体计算和测定。 (3) 模拟计算法 由已知的工艺参数和冷却条件,
等效直径) 近似成正比, 于是式 (7) 也可写成:
tP = V P G 式中 tP ——熔化定量金属所需时间 V P ——金属熔池体积 Gϖ—— 自耗电极的平均熔化速率
正常熔铸状态下 (指金属熔池的形状基本保持不 变) , 自耗电极的熔化与结晶器内金属的凝固处于平衡 状态, 即金属熔池的凝固时间基本等于同体积自耗电 极的熔化时间 (ΣP = tP )。由于结晶器内金属液凝固速 度主要与结晶器的水冷强度和送电功率有关, 在补缩 期内, 水冷强度一般保持不变, 尽管送电功率减小了, 但是熔铸后期成型铸件的蓄热量比任何时候都高, 因
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化。
21 补缩量
从图 1c 可以看出, 补缩过程中的金属用量为缩孔
部分与增高部分的总和。 其中, 缩孔部分等于金属熔
图 2 连续补缩供电曲线
耗较少; 缺点是电流变化曲线的调节与补缩量的控制 较困难。 实际生产中, 也有人将连续减小曲线改成几 个台阶, 这样比较容易调节电流和控制补缩量, 补缩 效果也较好。
21 间断补缩法 补缩期内, 短时间从正常熔铸电流逐渐减小到最 小补缩电流, 再从最小补缩电流逐渐升高到略小于正 常熔铸电流, 反复多次, 使每次的最高电流都略小于 前次, 最后一次减小到零, 如图 3 所示。 实现间断供 电可采取直接调节供电电流或者间断进给电极两种方 法, 实践证明后者较易于操作, 补缩效果也较好。 此 外, 也有一些其它可供使用的间断补缩操作方式, 取 决于各自的设备特点、生产条件、生产经验与习惯等。 试验结果表明, 每次间断, 电流不宜回零 (最后一次 除外)。与连续补缩法相比较, 间断补缩法的电流调节 和补缩量的控制方便, 因而是目前生产中常用的一种 操作方法。
图 1 为熔铸后期采用自耗电极补缩铸件的过程示 意图。 补缩前, 结晶器内金属分为已凝固区和未凝固 区 (即金属熔池) 两部分, 如图 1a 所示。如果无补缩 过程, 金属熔池部分凝固后, 由于体收缩, 就会形成 一个凹形缩孔, 如图 1b 所示。补缩的主要任务就在于 在金属熔池部分凝固的同时补充足够的金属液以填平
(2) 模数法 根据普通铸造工艺学中计算冒口时
的模数法原理〔3〕, 可认为电渣熔铸的金属熔池模数与
凝固时间也服从平方根定律, 即:
此, 补缩期金属熔池的凝固时间与正常状态下相差不
ΣP = (M P k ) 2
(9)
大, 即有:
式中 M P ——金属熔池模数, 米
ΣP ≈ tP = V P G
(4)
利用式 (4) 可近似算出 ΣP。当熔化形状复杂的铸
1996 年 9 月 12 日收稿; 3 国家自然科学基金、 机械部技术发展基金联合资助项目。
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通铸造工艺理论为基础, 结合研究成果和现场经验, 就 补缩工艺中的补缩时间和补缩量两个主要参数进行了 研究和设定。
一、 补缩原理与参数计算
电渣熔铸补缩方法可分为二种, 一种是自耗电极 补缩法, 另一种是非自耗电极补缩法。 由于非自耗电 极补缩法存在能耗高、操作不便、污染环境等缺点, 生 产中应用较少。 在此, 主要介绍被广泛使用的自耗电 极补缩法的工艺制定和参数计算方法。
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大厂矿务局车河选矿厂 M n13
1183m 锡矿磨机衬板 C rM oN b2L C
相对耐磨性 磨损量, mm h
1
11 5600
215
5 5600
1
—
3
—
三、 结论
(1) 所研制的 C rM oN b 合金耐磨铸钢热处理后的 组织是以板条状马氏体为主+ 贝氏体+ 奥氏体的多相 混合组织。
( 2) C rM oN b 合金耐磨铸钢采用空淬+ 回火处 理, 该热处理工艺简便易行。
二、 补缩操作方法
从正常熔铸期转入补缩期, 首先应确定出开始补 缩时间。 在工艺稳定且批量生产的情况下, 根据铸件 重量等于自耗电极熔化掉部分的重量, 事先标定自耗 电极该熔化部分与剩余部分的位置较为方便。 若渣层 厚度明了, 亦可根据渣面上升的位置来确定。
补缩期内, 应适当调节供电参数, 在限定的补缩 时间内熔入定量的金属液。若补缩时间或补缩量不足, 便无法确保补缩质量; 若补缩时间过长或补缩量过多, 会造成诸多的浪费。 常用补缩方法有两种, 一种是连 续补缩法, 另一种是间断补缩法。