基本介紹
- 中文名：電渣熔鑄
- 外文名：electroslag casting
- 類別：特種冶煉技術
- 最早套用：蘇聯、美國
- 學科：冶金工程
- 工藝優點：金屬純潔
原理,冶金特點,設備,電渣熔鑄產品,產品的鑄態性能,
原理
電渣熔鑄過程與電渣重熔基本相同。如圖1所示，來自短網的電流通過自耗電極進入渣池，產生電阻熱將渣加熱至高溫，自耗電極的頂部被渣池逐漸加熱熔化形成金屬熔滴，金屬熔滴從電極端頭脫落，穿過渣池進入金屬熔池，由於水冷結晶器的冷卻作用，液態金屬在銅製異型水冷結晶器內逐漸形成異型鑄件。
冶金特點
電渣熔鑄過程具有以下冶金特點：（1）反應溫度高達1900℃左右；（2）渣池強烈攪拌；（3）水冷模強制冷卻；（4）渣池冒口加熱和金屬熔池可起補縮作用；（5）電毛細振盪，隨著交流電周期性變化，鋼渣界面有微細振動，可強化精煉過程；（6）鋼一渣充分接觸。
電渣熔鑄的冶金特點決定了該技術具有以下優越性：（1）金屬純潔。電渣熔鑄過程是提高鑄件精密度過程，鋼渣充分接觸，鋼中非金屬夾雜物為熔渣吸附和熔解，有效地去除鋼中有害元素（S、P、Pb、Sb、Bi、Sn等）和有害氣體（N、H、O）；一般氣體含量可降至0.002%左右；夾雜物總量達0.004%～0.006%，可見熔鑄金屬相當純淨。（2）金屬組織緻密。由於電渣熔鑄金屬純淨且採用強制冷卻，因此電渣熔鑄金屬比普通鑄造金屬的密度提高0.33%～1.37%。（3）鋼的成分和組織均勻。（4）鋼的結晶細化。（5）鑄件表面光潔。由於電渣熔鑄件表面包裹一層薄薄的渣衣，鑄件表面光潔，無需機加工。
設備
電渣熔鑄的基本設備包括電渣爐、結晶器，電源變壓器；輔助設備包括熔化及澆注渣裝置，裝配及焊接自耗電極設備等與電渣重熔完全相同。惟有其結晶器的結構與電渣重熔的結晶器差別很大，通常在電渣熔鑄中也稱之為鑄模。它具有兩種功能：一是不斷地消耗自耗電極金屬而聚集液態金屬；二是將金屬液凝固鑄造成型。它的形狀、尺寸及複雜程度根據具體零件的形狀、尺寸及選定的電渣熔鑄工藝方案來決定，歸納起來可分為4類：
（1）異型結晶器電渣熔鑄。熔融金屬直接在鑄型內熔煉和結晶，如同典型的電渣重熔那樣，金屬電極和鑄件是同軸的，鑄件與結晶器相對不動，用白耗電極熔化的金屬充填異型結晶器。
（2）帶熔合坯的電渣熔鑄。如圖2所示，該結晶器適用於熔焊結合電渣熔鑄：以預先用其他方法（鑄或鍛）準備好的鋼坯零件作為被熔合坯料，把它插到結晶器（鑄模）相應的位置上，然後在鑄模中熔化這些零件的連線部分。
（3）金屬轉注結晶器的電渣熔鑄。自耗電極熔化的鋼液聚集在活動熔化室中，熔化室中的液態金屬部分或全部地轉移澆注到結晶器（鑄模）型腔，通常稱為金屬轉注電渣熔鑄法或簡稱電渣轉注。自耗電極與鑄件不在同一軸線上，熔鑄過程中熔化裝置相對於固定的鑄模移動，直到鑄模中充滿電渣金屬為止。用此方法可以獲得複雜的異型鑄件，不受自耗電與鑄件之間截面比等條件的限制，而且可能製造雙金屬或多層金屬鑄件。
（4）空心錠和管坯電渣熔鑄。如圖3所示形成鑄件空腔芯棒的上部分處於電極下面的渣池內，熔鑄過程芯棒垂直向上移動，而水冷鑄模（結晶器）相對於鑄錠固定，即電渣穿孔法熔鑄空心錠或管坯。
電渣熔鑄產品
電渣熔鑄是生產異型機械部件毛坯、實現以鑄代鍛的重要方法，電渣熔鑄已被廣泛地套用於石油化工、造船、軍工等機械部門生產高質量零件毛坯（見表）。選擇電渣熔鑄產品有3條原則：（1）該產品用其他方法無法生產；（2）現有方法生產的產品毛坯需花費相當多的材料和勞力；（3）產品毛坯形狀複雜，而且要求具有高質量、高性能水平，同時兼顧提高金屬收得率。下表為常見電渣熔鑄產品。
表1 電渣熔鑄產品產品的鑄態性能
電渣熔鑄過程中，金屬的熔化、精煉、結晶、成型等幾道工序是在異型水冷結晶器（鑄模）內同時進行的，由於金屬材料受合理渣系有效的精煉，使金屬中的非金屬夾雜物、有害元素、有害氣體大量去除，從而獲得高純度的熔鑄件。同時由於鑄件在水冷鑄模內快速冷卻順序結晶，金屬的組織緻密、成分均勻，消除了機械和物理性質的異向性，低倍組織得到改善，一般鑄件中常見的發紋、疏鬆、縮孔、夾渣、偏析等缺陷基本被消除，鑄件性能提高。電渣熔鑄件的特點是不需要熱變形而採用熱處理就可以使之具有鍛件性能，這是因為電渣熔鑄金屬化學成分均勻，組織緻密，沒有樹枝偏析和帶狀偏析等缺陷，即使在晶界分布少量而均勻的雜質對其結構也沒有影響。研究證實，只要對電渣熔鑄件在熱處理時增加一次均勻退火處理就可以消除電渣熔鑄鋼固有的“鑄態斷口”，從而發揮電渣熔鑄鋼性能潛力。
