电渣熔铸

冶金工艺

电渣熔铸(electroslag casting)是一种使金属精炼和铸造成型一次完成，生产优质合金铸件的电渣冶金工艺。它是利用电流通过液渣所产生的电阻热，不断地将金属电极熔化，熔化的金属汇聚成滴，穿过渣层滴入金属熔池，同时在异型水冷模内凝固成铸件的技术。

原理

电渣熔铸过程与电渣重熔基本相同。如图1所示，来自短网的电流通过自耗电极进入渣池，产生电阻热将渣加热至高温，自耗电极的顶部被渣池逐渐加热熔化形成金属熔滴，金属熔滴从电极端头脱落，穿过渣池进入金属熔池，由于水冷结晶器的冷却作用，液态金属在铜制异型水冷结晶器内逐渐形成异型铸件。

冶金特点

电渣熔铸过程具有以下冶金特点：（1）反应温度高达1900℃左右；（2）渣池强烈搅拌；（3）水冷模强制冷却；（4）渣池冒口加热和金属熔池可起补缩作用；（5）电毛细振荡，随着交流电周期性变化，钢渣界面有微细振动，可强化精炼过程；（6）钢一渣充分接触。

电渣熔铸的冶金特点决定了该技术具有以下优越性：（1）金属纯洁。电渣熔铸过程是提高铸件精密度过程，钢渣充分接触，钢中非金属夹杂物为熔渣吸附和熔解，有效地去除钢中有害元素（S、P、Pb、Sb、Bi、Sn等）和有害气体（N、H、O）；一般气体含量可降至0.002%左右；夹杂物总量达0.004%～0.006%，可见熔铸金属相当纯净。（2）金属组织致密。由于电渣熔铸金属纯净且采用强制冷却，因此电渣熔铸金属比普通铸造金属的密度提高0.33%～1.37%。（3）钢的成分和组织均匀。（4）钢的结晶细化。（5）铸件表面光洁。由于电渣熔铸件表面包裹一层薄薄的渣衣，铸件表面光洁，无需机加工。

设备

电渣熔铸的基本设备包括电渣炉、结晶器，电源变压器；辅助设备包括熔化及浇注渣装置，装配及焊接自耗电极设备等与电渣重熔完全相同。惟有其结晶器的结构与电渣重熔的结晶器差别很大，通常在电渣熔铸中也称之为铸模。它具有两种功能：一是不断地消耗自耗电极金属而聚集液态金属；二是将金属液凝固铸造成型。它的形状、尺寸及复杂程度根据具体零件的形状、尺寸及选定的电渣熔铸工艺方案来决定，归纳起来可分为4类：

（1）异型结晶器电渣熔铸。熔融金属直接在铸型内熔炼和结晶，如同典型的电渣重熔那样，金属电极和铸件是同轴的，铸件与结晶器相对不动，用白耗电极熔化的金属充填异型结晶器。

（2）带熔合坯的电渣熔铸。如图2所示，该结晶器适用于熔焊结合电渣熔铸：以预先用其他方法（铸或锻）准备好的钢坯零件作为被熔合坯料，把它插到结晶器（铸模）相应的位置上，然后在铸模中熔化这些零件的连接部分。

（3）金属转注结晶器的电渣熔铸。自耗电极熔化的钢液聚集在活动熔化室中，熔化室中的液态金属部分或全部地转移浇注到结晶器（铸模）型腔，通常称为金属转注电渣熔铸法或简称电渣转注。自耗电极与铸件不在同一轴线上，熔铸过程中熔化装置相对于固定的铸模移动，直到铸模中充满电渣金属为止。用此方法可以获得复杂的异型铸件，不受自耗电与铸件之间截面比等条件的限制，而且可能制造双金属或多层金属铸件。

（4）空心锭和管坯电渣熔铸。如图3所示形成铸件空腔芯棒的上部分处于电极下面的渣池内，熔铸过程芯棒垂直向上移动，而水冷铸模（结晶器）相对于铸锭固定，即电渣穿孔法熔铸空心锭或管坯。

电渣熔铸产品

电渣熔铸是生产异型机械部件毛坯、实现以铸代锻的重要方法，电渣熔铸已被广泛地应用于石油化工、造船、军工等机械部门生产高质量零件毛坯（见表）。选择电渣熔铸产品有3条原则：（1）该产品用其他方法无法生产；（2）现有方法生产的产品毛坯需花费相当多的材料和劳力；（3）产品毛坯形状复杂，而且要求具有高质量、高性能水平，同时兼顾提高金属收得率。下表为常见电渣熔铸产品。

产品的铸态性能

电渣熔铸过程中，金属的熔化、精炼、结晶、成型等几道工序是在异型水冷结晶器（铸模）内同时进行的，由于金属材料受合理渣系有效的精炼，使金属中的非金属夹杂物、有害元素、有害气体大量去除，从而获得高纯度的熔铸件。同时由于铸件在水冷铸模内快速冷却顺序结晶，金属的组织致密、成分均匀，消除了机械和物理性质的异向性，低倍组织得到改善，一般铸件中常见的发纹、疏松、缩孔、夹渣、偏析等缺陷基本被消除，铸件性能提高。电渣熔铸件的特点是不需要热变形而采用热处理就可以使之具有锻件性能，这是因为电渣熔铸金属化学成分均匀，组织致密，没有树枝偏析和带状偏析等缺陷，即使在晶界分布少量而均匀的杂质对其结构也没有影响。研究证实，只要对电渣熔铸件在热处理时增加一次均匀退火处理就可以消除电渣熔铸钢固有的“铸态断口”，从而发挥电渣熔铸钢性能潜力。

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