CN107790684A - 一种固定和移动电极制造无公共型腔铸件的电渣熔铸方法 - Google Patents

一种固定和移动电极制造无公共型腔铸件的电渣熔铸方法 Download PDF

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Abstract

一种固定和移动电极制造无公共型腔铸件的电渣熔铸方法，其特点是：根据铸件形状、尺寸、成分制备固定电极、移动电极、结晶器及电极接头。固定电极通过电极接头固定在结晶器上，移动电极装卡在电渣炉夹头上。利用固定电极解决公共型腔问题，利用移动电极补充型腔空隙金属量。本发明可解决复杂铸件电渣熔铸时电极充填困难的问题，拓宽了电渣熔铸方法的产品种类和应用领域。

Description

一种固定和移动电极制造无公共型腔铸件的电渣熔铸方法
技术领域
本发明属于铸造领域，特别提供一种固定和移动电极制造无公共型腔铸件的电渣熔铸方法。
背景技术
电渣熔铸是集熔化、精炼、凝固、近终成形为一体的特种铸造方法，是生产高品质铸件的重要方法之一。随着水电、核电、冶金装备制造业的不断发展，各国对电渣熔铸铸件的需求量不断增多。电渣熔铸是个耗材过程，常规的电渣熔铸需要电极沿着公共型腔连续送入结晶器熔化，对于形状复杂的铸件，由于公共型腔过小无法保证有效充型，还有一些铸件根本没有公共型腔，常规的电渣熔铸过程无法实现，导致电渣熔铸只能铸造形状简单的铸件。
技术人员一直在努力尝试使用电渣熔铸方法铸造形状复杂的铸件，开发出了电渣熔铸一步成型、分步成型等工艺技术(包括电渣焊接成型技术)，推动了电渣熔铸的发展，为电渣熔铸在无公共型腔铸件上的应用奠定了基础。经文献检索，已公开发表了此类铸件电渣熔铸方法相关文献，如《铸造》1990年第3期，苏学嵩，电渣熔铸整体曲轴；《东方电机》1998年第1期，龙如清，徐志钢，序红光等，水轮机活动导叶整铸工艺研究；《铸造》2004年53期第7卷，陈瑞，李旭东，郝学卓等，电渣熔铸三峡电站水轮机导叶等。
虽然上述技术有许多优点，但其只针对水轮机导叶、发动机曲轴等异形铸件，未能彻底解决铸件结晶器公共型腔不足或无公共型腔的问题，无法应用于生产诸如三维曲面叶片、球形件、变直径管件等复杂铸件。
发明内容
本发明的目的在于解决目前铸件电渣熔铸过程中电极难以有效充填的问题，提供一种移动电极、固定电极双电极配合熔铸的工艺方法，彻底解决了无公共型腔熔铸问题，将有效拓宽电渣熔铸产品的应用领域。
本发明的目的是通过以下措施实现的：
一种固定和移动电极制造无公共型腔铸件的电渣熔铸方法，其特征在于：根据铸件形状、尺寸、结构和性能要求制备相应结晶器、电极接头、固定电极及移动电极，其中：固定电极为所制铸件的随型电极，移动电极截面为圆柱形或矩形，固定电极与结晶器内壁单侧距离为5-20mm；
本发明利用固定电极解决公共型腔问题，利用移动电极补充型腔空隙金属量，电渣熔铸前，通过电极接头将固定电极固定在结晶器上，将移动电极装卡在电渣炉夹头上，熔铸时分别对移动电极和固定电极通电，固定电极熔化的金属液全部充填到铸件型腔，移动电极熔化的金属液向铸件型腔补充并提供热源(一套移动电极既可为一套固定电极提供金属液，也可为两套或多套固定电极提供金属液，满足特殊铸件工艺要求)，熔铸末期通过调节移动电极熔化参数对铸件补缩。图1为本发明原理示意图。
本发明具体技术方案如下：
(1)、固定电极和移动电极的匹配
根据铸件具体形状设计固定电极和移动电极尺寸。其中：移动电极和固定电极的横截面积比为0.05-0.25，移动电极和固定电极的重量比为0.05-0.28。
固定电极为所制铸件的随型电极(形状与实际铸件形状相似)，可根据工艺需求分割成便于熔铸的若干部分，尺寸应根据铸件大小和加工余量确定，保证装填后单边与结晶器内壁距离5～20mm。移动电极截面为圆柱形或矩形(形状简单，做成简单的圆柱体或长方体可使熔铸过程平稳简便)，尺寸由铸件大小和熔铸工艺参数决定。
(2)、电极制备
固定电极采用砂型铸造方法制备，移动电极采用型材或砂型铸造方法制备均可，二者的化学成分均以实际产品成分要求为准。
(3)、辅助工艺装备制备
辅助工艺装备由结晶器、电极接头两部分组成。
结晶器为对开或组合型，结晶器内腔由三部分组成：固定电极型腔(即铸件型腔)、移动电极型腔和补充通道，固定电极型腔和移动电极型腔通过补充通道相连通；结晶器外壁为钢板，内壁为铜板，中间为水冷空腔。结晶器上法兰面优选留有4～8个连接孔，方便固定电极接头。
电极接头用于连接固定电极、结晶器及电缆，电极接头与固定电极连接采用焊接形式；电极接头与结晶器之间放置绝缘垫片，通过4～8个螺栓连接；电极接头还需留有电缆接口位置及相应的连接孔。
(4)、熔铸前装配
将固定电极通过焊接方法与电极接头连接，然后装填于结晶器内，电极接头置于结晶器上法兰，与结晶器之间放置绝缘垫片，通过4～8个螺栓与结晶器固定，并将装配好的结晶器置于电渣炉底水箱上。移动电极安装在电渣炉夹头上，插入结晶器相应的移动电极型腔。移动电极靠电渣炉卡头供电，固定电极通过电极接头直接连接电缆。
(5)、熔铸过程
根据铸件种类和尺寸、电极与结晶器的几何参数及熔铸工艺来确定相关工艺参数，包括移动电极自身供电参数、移动电极和固定电极的电流配比、熔铸电压、用渣量等。移动电极和固定电极电压相同，移动电极和固定电极电流比为0.2-0.6。起弧可采用固渣起弧或液渣起弧两种方式，熔铸过程中注意保持电压和电流的稳定。
(6)、补缩
待固定电极即将熔化完毕，通过调节移动电极供电参数，实现对铸件补缩。补缩操作靠降低移动电极电流实现，按正常熔铸电流的0-60％进行断续或连续补缩。
本发明与现有技术相比优点如下：
(1)改变了传统电渣熔铸过程中电极与结晶器必须相对运动的理念，通过固定电极解决了铸件公共型腔不足或无公共型腔的问题。采用本发明可以生产传统电渣熔铸无法生产的形状复杂的铸件，如三维曲面叶片、变直径管件、球形件、弓形件等。
(2)由于本发明采用的移动电极形状简单，进而带来熔铸过程的平稳简便，可提高铸件金属利用率。
附图说明
图1发明原理示意图。
图2电极和结晶器型腔位置图。
其中，1、固定电极，2、移动电极，3、电渣炉夹头，4、电极接头，5、绝缘垫片，6、连接螺栓，7、电缆，8、结晶器上法兰，9、结晶器，10、底水箱，11、结晶器型腔。
具体实施方式
实施例1
选取材质为06Cr13Ni4Mo的马氏体不锈钢叶片，叶片的三维轮廓尺寸：500×400×200，最大厚度80mm，最小厚度为15mm。
(1)采用砂型铸造的方法制备固定电极1和移动电极2，化学成分与铸件要求一致。考虑到叶片形状为三维曲面，采用移动电极2居中方式，移动电极2为矩形截面(100mm×40mm)，长度2000mm。固定电极1按叶片形状沿宽度方向分为两瓣，两瓣长度均为550mm(有效长度500mm，补缩余头50mm)。图2为电极和结晶器型腔位置图。
(2)结晶器9采用铜/钢焊接的分体组合式结晶器，结晶器9内腔板与外腔板的水缝宽度为15mm。结晶器上法兰8面留有6-￠12连接孔。
(3)先将固定电极1焊接到电极接头4上，再将电极接头4与结晶器上法兰8面进行绝缘连接(中间放置绝缘垫片5，六连接根螺栓6连接)。
(4)将带有固定电极1的结晶器9放置于电渣炉底水箱10上，同时将电极接头4接两根水电缆7。移动电极2装卡在700KVA电渣炉夹头3上，并插入结晶器9相应位置。
(5)电渣熔铸工艺过程：
①、渣系与渣量配比(质量百分比)，CaF2：60％、Al2O3：30％、MgO：5％、CaO：5％，渣量重量为叶片重量的8％。
②、采用固渣起弧，起弧料化学成分以质量百分比为TiO2：65％，CaF2：45％。
③、供电参数选择：根据铸件尺寸、电极与结晶器的几何参数及熔铸工艺，确定熔铸电压50V、固定电极1电流为4000A，移动电极2电流1800A。
④、补缩期内，通过观察，固定电极1熔化掉500mm时，逐渐减小移动电极2电流。按正常熔铸电流的0-50％进行断续补缩，至固定电极1熔化掉550mm时熔铸过程结束。
⑤、熔铸结束后，冷却20分钟后取出铸件，随即切除移动电极型腔的多余金属，同时切除固定电极型腔的补缩冒口，得到叶片铸件。
通过电渣熔铸，制备了叶片。经检测，铸件成型良好，型线合格，其化学成分为：C：0.04％、Si：0.55％、Mn：0.9％、P：0.015％、S：0.008％、Cr：11.5％、Ni：3.8％、Mo：0.6％、Cu：0.19％、V：0.19％、W：0.05％、N：0.012％、H：0.0002％、O：0.0075％，余量为Fe。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种固定和移动电极制造无公共型腔铸件的电渣熔铸方法，其特征在于：根据铸件形状、尺寸、结构和性能要求制备相应结晶器、电极接头、固定电极及移动电极，其中：固定电极为所制铸件的随型电极，移动电极截面为圆柱形或矩形，固定电极与结晶器内壁单侧距离5-20mm；
电渣熔铸前，将固定电极通过电极接头固定在结晶器上，将移动电极装卡在电渣炉夹头上，熔铸时分别对移动电极和固定电极通电，固定电极熔化的金属液全部充填到铸件型腔，移动电极熔化的金属液向铸件型腔补充并提供热源，熔铸末期通过调节移动电极熔化参数对铸件补缩。
2.按照权利要求1所述固定和移动电极制造无公共型腔铸件的电渣熔铸方法，其特征在于：所用铸件结晶器为对开式或组合式，结晶器内腔分为固定电极型腔、移动电极型腔和补充通道三部分。
3.按照权利要求1所述固定和移动电极制造无公共型腔铸件的电渣熔铸方法，其特征在于：所述电极接头用于连接固定电极、结晶器及电缆，电极接头与固定电极连接采用焊接形式；电极接头与结晶器之间放置绝缘垫片，通过螺栓连接；电极接头还留有电缆接口位置及相应的连接孔。
4.按照权利要求2或3所述固定和移动电极制造无公共型腔铸件的电渣熔铸方法，其特征在于：所述结晶器上法兰面留有4-8个连接孔，用于连接电极接头。
5.按照权利要求1所述固定和移动电极制造无公共型腔铸件的电渣熔铸方法，其特征在于：移动电极和固定电极的横截面积比为0.05-0.25，移动电极和固定电极的重量比为0.05-0.28。
6.按照权利要求1所述固定和移动电极制造无公共型腔铸件的电渣熔铸方法，其特征在于：熔铸过程中，移动电极和固定电极的电压相同，移动电极和固定电极电流比为0.2-0.6。
7.按照权利要求1所述固定和移动电极制造无公共型腔铸件的电渣熔铸方法，其特征在于：一套移动电极既可为一套固定电极提供金属液，也可为两套固定电极提供金属液。
8.按照权利要求1所述固定和移动电极制造无公共型腔铸件的电渣熔铸方法，其特征在于：待固定电极即将熔化完毕，通过调节移动电极供电参数，实现对铸件补缩，按正常熔铸电流的0-60％进行断续或连续补缩。
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