材料成形工艺学（上）：连铸工艺

1、与铸件接触的砂型部分，其树脂膜被完全烧掉； 靠近铸件的砂型部分，其树脂膜受热碳化，呈多孔海绵状的焦化物沉积在砂粒表面； 距铸件有一定距离的砂型部分，其树脂膜在热作用下变脆； 远离铸件的砂型部分，其树脂膜仍然完好地包覆在砂粒表面。,5. 自硬砂的旧砂再生,三、 酸催化树脂自硬砂,树脂砂型浇注后，固化的树脂膜热作用下发生变化：,破碎结块的砂团，去除砂中的灰分、微粉、铁豆等杂物； 去除砂粒表面的固化树脂膜。,5. 自硬砂的旧砂再生,三、 酸催化树脂自硬砂,再生的目的：,再生砂： 颗粒表面光滑，粒度分布均匀，需酸值降低，微粉少； 热稳定性好，性能容易控制，利于提高铸件质量。,干法 通过机械摩擦去除树脂

2、膜 湿法 通过化学方法去除树脂膜。,5. 自硬砂的旧砂再生,三、 酸催化树脂自硬砂,再生方法：,5. 自硬砂的旧砂再生,三、 酸催化树脂自硬砂,第三章 作业题,通过查阅文献，写出利用湿砂型（粘土砂）生产某一铸件的铸造工艺。 包括： 铸件的名称、重量、材质、结构特点、生产批量、性能要求； 所用粘土砂的配方、性能要求，采用的造型方法； 金属熔炼方法，浇注温度； 容易产生的缺陷及其防止措施。,第四章 金属液态成形特种工艺,在铸型材料、制型方法、金属液充型形式及在型中凝固条件等方面与砂型成形有显著差别的液态成形方法，统称为液态金属成形特种工艺。,特种成形方法,电渣熔铸 流变铸造 触变铸造 快速成形技术

3、,压力铸造 低压铸造 差压铸造 真空吸铸 挤压铸造,熔模铸造 离心铸造 连续铸造 电磁铸造 负压实型铸造,金属型铸造 陶瓷型铸造 石膏型铸造 石墨型铸造,熔模铸造,采用易熔材料制成模样来生产铸件的工艺方法。,又称为“精密铸造”、“失蜡铸造”,熔模铸造,注腊机,熔模铸造,蜡模,熔模铸造,模壳,熔模铸造,熔模铸造,熔模铸造,熔模铸造,离心铸造,将液态金属浇入高速旋转的铸型中，使其在离心力作用下完成充型和凝固以获得铸件的方法。,专用设备：离心铸造机：,离心铸造,离心铸造,球墨铸铁管,离心铸造,球墨铸铁管,离心铸造,巴氏合金轴瓦,压力铸造,在高压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填压铸型（压铸模

4、具）的型腔，并在压力下完成充型和凝固以获得铸件的方法。简称压铸。,专用设备： 压力铸造机（压铸机）,压力铸造,在高压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填压铸型（压铸模具）的型腔，并在压力下完成充型和凝固以获得铸件的方法。简称压铸。,压力铸造,宝马发动机,是用泡沫塑料制作成与零件结构和尺寸完全一样的实型模具，经浸涂耐火涂料，烘干后进行干砂造型，振动紧实，然后浇入金属液使模样受热气化消失，而得到与模样形状一致的金属零件的铸造方法。,负压实型铸造（消失模铸造）,负压实型铸造（消失模铸造）,负压实型铸造（消失模铸造）,4.1 连铸工艺,一、 概况,把高温钢水连续不断地浇铸成具有一定断面形状和一定

5、尺寸规格铸坯的生产工艺过程 称为连续铸钢（连铸工艺）。,把高温钢水连续不断地浇铸成具有一定断面形状和一定尺寸规格铸坯的生产工艺过程 称为连续铸钢（连铸工艺）。,把高温钢水连续不断地浇铸成具有一定断面形状和一定尺寸规格铸坯的生产工艺过程 称为连续铸钢（连铸工艺）。,更大的意义： 实现连铸连轧,一、 概况,1. 连续铸钢相关技术,钢水精炼 钢包控温及低过热度浇注 结晶器材料、结构与振动方式 电磁冶金 二次配水动态控制 动态轻压下 连铸生产过程在线检测与计算机自动控制 铸坯质量在线监控 无缺陷铸坯热装和直轧,一、 概况,2. 连续铸钢设备的组成,机械设备； “三电”设备（电气、仪表、计算机）； 通讯

6、设备； 水道设备； 起重运输设备； 能源介质设备； 厂房基础设备； 环保设备； 其他外围设备。,完成连续铸钢过程所需要的设备叫连铸成套设备。主要包括：,钢水处理设备； 浇钢设备（钢包、中间包）； 结晶器、二次水冷装置； 切割区域设备； 引锭杆收集及输送装置； 出坯辊道和后部精整设备； 中间包及机械维修设备。,机械设备又包括：,浇钢设备、结晶器和二次水冷等连铸机本体装置、切割区域设备、引锭杆收集及输送设备的机电液一体化 构成了连续铸钢核心部位设备，习惯上称为连铸机。,一、 概况,3. 连铸机的分类,立式连铸机 立弯式连铸机 直弧型连铸机 全弧型连铸机,（1）按机型分：,多半径椭圆型连铸机 水平连

7、铸机 轮带式连铸机 履带式连铸机,水平连铸机,轮带式连铸机,一、 概况,3. 连铸机的分类,（2）按铸坯断面形状：,板坯连铸机 带坯连铸机 方坯连铸机 圆坯连铸机 异形坯连铸机 （如工字形和八角形断面）,按铸坯厚度，一般概念认为：,目前，连铸极薄带最薄可达到 0.150.3 mm。,二、 连铸坯的传热与凝固,1. 凝固特点,钢液表面有保护渣，主要通过结晶器散热； 结晶器上部有渣膜（润滑膜）保护，不与钢液直接接触。结晶器下部已凝固成壳，中间有气隙； 钢坯内部有很深的液心； 铸坯断面多为向心柱状晶。,二、 连铸坯的传热与凝固,1. 凝固特点,钢液表面有保护渣，主要通过结晶器散热； 结晶器上部有渣膜

8、（润滑膜）保护，不与钢液直接接触。结晶器下部已凝固成壳，中间有气隙； 钢坯内部有很深的液心； 铸坯断面多为向心柱状晶。,二、 连铸坯的传热与凝固,2. 连铸坯在结晶器内的传热,水平方向的传热：,钢液 坯壳 渣膜（气隙） 结晶器壁 冷却水,传热过程及影响因素：,钢液与坯壳的对流传热； 坯壳的传导传热； 坯壳与结晶器的传热（中间有渣膜、气隙）； 结晶器壁的传导传热； 冷却水与结晶器内壁的对流传热。,二、 连铸坯的传热与凝固,2. 连铸坯在结晶器内的传热,水平方向的传热：,钢液 坯壳 渣膜（气隙） 结晶器壁 冷却水,传热过程及影响因素：,二、 连铸坯的传热与凝固,2. 连铸坯在结晶器内的传热,水平方

9、向的传热：,钢液 坯壳 渣膜（气隙） 结晶器壁 冷却水,传热量估算：,二、 连铸坯的传热与凝固,2. 连铸坯在结晶器内的传热,结晶器传热过程的控制 是保证连铸工艺操作稳定和铸坯表面质量的基础。,二、 连铸坯的传热与凝固,3. 结晶器内坯壳厚度的计算,三、 连铸坯的缺陷及控制,连铸坯的凝固过程：,顶面有 保护渣，弯月面 侧面有 结晶器振动，强烈传热,连铸坯的表面和内部 会产生一些缺陷。,三、 连铸坯的缺陷及控制,1. 连铸坯的表面缺陷,裂纹 气孔 夹杂 振痕、凹陷 成分偏析,三、 连铸坯的缺陷及控制,1. 连铸坯的表面缺陷,裂纹 气孔 夹杂 振痕、凹陷 成分偏析,三、 连铸坯的缺陷及控制,1.

10、连铸坯的表面缺陷,裂纹 气孔 夹杂 振痕、凹陷 成分偏析,钢水在结晶器内形成初凝固壳的状态是决定铸坯表面质量的关键,三、 连铸坯的缺陷及控制,提高连铸坯表面质量的工艺措施：,控制结晶器的传热，使初凝固壳均匀； 裂纹、凹陷 控制结晶器的振动； 振痕、横裂纹 使用性能好的保护渣； 气孔、夹杂 优化结晶器结构； 倒锥角度，弧形壁 电磁搅拌； 气孔、夹杂 软接触电磁连铸。 振痕、裂纹,电磁搅拌的部位：,结晶器电磁搅拌：,（1）借助旋转电磁场使连铸机结晶器内的金属液产生平面旋转，去除杂质、气体。,结晶器电磁搅拌：,（2）扩大等轴晶区改善宏观偏析，减少粗大柱状晶区 。,软接触电磁连铸：,软接触电磁连铸：,（1）减轻结晶器振动对弯月面的影响，液态渣膜连续均匀 。,软接触电磁连铸：,（2）减小初凝壳对结晶器的压力和摩擦力 。,三、 连铸坯的缺陷及控制,2. 连铸坯的内部缺陷,裂纹 气孔 夹杂 缩孔、缩松 成分偏析,连铸坯的内部凝固是在出结晶器后进行的，后继的二次水冷、弯曲矫直等直接影响内部质量。,三、 连铸坯的缺陷及控制,提高连铸坯内部质量的工艺措施：,控制二冷段的传热，使铸坯均匀凝固，提高