在金屬液面下水平或斜向導入液流時,對流分布特征將發(fā)生顯著變化,固液界面前沿的溫度和凝殼厚度變得較均勻,因而有利于降低鑄錠的熱裂傾向,減少鑄錠中心區(qū)域的縮松,尤其有利于防止扁錠大面產生縱向裂紋。同時,由于沒有強烈的軸向循環(huán)對流,因而可減少金屬的二次氧化,有利于夾渣和氣體的上浮。
自然對流
金屬液內溫度和濃度不均引起的對流,稱為自然對流,由溫度不均引起的對流又叫熱對流。自然對流的驅動力是因密度不同而產生的浮力。由于溫度不均造成熱膨脹不均,致使金屬液密度不均而產生浮力。當浮力大于金屬液的粘滯力時就會發(fā)生自然對流。
枝晶間液體金屬的流動。在鑄錠凝固時,在凝固區(qū)內(固液兩相共存區(qū)),枝晶間的液體金屬仍能流動,其驅動力是液體體收縮、凝固體收縮,枝晶間相通的液體靜壓力及析出的氣體壓力等。金屬液流經枝晶間隙如同流體流經細小的多孔介質一樣。
影響凝固傳熱的因素
金屬性質。金屬的導溫系數a代表其導熱能力的大小,α大,鑄錠內部溫度易于均勻,溫度分布曲線就比較平坦,溫度梯度?。焕?,紫銅α=1.17,黃銅α=0.37,在相同的工藝條件下,紫銅鑄錠斷面的溫度分布曲線比黃銅的要平坦些。通常,隨合金程度的提高,金屬導熱性降低,因而鑄錠斷面的溫度梯度增大。金屬的結晶潛熱大,向凝殼傳輸的熱量多,模壁溫度高,故降低鑄錠的冷卻速度和斷面的溫度梯度。
錠模和涂料性質
鑄錠的凝固速度主要取決于錠模的冷卻能力。熔點較高的紫銅等厚大鑄錠,模壁厚薄對其凝固傳熱過程的影響無明顯差別。
涂料分為耐火涂料和揮發(fā)性涂料兩種。氧化鋅等耐火性涂料,因導熱性差,增大模壁/鑄錠界面的熱阻,故降低鑄錠凝固速度,延長凝固時間。揮發(fā)性涂料留在模壁上的殘焦,可減小界面熱阻,使傳熱性能有所改善。生產中常用改變涂料層厚度、組成及性質的方法來調節(jié)鑄錠的冷卻速度,改善鑄錠的表面質量。例如,易氧化生渣的黃銅鑄錠,涂料可用機油或煤油和適量煙灰
澆注工藝
澆注工藝主要包括澆注溫度、澆注速度及冷卻強度,三者互相配合才能有效地控制凝固傳熱過程,從而獲得所要求的鑄錠組織和質量。
連續(xù)鑄錠的冷卻強度主要取決于冷卻水用量或水壓。鑄錠在結晶器內的一次冷卻,僅導出總熱量的15-20%,其余熱量主要由二次冷卻來導出。一次冷卻的作用是使鑄錠成型,并且有足夠厚的凝殼,能抵抗金屬液的靜壓力,鑄錠與結晶器之間的摩擦力和凝固收縮力,使鑄錠不致變形或開裂。二次冷越大,液穴越淺平,越有利于軸向凝固,鑄錠組織越致密。
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