F=bh-(2A+2B),

其中,2B=0.7h×0.6h×tan6°。圖2-3(b)的截面積為:

F=bh-2A,

其中2A=h·htan6°。

鑄輪直徑常為1200~2000mm范圍內(nèi),錠槽的截面積則在1300~3500mm2范圍,生產(chǎn)率在2~8t/h之間。鋼帶對(duì)鑄輪的包角通常在210°~240°范圍內(nèi)。按時(shí)鐘的方位,鋁水在1點(diǎn)鐘處注入,錠坯在7點(diǎn)到8點(diǎn)間引出。這樣鑄腔的外表長(zhǎng)度為鑄輪直徑的1.8~2.1倍。

于是可以計(jì)算出:鑄腔中容納的總質(zhì)量(kg),通過(guò)鑄腔的時(shí)間(s)和每秒鐘向鑄腔注入的鋁水重(kg/sec)。若鑄入時(shí)鋁水溫度為700℃(比熔點(diǎn)高40℃),引出時(shí)錠坯溫度為480℃,則可估算出它在模腔中應(yīng)該發(fā)散的熱量(kcal)。這些熱量先傳給了鑄輪和鋼帶,使之與鋁相接觸的內(nèi)表面迅速升溫,再將熱傳到鑄輪和鋼帶的外表面,再被噴射沖擊的冷卻水帶走。圖2-4是連續(xù)鑄造銅錠坯時(shí)模腔內(nèi)外壁的溫度變化,銅水注入溫度1132℃,錠坯脫模溫度977℃(分別高于熔點(diǎn)49°和低于熔點(diǎn)106℃),錠坯截面積3935mm2,高寬比為1：2,測(cè)量點(diǎn)B1和B2離模腔內(nèi)、外表面分別為1.3和1.5mm處。由記錄可見(jiàn):銅在模腔內(nèi)停留16s,內(nèi)壁溫度上沖到750℃,而外壁因有水冷,上升緩慢,在第16s時(shí)只有200℃。當(dāng)錠坯脫離之后,內(nèi)壁溫度在4s內(nèi)跌落到200℃,但由于熱的滯后作用,內(nèi)、外壁溫度還都有少許上升,然后都回落到150℃,看來(lái)沖水冷卻是很重要的。

若需排放的熱量疏散不好,則錠坯脫模溫度升高。此時(shí)需加強(qiáng)沖水,如若沖水強(qiáng)度已達(dá)極限,那只能進(jìn)行二次冷卻,即向脫模后的錠坯直接沖水?；驕p少鋁水的注入量(kg/s),即降低鑄速。這就降低了生產(chǎn)率。

反之,若散熱過(guò)多,則錠坯脫模溫度過(guò)低則需減少冷卻水的用量,希望冷卻能力稍大,這樣可調(diào)控錠坯的溫度,以滿足后續(xù)工序的不同要求,也不影響生產(chǎn)率。

強(qiáng)化冷卻,只有從工藝和設(shè)備兩方面著手:

(1)鑄輪。它用導(dǎo)熱性僅次于銀的紫銅制作,雖價(jià)格比鋼鐵貴,但其導(dǎo)熱性比鋼鐵好4倍多,故銅傳熱快,對(duì)錠坯的冷卻效率高。銅的純度越高導(dǎo)熱性越好,鑄入鑄輪的銅水應(yīng)采用木碳脫氧,用磷銅脫氧的銅,導(dǎo)熱率降低。鑄輪中的沙眼和疏松會(huì)增大熱阻,故不宜存在,鑄輪毛坯在上車(chē)床前先鍛造則更好。模腔壁薄,散熱效果好,但從強(qiáng)度和剛度看模壁應(yīng)有一定的厚度。

(2)鋼帶。常用低碳鋼的鋼帶。厚度2.5mm左右時(shí),其傳導(dǎo)出的熱量與12mm厚的紫銅相當(dāng),這樣鋁向四周的散熱,基本一致,最終凝固點(diǎn)在錠坯的中央。

(3)冷卻水。水溫低些,水量大些,使用扁噴嘴,從法向?qū)?zhǔn)冷卻面,并離冷卻面近些都有利于熱交換。冷卻面上的水氣氣膜起隔熱作用,故冷卻水需具有相當(dāng)壓力和相當(dāng)速度以將氣膜沖破。冷卻鋼帶叫外冷,冷卻鑄輪叫內(nèi)冷,它們?cè)趫A周上又分若干區(qū)段,內(nèi)外圓周上各區(qū)段的水量可分別調(diào)節(jié),水系統(tǒng)的壓力3~6atm(101kPa),冷卻水的總流量是鑄造機(jī)產(chǎn)能的15~20倍。循環(huán)水池大些為好,以便即使在夏天水溫也能自然降低。

(4)鋁水。鋁水鑄入時(shí)的溫度低些,對(duì)冷卻當(dāng)然有利,但是這都由工藝要求而定,可調(diào)節(jié)范圍不大。

鑄機(jī)已經(jīng)購(gòu)得,則設(shè)備條件已經(jīng)固定,此時(shí)可調(diào)節(jié)的只是冷卻水了。

鋼帶和鑄輪是鑄造機(jī)最主要的消耗品,它們工作條件惡劣,在熱和力的反復(fù)作用后,鋼帶發(fā)生翹曲,并越來(lái)越嚴(yán)重,焊縫上也出現(xiàn)裂紋并不斷擴(kuò)大。鑄輪在長(zhǎng)時(shí)間使用后也會(huì)變形,和出現(xiàn)裂紋。許多工廠都具有結(jié)晶輪維護(hù)和保養(yǎng)的經(jīng)驗(yàn),可供參考。據(jù)資料稱,鋼帶的壽命為幾個(gè)班,鑄輪壽命可鑄上萬(wàn)噸鋁,延長(zhǎng)它們的壽命是降低成本的一個(gè)因素。

(5)鑄坯。在生產(chǎn)率上要達(dá)到設(shè)計(jì)要求外,在品質(zhì)上也應(yīng)該滿足,即:

化學(xué)成分合格,雜質(zhì)含量不超標(biāo);

截面的外形和尺寸附合圖紙要求,尺寸不合時(shí)應(yīng)修整輪槽;

錠坯表面應(yīng)平滑光亮,沒(méi)有冷隔、裂紋、毛刺和夾雜等,并且鑄輪與鋼帶交界處的飛邊應(yīng)圓滑地刮去;

錠坯內(nèi)部沒(méi)有孔洞和疏松,組織致密,晶粒細(xì)小,不應(yīng)是柱狀晶粒;

錠坯溫度符合下工序要求,開(kāi)鑄時(shí)的冷頭都應(yīng)剪去。