什么是电渣熔铸?电渣熔铸又称电渣重熔,是把大号金属电极插电渣里通电。根据焦耳定律,通电后电渣会发热,将电极熔化形成液滴。液滴顺着电渣间隙往下渗,落入金属熔池,冷却后就变成了金属铸锭。
这里很关键一个重点,是电渣配比,里面料很多,具体怎么配,是各自的秘密。我们目前在渣系配置理论上,跟别人还有差距。但这并不影响,我们有自己先进的地方。因为这个技术发明伊始,就是大家相互封锁,我们早就练出来了。
美国1940年搞出了电渣熔铸,但还没大规模推广,就进行了技术垄断。真正的工业化,是1958年苏联搞出来的。文章这里特别点名,是欧美冶金工作者,在论述电渣发展史时,将历史追溯到美国一个发明,但摸良心说的话,这东西就是人家苏联创造的。
懂电焊的一眼就能看出来,这东西跟电渣焊是一个原理。而电渣焊是苏联发明的,所以苏联的电渣熔铸技术,脉络清晰可见。
那是不是苏联搞出了电渣熔铸技术,我国就自然而然有了这项技术呢?不是的。中国的电渣熔铸技术,是自己独立发展出来的,因为这技术人家苏联也不教。为啥保密程度这么高,我们再回来看这张原理图。
图上这个自耗电极,就是标1的大红柱,它自己就是个金属锭。电渣熔铸的时候,是将这个金属锭熔化,所以才叫电渣重熔。熔化后的金属滴,在流过电渣时,又与电渣发生复杂反应,最后生成纯度非常高的铸锭。所以电渣熔铸本身,其实是一个精炼过程。炼出的金属纯净度高、组织致密、成分均匀、表面光滑。同时还生产灵活,圆锭、方锭、圆管、空心管,从假牙到坦克炮管,从核电转子到航母甲板,它都能适用。
那中国是如何搞出,电渣熔铸技术的呢?这就不得不提一个人,那就是李正邦。据李正邦自述,1958年苏联援助中国的时候,只援助了电渣焊技术,电渣熔铸属于保密禁区。后来是李正邦,在1958年12月9日凌晨,独立搞出了电渣熔铸技术。这个其实比绝大多数欧美国家,拥有电渣熔铸技术时间都要早,因为他们都是60年代中期,从乌克兰引进的。乌克兰当时属于苏联,这再次证明了,人类的电渣熔铸技术,是从苏联出来的。欧美考古发现那个,美国“凯洛电铸锭”,根本没产生过现实意义。
为共和国搞出电渣熔铸技术的李正邦先生,经历非常有意思,我打算冒险说一说。为啥说冒险呢?因为他经历那个年代,发出来可能过不了审。我这里涂黑的,绝不是内容有问题。这份资料来自中国工程院,堂堂正正。涂黑纯粹是各大平台,审核标准不一。
文章说李正邦三代都是知识分子,所以被称为“臭知识分子”。李正邦还很幽默,说幸亏有点儿知识,不然就变成了“臭分子”。然后他还觉得很逍遥,两耳不闻窗外事,一心只攻science。金属物理、量子力学、模糊数学、反应工程学,都是这个时期自学的。其实看李正邦先生照片,也非常喜感,是天生乐观之人。
当时我们的战略是准备打仗,军工制品毛坯制造是瓶颈。然后李正邦就祭出了电渣熔铸技术,表示能够以铸代锻,受到了军方重视。然后这位老先生,就自己设计了电渣熔铸炉,自己开发了工艺软件。我是真佩服,这老先生到底自学了多少东西。最后他用电渣熔铸技术,搞出了潜望镜管、火炮管、飞机起落架、曲轴等产品。1978年拿了两项“全国科技大会奖”。
他当时带着军工项目,下到生产一线。白天在大冶钢厂做实验,晚上自己读书。1978年夏天,厂里发生武斗,军代表在现场维持秩序。当时李正邦为保护测试设备,冒险进了厂,结果被抓个正着。参谋长看他如此爱护公物,肯定他是一个爱国知识分子,然后做了考察。发现他的生活就是车间、中心室、图书馆、招待所,于是放心委以重任。李正邦用电渣熔铸技术,先后搞出了涡轮盘高温合金,大尺寸钨钼高速钢。但成也电渣熔铸,败也电渣熔铸。
1991年院士评选,李正邦得票没超过三分之二,落选了。落选的原因,是只会电渣熔铸,戏路太窄。从后面资料看,李正邦也做过其他工作,但重心还是在电渣熔铸上。最后在1999年,李正邦终于评上了工程院院士。
那商务部限制出口的,这个电渣熔铸技术,是李正邦搞出来的吗?不是。因为李正邦是1933年生人,1999年评上院士的时候,已经66岁了。发明新技术的机会,只能留给后来人了。
限制出口的这个电渣熔铸技术,重点在“大中型薄壁变曲面”,是一个比较复杂的具体应用。做出这个贡献的,应该是沈阳铸造研究所,主要关键词都对得上。该技术2016年,被评定为国际领先,能生产20吨级高品质叶片。这种叶片主要用作,大型水电站水轮机叶片。
2017年该成果获得了,国家技术发明二等奖,牵头人是沈阳铸造研究所娄延春。2023年12月14日,中国工程机械学会发布新闻,娄延春将出任,下一届世界铸造组织主席,任期是2024到2025年。可见在国际上,我们这个带头人,也是被认可的。
但是沈阳铸研这个技术,可能是保密原因,我没有找到太详细的资料。间接资料有一些,但综合起来太麻烦,咱就不费这个力了。下面讲点儿上世纪80年代,与此相关的,已经过时,但当时国际领先的技术。
前面讲这个电渣熔铸,严格来说并不是成型技术,而是金属冶炼技术,造出的产品是金属锭。但既然自耗电极熔化后,生成的是金属液,那为何不把金属液,直接注入模具中,做成产品呢?上世纪80年代,科学家也是这么想的,并且全球首创地,实现了这一技术。
这篇论文知网上有,但没找到免费资源。虽然我能搞到原文,但我担心较真的网友,查证原文时遇到困难,所以咱换个开源资料。开源资料在哪儿呢?远在天边近在眼前。知网这个摘要里,给了个专利号。不过这个专利号是错的,跟原文专利号差了个数字,估计是OCR识别出了问题。通过专利号找到专利,可以看到申请方是北京钢铁学院。下面我们就看看专利内容。
跟我这个民科想法一样,他就是在金属熔池下面,直接放了个模具。这东西看着简单,但实际上跟做饭一样,盐放多少火候多大,都是有讲究的。可不是简单的,八角桂皮香叶,老抽生抽耗油,完了再来块火锅底料,那是没法国际领先的。
从专利详细说明上看,他这里有复杂的移动控制。铸造的产品叫曲轴,中间是拐弯的,所以移动控制没那么简单。之前苏联是分段熔铸,然后多次铸焊,咱们这个是做到了一次成型。根据北京钢铁学院另一篇论文,这种电渣熔铸产品,机械性能超过锻件,多数指标是后者的120%。其中寿命是锻件的110%。目前限制出口的,应该是类似技术,只是铸造的产品更复杂了。
那为啥咱这条科技树点的这么满呢?我猜跟当时机床水平有关。制造方式只有增材、减材、等材三种。3D打印是新事物,而机床咱当时也不行,还受巴统禁运,那剩下就只有铸造一条路。对于别人来说,可以先锻打,然后机床切削。但咱没这个条件,很多地方只能以铸代锻,致密料一次成型,精度不够再手工打磨。
回头看,这可能也是好事。帝国主义关上我们一扇门,结果我们自己凿开了一扇窗。一条科技树被限制,那就换条科技树使劲儿发展。没有金饭碗,搪瓷碗也要端在自己手里。这就是中国制造!中国精神!