液態成型原渣作模襯澆注鐵合金的模具和方法

2023-10-27 17:26:27 1

液態成型原渣作模襯澆注鐵合金的模具和方法
【專利摘要】本發明公開一種液態成型原渣作模襯澆注鐵合金的模具，包括底板，底板上方包括中空的金屬襯板，金屬襯板的內壁設置有固態渣搗打料製成的內襯板，內襯板內設置有由冶煉高碳鉻鐵所產生的熔渣製成的渣襯；渣襯上設置有用於澆築鐵合金的凹坑，凹坑底部設置有凹槽狀壟臺。本發明還公開了一種液態成型原渣作模襯澆注鐵合金的方法，用鐵合金冶煉產生的原渣作模襯，成型過程液態渣澆注，冷卻後強度高，緻密，因所用渣熔點高於鐵合金熔點，解決錠模壽命問題；渣襯底表面有按鐵合金粒度要求設計的凹坑，合金破碎時有合適的受力點，粉化率大大降低。在鐵合金有凹痕的背面施加外力，對其進行破碎。本發明降低鑄鐵模損耗，降低高碳鉻鐵粉化率。
【專利說明】液態成型原渣作模襯澆注鐵合金的模具和方法

【技術領域】
[0001]本發明屬於冶金【技術領域】，具體涉及一種液態成型原渣作模襯澆注鐵合金的模具，本發明還涉及一種液態成型原渣作模襯澆注鐵合金的方法。

【背景技術】
[0002]鉻鐵合金作為鐵合金的三大品種之一，是以鉻與鐵為基本元素的合金，其中還含有碳、矽及少量其他元素。鉻鐵依據其含碳量不同又分為高碳鉻鐵([C] = 6.0?10.0% )和中([c] = 1.0 ?4.0% )、低([C] = 0.25 ?0.50% )、微碳([C] = 0.03 ?0.15% )鉻鐵，主要用於冶煉特殊鋼，且約有百分之八十的鉻鐵用於不鏽鋼生產，因此鉻鐵產品結構直接受不鏽鋼冶煉工藝發展的影響。由於採用氬氧脫碳法(AOD)和真空吹氧脫碳法(VOD)生產不鏽鋼，含碳低的鉻鐵使用量逐年下降，而對高碳鉻鐵的需求量大大增加。國內年產不鏽鋼在2000萬噸左右，需高碳鉻鐵400萬噸左右。2011-2013年國內高碳鉻鐵產量見表I。
[0003]表12011-2013年國內高碳鉻鐵產量數據，單位/萬噸
[0004]

曰期|2011年|2012年|2013年

1? 26 21.5 23?2

225 21.45~237?

330 23.65~ 2ΛΛ
[0005]

4[25 124.7 126.0

520 25.8 2?Γ6

616 26.85~ 29.9
717 26 lh2

815 28.7 32.7

913 2?Γ2 337?
10~ 12 26.7 32.4
Tl~TTl~2^2 35

12~ 13 24 31.95~

合計 |223.4~1300.75 1399.65
[0006]高碳鉻鐵是以鉻礦(含Cr2O3 ^ 40% )、熔劑矽石和焦炭為原料，經高溫碳還原鉻礦中的鉻、鐵及少量其它元素，並滲碳，得到符合要求的液態高碳鉻鐵。目前，國內外液態鐵合金的成型方法主要是模鑄。液態鐵水-去渣-澆入鑄模-冷卻形成一定厚度的平板型鑄錠-一次破碎-清除雜質-二次破碎-成品，成品要求有一定的塊度，而從一次破碎到成品的過程中有7%左右的鐵合金變成了金屬粉末(<3mm)，需要重新回爐，成品鐵收率低。錠模的材質是耐高溫鑄鐵，常使錠模與液態合金髮生熔融焊接和因熱應力而開裂。合金粉化和金屬模消耗，給鐵合金廠造成很大損失，尤其鉻鐵合金因硬度大，難以破碎。國外有廠家採用散澆鑄和機械破碎方法來獲得用戶需要的顆粒產品，鐵水逐爐逐層澆鑄於澆鑄床中，澆鑄床澆滿後，運至破碎站進行機械破碎。這種方法生產效率高，但澆鑄場紊亂，產品疏鬆、夾渣嚴重，產品回爐碎鐵多。球團澆注機生產的產品94%達到了 12mm以上的粒度，這種塊度產品用戶可以接受，但該工藝對合金的熔點、表面張力、粘度和氧化物熔點等要求很多，無法推廣。日本設計了一種帶式澆注機，只需分篩就能得出合格顆粒狀產品，但這種特殊設計的澆注機操作和維護費用昂貴。北京科技大學和八一鐵合金廠在研究鐵合金的連鑄，因鐵合金在連續澆注過程中縱向摩擦阻力大，結晶溫度區間寬，鑄坯容易拉漏，現場實驗進展緩慢。
[0007]目前，鐵合金澆注主要採用鐵模，因澆注溫度高，模子容易熱裂，降低使用壽命；錠模為平底，澆注的鐵合金厚度均勻，無合適的受力點不易破碎，合金粉化率高。


【發明內容】

[0008]本發明的目的是提供一種液態成型原渣作模襯澆注鐵合金的模具，解決了現有技術中存在的鐵合金連續澆注時鑄坯容易拉漏、現行鐵模使用壽命短的問題。
[0009]本發明的另一目的是提供一種液態成型原渣作模襯澆注鐵合金的方法。
[0010]本發明所採用的第一技術方案是，一種液態成型原渣作模襯澆注鐵合金的模具，包括底板，底板上方包括中空的金屬襯板，金屬襯板的內壁設置有固態渣搗打料製成的內襯板，內襯板內設置有由冶煉高碳鉻鐵所產生的熔渣製成的渣襯；渣襯上設置有用於澆築鐵合金的凹坑，凹坑底部設置有凹槽狀壟臺。
[0011]本發明的特點還在於，
[0012]渣襯的材質為高碳鉻鐵冶煉過程中產生的熔渣，熔渣按照質量分數由以下組分構成:25.02 ?27.03 % 的 Si02、35.01 ?38.97 % 的 MgO 和 30.03 ?32.98 % 的 Al2O3,1.19% -1.65%的 Ca0、2.35% -4.00%的 Cr2O3 和 1.15% _1.68%的卩60。
[0013]耐渣材料為碳磚。
[0014]凹坑的形狀如下:上方為四稜台，下方為梯形體；凹坑的梯形體部分的下表面設置有凹槽狀壟臺。
[0015]凹槽狀壟臺的凹角為不小於60°的圓角。
[0016]本發明所採用的第二技術方案是，一種液態成型原渣作模襯澆注鐵合金的方法，具體按照以下步驟實施:
[0017]步驟1、用金屬製作中空的金屬襯板、在金屬襯板內壁搗打散裝固態渣形成內襯板，並用耐渣材料製作上表面設置有凹槽的陽模，作底，將冶煉高碳鉻鐵所產生的熔渣澆入其中，並在液態熔渣上加上金屬底板，待熔渣冷卻凝固後，形成渣襯，將陽模取出，形成渣襯的凹坑，凹槽的部分對應形成凹坑的凹槽狀壟臺；
[0018]步驟2、將待澆注的液態鐵合金澆入渣襯的凹坑中，鐵冷卻至195°C _205°C，液態鐵合金形成固態的鐵錠，取出鐵錠，渣襯下次重複使用。
[0019]本發明的特點還在於，
[0020]步驟I中的熔渣以不大於10°C /min降溫速率緩冷至1360°C，再以15°C /min的降溫速率冷卻至480°C，空冷至195°C -205°C，形成渣襯。
[0021]熔渣按照質量分數由以下組分構成:25.02?27.03%的Si02、35.01?38.97%的 MgO 和 30.03 ?32.98 % 的 Al2O3,1.19 % -1.65 % 的 Ca0、2.35 % -4.00 % 的 Cr2O3 和1.15% -1.68%的FeO，所述耐渣材料為碳磚。
[0022]凹坑的形狀為上方為四稜台，下方為梯形體；凹坑的梯形體部分的下表面設置有凹槽狀壟臺。
[0023]凹槽的凹角為不小於60°的圓角。
[0024]本發明的有益效果是:用鐵合金冶煉產生的原渣作模襯，成型過程液態渣澆注，冷卻後強度高，緻密，因所用渣熔點高於鐵合金熔點，解決錠模壽命問題；渣襯底表面有按鐵合金粒度要求設計的凹坑，合金破碎時有合適的受力點，粉化率大大降低，在鐵合金有凹痕的背面施加外力，對其進行破碎。本發明降低鑄鐵模損耗，降低高碳鉻鐵粉化率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發明液態原渣成型的模具的結構示意圖；
[0026]圖2是本發明液態渣冷凝成型後的渣襯錠模的結構示意圖；
[0027]圖3是本發明陽模的結構示意圖；
[0028]圖4是本發明澆注有液態合金的渣襯錠模的結構示意圖；
[0029]圖5是本發明用渣襯錠模澆的金屬錠的結構示意圖。
[0030]圖中，1.金屬襯板,2.內襯板,3.洛襯,4.金屬底板,5.液態合金,6.凹坑,7.壟臺，8.陽模，9.凹槽。

【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0032]本發明提供一種液態成型原渣作模襯澆注鐵合金的模具，如圖2所示，包括底板4，底板4上方包括中空的金屬襯板1，金屬襯板I的內壁設置有固態渣搗打料製成的內襯板2，內襯板2內設置有由冶煉高碳鉻鐵所產生的熔渣製成的渣襯3 ;渣襯3上設置有用於澆築鐵合金的凹坑6，凹坑6底部設置有凹槽狀壟臺7。
[0033]渣襯3的材質為高碳鉻鐵冶煉過程中產生的熔渣，熔渣按照質量分數由以下組分構成:25.02 ?27.03 % 的 S12,35.01 ?38.97 % 的 MgO 和 30.03 ?32.98 % 的 Al2O3,
1.19% -1.65%的 Ca0、2.35% -4.00%的 Cr2O3 和 1.15% -1.68%的 FeO。
[0034]耐渣材料為碳磚。
[0035]凹坑6的形狀如下:上方為四稜台，下方為梯形體；凹坑6的梯形體部分的下表面設置有凹槽狀壟臺7。
[0036]凹槽9的凹角為不小於60°的圓角。
[0037]本發明提供一種液態成型原渣作模襯澆注鐵合金的方法，採用上述用於澆注鐵合金的模具，具體按照以下步驟實施:
[0038]步驟1、用金屬製作中空的金屬襯板1、在金屬襯板I內壁搗打散裝固態渣形成內襯板2，並用耐渣材料碳磚製作上表面設置有凹槽9的陽模8，作底，將冶煉高碳鉻鐵所產生的熔渣澆入其中，如圖1 ;並在液態熔渣、金屬襯板I和內襯板2上加上金屬底板4，待熔渣冷卻凝固後，形成渣襯3，將陽模8取出，形成渣襯3的凹坑6，凹槽9的部分對應凹坑6的凹槽狀壟臺7，如圖2。
[0039]其中，熔渣按照質量分數由以下組分構成:25.02?27.03%的Si02、35.01?38.97 % 的 MgO 和 30.03 ?32.98 % 的 Al2O3,1.19 % -1.65 % 的 CaO,2.35 % -4.00 % 的 Cr2O3和 1.15% -1.68%的 FeO0
[0040]陽模8選擇可短期表面預熱至400°C相對穩定的耐渣材料碳磚，以提高熔渣充型性。
[0041]如圖3，陽模8的凹坑6的形狀為上方為四稜台，下方為梯形體；四稜台和梯形體部分交界處的外角β為鈍角，四稜台的外角Θ為鈍角；梯形體部分下表面的內角α為鈍角；凹坑6的梯形體部分的下表面設置有凹槽狀壟臺7。其凹槽9的凹角Φ為不小於60°的圓角，以便渣脫模；在溫度高於1360°C前進行不大於10°C /min的一次緩冷，保證高溫相鎂橄欖石和尖晶石析出；1160°C -480°C進行15°C /min的二次緩冷，以消除內應力，抑制固態渣熱裂。
[0042]步驟2、將模具倒過來，金屬底板4即為模具的底，將待澆注的液態鐵合金5澆入渣襯的凹坑6中，如圖4，鐵冷卻至195°C _205°C，液態鐵合金5冷卻後形成固態的鐵錠，將成型的鐵合金從渣襯中取出，如圖5，根據合金錠稜角與陽模稜角角度偏差確定液態合金在有凸臺底面渣襯中的充型性。
[0043]實施例1
[0044]一種液態成型原渣作模襯澆注鐵合金的方法，具體按照以下步驟實施:用金屬製作中空的金屬襯板1、在金屬襯板I內壁搗打散裝固態渣形成內襯板2，並用耐渣材料碳磚製作上表面設置有凹槽9的陽模8，凹槽9的凹角為60°的圓角，作底，將冶煉高碳鉻鐵所產生的熔渣澆入其中，其中，熔渣按照質量分數由以下組分構成:25.02%的Si02、38.97%的 MgO 和 30.03% 的 Al2O3,1.65% 的 CaO,2.35% 的 Cr2O3 和 1.15% 的 FeO,並在液態熔渣上加上金屬底板4，熔渣以10°C /min降溫速率緩冷至1360°C，再以15°C /min的降溫速率冷卻至480°C，空冷至195°C°C，待熔渣冷卻凝固後，形成渣襯3，將陽模8取出，形成渣襯3的凹坑6，凹槽9的部分對應形成凹坑6的凹槽狀壟臺7 ;將待澆注的液態鐵合金澆入渣襯的凹坑6中，鐵冷卻至205°C，液態鐵合金5形成固態的鐵錠，取出鐵錠，渣襯3下次重複使用。
[0045]實施例2
[0046]—種液態成型原渣作模襯澆注鐵合金的方法，具體按照以下步驟實施:用金屬製作中空的金屬襯板1、在金屬襯板I內壁搗打散裝固態渣形成內襯板2，並用耐渣材料碳磚製作上表面設置有凹槽9的陽模8，凹槽9的凹角為65°的圓角，作底，將冶煉高碳鉻鐵所產生的熔渣澆入其中，其中，熔渣按照質量份由以下組分構成:27.03%的Si02、35.10%的MgO 和 30.97% 的 Al2O3,1.67% 的 CaO,3.49% 的 Cr2O3 和 1.48% 的 FeO,並在液態熔渣上加上金屬底板4，熔渣以8°C /min降溫速率緩冷至1360°C，再以15°C /min的降溫速率冷卻至4800C，空冷至205°C，待熔渣冷卻凝固後，形成渣襯3，將陽模8取出，形成渣襯3的凹坑6，凹槽9的部分對應形成凹坑6的凹槽狀壟臺7 ;將待澆注的液態鐵合金澆入渣襯的凹坑6中，鐵冷卻至195°C，液態鐵合金5形成固態的鐵錠，取出鐵錠，渣襯3下次重複使用。
[0047]實施例3
[0048]一種液態成型原渣作模襯澆注鐵合金的方法，具體按照以下步驟實施:用金屬製作中空的金屬襯板1、在金屬襯板I內壁搗打散裝固態渣形成內襯板2，並用耐渣材料碳磚製作上表面設置有凹槽9的陽模8，凹槽9的凹角為60°的圓角，作底，將冶煉高碳鉻鐵所產生的熔渣澆入其中，其中，熔渣按照質量份由以下組分構成:25.05%的Si02、35.01%的MgO 和 32.98% 的 Al2O3,1.09% 的 CaO,4.01% 的 Cr2O3 和 1.68% 的 FeO,並在液態熔渣上加上金屬底板4，熔渣以不大於10°C /min降溫速率緩冷至1360°C，再以15°C /min的降溫速率冷卻至480 V，空冷至200 V，待熔渣冷卻凝固後，形成渣襯3，將陽模8取出，形成渣襯3的凹坑6，凹槽9的部分對應形成凹坑6的凹槽狀壟臺7 ;將待澆注的液態鐵合金澆入渣襯的凹坑6中，鐵冷卻至200°C，液態鐵合金5形成固態的鐵錠，取出鐵錠，渣襯3下次重複使用。
[0049]通過改變熔渣在耐渣材料中的冷卻速度等參數控制渣凝固過程中析出相的數量，改善熱裂性和耐火度；通過步驟I的一步緩冷，促進高碳鉻鐵渣主晶相鎂尖晶石、鎂橄欖石優先析出在渣襯表面，提高耐火度；通過步驟I的第二步緩冷，進一步減小因降溫渣體積收縮產生的內應力，降低熱裂傾向；渣襯在澆注鐵合金前，表面溫度不得低於200°c，防止急冷急熱，降低渣襯在澆注過程中的熱裂傾向；高碳鉻鐵渣主晶相鎂尖晶石、鎂橄欖石和堇青石無晶型轉變點，作為承接液態合金的模襯從低溫到高溫的升溫過程中，沒有因晶型轉變造成的體積突變，因三者線膨脹係數較小，內應力較小，熱裂傾向小；渣襯底表面一改原平板結構，設置的壟臺相當郵票齒孔原理，有凹痕的合金錠會定向破碎。使合金錠出現易破碎的受力點，大大降低金屬粉化率。
【權利要求】
1.一種液態成型原渣作模襯澆注鐵合金的模具，其特徵在於，包括底板(4)，所述底板(4)上方包括中空的金屬襯板(I)，所述金屬襯板(I)的內壁設置有固態渣搗打料製成的內襯板(2)，內襯板(2)內設置有由冶煉高碳鉻鐵所產生的熔渣製成的渣襯(3);所述渣襯(3)上設置有用於澆築鐵合金的凹坑￠)，所述凹坑(6)底部設置有凹槽狀壟臺(7)。
2.根據權利要求1所述的液態成型原渣作模襯澆注鐵合金的模具，其特徵在於，所述渣襯(3)的材質為高碳鉻鐵冶煉過程中產生的熔渣，所述熔渣按照質量份由以下組分構成:25.02 ?27.03 % 的 Si02、35.01 ?38.97 % 的 MgO 和 30.03 ?32.98 % 的 Al2O3,1.19% -L 65% 的 CaO,2.35% -4.00% 的 Cr2O3 和 1.15% -L 68% 的 FeO,以上成分總和接近 100%。
3.根據權利要求1所述的液態成型原渣作模襯澆注鐵合金的模具，其特徵在於，所述耐洛材料為碳磚。
4.根據權利要求1所述的液態成型原渣作模襯澆注鐵合金的模具，其特徵在於，所述凹坑￠)的形狀如下:上方為四稜台，下方為梯形體；凹坑￠)的梯形體部分的下表面設置有凹槽狀壟臺(7)。
5.根據權利要求1所述的液態成型原渣作模襯澆注鐵合金的模具，其特徵在於，所述凹槽狀壟臺(7)的凹角為不小於60°的圓角。
6.一種液態成型原渣作模襯澆注鐵合金的方法，其特徵在於，具體按照以下步驟實施: 步驟1、用金屬製作中空的金屬襯板(I)、在金屬襯板(I)內壁搗打散裝固態渣形成內襯板(2)，並用耐渣材料製作上表面設置有凹槽(9)的陽模(8)，作底，將冶煉高碳鉻鐵所產生的熔渣澆入其中，並在液態熔渣上加上金屬底板(4)，待熔渣冷卻凝固後，形成渣襯(3)，將陽模(8)取出，形成渣襯(3)的凹坑(6)，凹槽(9)的部分對應形成凹坑(6)的凹槽狀壟臺⑵; 步驟2、將模具倒過來，金屬底板(4)即為模具的底，將待澆注的液態鐵合金澆入渣襯的凹坑出)中，鐵冷卻至195°C _205°C，液態鐵合金(5)形成固態的鐵錠，取出鐵錠，渣襯(3)下次重複使用。
7.根據權利要求6所述的液態成型原渣作模襯澆注鐵合金的方法，其特徵在於，所述步驟I中的熔渣以不大於10°c /min降溫速率緩冷至1360°C，再以15°C /min的降溫速率冷卻至4800C，空冷至1950C -2050C，形成渣襯(3)。
8.根據權利要求6所述的液態成型原渣作模襯澆注鐵合金的方法，其特徵在於，所述熔渣按照質量分數由以下組分構成=25.02?27.03%的Si02、35.01?38.97%的MgO和30.03 ?32.98% 的 Al2O3,1.19% -1.65% 的 Ca0、2.35%-4.00% 的 Cr2O3和 1.15% -1.68%的FeO,以上組分總量接近100%,所述耐洛材料為碳磚。
9.根據權利要求6所述的液態成型原渣作模襯澆注鐵合金的方法，其特徵在於，所述凹坑(6)的形狀為上方為四稜台，下方為梯形體；凹坑(6)的梯形體部分的下表面設置有凹槽狀壟臺⑵。
10.根據權利要求6所述的液態成型原渣作模襯澆注鐵合金的方法，其特徵在於，所述凹槽(9)的凹角為不小於60°的圓角。
【文檔編號】B22D7/06GK104148597SQ201410386566
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月6日 優先權日:2014年8月6日
【發明者】馬賀利, 林君, 魯平, 杜成武, 陳韌, 彭可武 申請人:遼寧科技學院