水平連續鑄造鑄鐵管型材的裝置的製作方法

2023-05-04 20:21:31

專利名稱：水平連續鑄造鑄鐵管型材的裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於冶金鑄造技術領域，涉及一種水平連鑄裝置，具體涉及 一種水平連續鑄造鑄鐵管型材的裝置。
技術背景鑄鐵型材由於具有良好的耐壓性能和機械加工性能，其應用量和應用領 域不斷擴大，尤其應用於加工各種機械用的旋轉體零件以及各種異形零件， 例如法蘭、圓環、三角皮帶輪、柱塞等。但是由於鑄鐵型材心部的材質相對 較軟，加工的套類零件內表面相對外表面材質較軟，不能體現出鑄鐵型材的 高強度高緻密性及低成本的優勢，使其應用受到一定限制，而且使用現有鑄 鐵型材加工套類及發蘭類零件時，要將芯部掏空，造成材料極大浪費。如果直接採用鑄鐵管型材來加工套類或發蘭類零件，就會大大節約成 本。現有的鑄鐵管型材的鑄造，通常採用以下方式-(1) 立式半連續鑄造。由於金屬液直接澆入結晶器，夾雜、夾渣等缺 陷不能完全避免，因此不能用於重要機械零件的加工，並且不能生產內孔尺 寸較小的管材。(2) 離心鑄造。由於離心鑄造會在鑄鐵管內表面存在較厚的一層缺陷 層，因此，這種方法生產的鑄鐵管材不能用於加工高精密的零件和對氣密性 有較高要求的零件。另外，這種方法生產的鑄鐵管材長度有限，受工藝限制， 不能在一臺離心機上同時生產任意長度的鑄鐵管材。(3) 水平連續鑄造。在專利號ZL02282186.4,發明名稱為《空心鑄鐵型材及水平連鑄裝置》(公開號CN2589125,
公開日2003.12.03)和專利號 ZL02287947.1，發明名稱為《鑄鐵水平連鑄機內結晶器》(公開號CN2586552，
公開日2003.11.19)的文本中，分別公開了採用水平連續鑄造工藝製備空心 鑄鐵型材的裝置和內結晶器的結構。但是其採用的是內結晶器在保溫爐後壁 上固定的結構，結晶器為懸臂式伸在保溫爐下部鐵水中，根據伯努力方程， 該種布置方式極易造成內結晶器的上浮和變形，使鑄造出的管材內徑與外徑 不同心、芯部不均勻。另外，儘管採用了絕熱材料對石墨套進行了隔離，但 對鐵水的降溫作用較難避免。 發明內容本實用新型的目的在於提供一種水平連續鑄造鑄鐵管型材的裝置，解決 了現有技術中連續鑄造鑄鐵管型材時易產生偏心的缺陷。本實用新型所採用的技術方案是， 一種水平連續鑄造鑄鐵管型材的裝 置，包括保溫爐、澆口、在保溫爐下部的爐體壁處水平設置的外結晶器以及 內結晶器，內結晶器的一端伸入外結晶器內，另一端垂直固定在保溫爐的耐 火磚中，內結晶器分為三部分， 一部分水平伸入外結晶器內，中間部分水平 處在保溫爐的熔融液中，另一部分垂直固定在保溫爐的耐火磚中。本實用新型的特點還在於，外結晶器從外向內依次設置為外結晶器鋼套和外結晶器石墨套，外結晶器鋼套上分別設置有外結晶器進水口和外結晶器出水口，使冷卻水進出循環方向與熔融液流出方向相反。外結晶器的一端伸入保溫爐內，有10 50mm浸泡在熔融液中。 內結晶器由外向內依次為內結晶器石墨套和內結晶器鋼套外管、內結晶器鋼套內管，內結晶器出水口與水冷鋼套外管相接，內結晶器進水口與內結晶器鋼套內管相接。內結晶器伸入外結晶器的部分包裹內結晶器石墨套，垂直部分及部分水 平部分包裹陶瓷套管。內結晶器石墨套的外徑設置一定錐度，錐度值為l: 100 1: 400，在保 溫爐內的一端直徑大，在保溫爐外的一端直徑小。本實用新型的裝置可以連鑄出鑄鐵管型材，在相應領域替代鑄鐵型材加 工重要套類、管類和法蘭零部件，充分發揮鑄鐵水平連續鑄造的工藝優勢和 材質優點，減少加工量，降低成本。鑄造出的鑄鐵管型材不僅表面光潔，內 部組織緻密，而且避免了內外徑不同心的現象。整個系統使用安全，操作方 便，生產效率高，也適用於其它金屬及合金的管型材水平連續鑄造。利用本 裝置可以生產的鑄鐵管型材材質為灰鑄鐵管型材、球墨鑄鐵管型材及合金鑄 鐵管型材。

圖1是本實用新型鑄鐵管型材的水平連鑄裝置的結構示意圖； 圖2是本實用新型中水冷石墨套內結晶器和水冷石墨套外結晶器與保溫 爐安裝的局部放大圖；圖3是本實用新型裝置可鑄造出不同形狀鑄鐵管型材的截面示意圖。 圖中A、保溫爐，B、外結晶器，C、內結晶器，D、牽引機組；1、爐 蓋，2、爐蓋修築耐火磚，3、爐蓋修築耐火材料，4、澆口， 5、熔融金屬液， 6、爐體修築耐火材料，7、爐體修築耐火磚，8、爐體壁，9、外結晶器出水 口， 10、外結晶器進水口， 11、外結晶器鋼套，12、 二次噴霧冷卻器，13、 牽引輥，14、管材，15、內結晶器進水口， 16、內結晶器出水口， 17、內結 晶器鋼套內管，18、內結晶器陶瓷套管，19、內結晶器鋼套外管，20、內結結晶器石墨套，22、螺母。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本發朋進行詳細說明。如圖1所示，本實用新型的水平連續鑄造裝置，包括儲存與保溫鐵水為 一體的保溫爐A、水冷石墨型外結晶器B、水冷石墨型內結晶器C及牽引機 組D。保溫爐A的爐蓋1由爐蓋修築耐火磚2砌成，中間夾雜爐蓋修築耐火材 料3，爐體也是由爐體修築耐火磚7和爐體修築耐火材料6砌成。外結晶器B設置在保溫爐A下部爐體壁8的外側，外結晶器B由外向 內依次為水冷鋼套11和外結晶器石墨套21，其中外結晶器石墨套21與鋼套 11之間採用過盈配合在一起，水冷鋼套11上設置外結晶器進水口 IO和外結 晶器出水口9，使冷卻水進出循環方向與熔融液流出方向相反，外結晶器進 水口 IO置於遠離保溫爐A—側，外結晶器出水口 9置於靠近保溫爐A—側。為了避免重力作用造成鑄鐵管型材的底部出現"疤皮"缺陷組織，外結晶器 石墨套21在保溫爐A內的一端有10 50mm浸泡在熔融金屬液5中。浸泡 在金屬液中的一段可以是結晶器伸長段，也可以是隔離環伸長段。為了避免 漏爐事故，提高拉拔速度，外結晶器B遠離保溫爐A —側外設置二次噴霧 冷卻器12， 二次噴霧冷卻器12噴出的水的起點要噴到管材14出口緊貼外結 晶器B處。內結晶器C固定在保溫爐A底部的外壁上，內結晶器C由外向內依次 為內結晶器石墨套20和內結晶器鋼套外管19、內結晶器鋼套內管17。內結 晶器石墨套採用分段設置，其中形成鑄鐵管材內表面的部分採用石墨套，內 結晶器出水口 16與水冷鋼套外管19相接，內結晶器進水口 15與內結晶器鋼套內管17相接。內結晶器C的垂直部分及部分水平部分採用陶瓷套管18， 該部分包裹在保溫爐爐體修築耐火磚7及爐體修築耐火材料6中。陶瓷套管 18的材質可採用ZrO， Si02、 A1203、 CB或NB等，內結晶器石墨套20及 陶瓷套管18通過螺母22固定。為了滿足金屬液凝固過程的體積收縮，內結 晶器石墨套20的外徑設置一定錐度，錐度值為l: 100 1: 400，在保溫爐 A內的一端尺寸(直徑)大，在保溫爐A外的一端尺寸(直徑)小。鑄鐵管型材採用牽引機組D牽引。牽引機組D設置四個牽引輥13，四 個牽引輥13可以均是主動輥，也可以採用下輥主動，上輥從動。牽引工藝 為"拉一停一拉"，可以單流、雙流或多流連續鑄造鑄鐵管型材。根據產品需要，變換水冷石墨型內結晶器內石墨套的外徑尺寸和水冷石 墨型外結晶器外石墨套的內徑尺寸，可以生產內孔直徑為040 200mm及相 當尺寸截面、外徑尺寸為0 50 300mm及相當尺寸截面、壁厚為5 50mm 的鑄鐵管型材。鑄鐵管型材的形狀也為多樣，中心為圓形、矩形或多邊形通 孔，外形可以是圓形、矩形及多邊形。鑄鐵管型材材質可以是灰鑄鐵管型材、 球墨鑄鐵管型材及合金鑄鐵管型材。本實用新型採用的技術方案，與普通鑄鐵型材水平連續鑄造相比，由於 鑄鐵管型材的內外壁均在石墨型中凝固，鑄鐵管型材的內壁組織和外壁組織 均與鑄鐵型材表層組織相似晶粒細小、組織緻密，無砂型鑄造缺陷。因此， 加工空心類零件時，可以充分發揮鑄鐵水平連續鑄造的優勢，製備的空心類 零件內外壁組織特徵和硬度指標相近，機械性能提高，切削性能提高，表面 光潔，加工餘量小。可以直接加工成如空調壓縮機轉子輥套，火車轉向架軸 套、閥體、齒輪泵外殼，液壓導向套等，比使用普通水平連鑄鑄鐵型材加工 這類零件提高了性能、提高了工效，減少了加工量，降低了成本。實施例水平連續鑄造^ 150mmx30mm厚的灰鑄鐵管型材。在保溫爐A底部裝上水冷石墨型內結晶器C，結晶器的垂直部分通過耐 火磚7和耐火材料6固定，如圖2所示，並將部分水平部分也用耐火材料包 覆住，水冷石墨套內結晶器外用的陶瓷套管18的材質為ZrO、 Si02、 A1203、 CB或NB等，內結晶器石墨套20在保溫爐A內的外徑為大端，尺寸為-90， 錐度為l: 150。內結晶器C的冷卻水進水從內結晶器進水口 15通入，從內 結晶器出水口 16流出，水流量為1噸/小時。水冷石墨型外結晶器B的進水 從外結晶器進水口 IO流入，從外結晶器出水口9流出，水流量為1.5噸/小 時。二次噴冷水流量為0.3噸/小時。當孕育後的灰鑄鐵鐵水從保溫爐爐蓋1 的澆口4澆入保溫爐A後，鐵水流經水冷石墨型內、外結晶器時，內外壁均 開始形成凝殼，並逐漸增厚，並通過牽引機組D以"拉-停-拉"工藝單流連 續鑄造，不斷拉出鑄鐵管型材。本實用新型結構緊湊合理，思路新穎，由於採用了在保溫爐底部安裝水 冷石墨型內結晶器，形成鑄鐵管型材內表面的部位結晶器外包覆的是導熱良 好的內石墨套，並且變換該石墨套的尺寸和形狀可以方便的變換鑄鐵管型材 的內孔尺寸和形狀；水冷石墨型內結晶器其它部分採用了耐高溫、不與鑄鐵 鐵水發生反應的陶瓷材料和耐火材料包覆在外側，避免了暴露在鐵水中的結 晶器是鐵水降溫。採用本實用新型的裝置，鑄鐵管型材的內外壁均得到良好 的冷卻，同時向壁厚的中心凝固，鑄鐵管型材的內外表面光潔，組織緻密， 整個系統使用安全，操作方便，生產效率高。不僅適合於鑄鐵管型材的水平 連續鑄造，也適合其它金屬及合金的管型材水平連續鑄造。
權利要求1、一種水平連續鑄造鑄鐵管型材的裝置，包括保溫爐(A)、澆口(4)、在保溫爐(A)下部的爐體壁處水平設置的外結晶器(B)以及內結晶器(C)，其特徵在於，所述內結晶器(C)的一端伸入外結晶器(B)內，另一端垂直固定在保溫爐(A)的耐火磚中，內結晶器(C)分為三部分，一部分水平伸入外結晶器(B)內，中間部分水平處在保溫爐(A)的熔融液中，另一部分垂直固定在保溫爐(A)的耐火磚中。
2、 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述的外結晶器(B)從 外向內依次設置為外結晶器鋼套(11)和外結晶器石墨套(21)，所述外結 晶器鋼套(11)上分別設置有外結晶器進水口 (10)和外結晶器出水口 (9)', 使冷卻水進出循環方向與熔融液流出方向相反。
3、 根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述的外結晶器(B) 的一端伸入保溫爐(A)內，有10 50mm浸泡在熔融液中。
4、 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述的內結晶器(C) 由外向內依次為內結晶器石墨套(20)和內結晶器鋼套外管(19)、內結晶 器鋼套內管(17)，內結晶器出水口 (16)與水冷鋼套外管(19)相接，內 結晶器進水口 (15)與內結晶器鋼套內管(17)相接。
5、 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述的內結晶器(C) 伸入外結晶器(B)的部分包裹內結晶器石墨套(20)，垂直部分及部分水平 部分包裹陶瓷套管(18)。
6、 根據權利要求5所述的裝置，其特徵在於，所述的內結晶器石墨套 (20)的外徑設置一定錐度，錐度值為l: 100 1: 400，在保溫爐(A)內的一端直徑大，在保溫爐(A)外的一端直徑小。
專利摘要本實用新型提供的水平連續鑄造鑄鐵管型材的裝置，包括保溫爐、澆口、在保溫爐下部的爐體壁處水平設置的外結晶器以及內結晶器，內結晶器的一端伸入外結晶器內，另一端垂直固定在保溫爐的耐火磚中，內結晶器分為三部分，一部分水平伸入外結晶器內，中間部分水平處在保溫爐的熔融液中，另一部分垂直固定在保溫爐的耐火磚中。水平連續鑄造鑄鐵管型材在水冷石墨型內結晶器和水冷石墨型外結晶器中冷卻凝固成型。該裝置具有能夠實現水平連續鑄造鑄鐵管型材，可以單流、雙流或多流連續鑄造，鑄鐵管型材表面光潔，內部組織緻密，而且整個系統使用安全，操作方便，生產效率高，節約能源，也適用於其它金屬及合金的管型材水平連續鑄造。
文檔編號B22D11/10GK201105315SQ200720126209
公開日2008年8月27日 申請日期2007年10月26日 優先權日2007年10月26日
發明者張忠明, 徐春傑, 郭學鋒 申請人:西安理工大學