CN1015345B - 整体浇灌复合升液管及其制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种黑色金属低压铸造用升液管及其制造工艺，其结构特点是以钢管为承重和防止气体泄漏的骨架，钢管内外浇液高铝矾土耐火材料；制造工艺是整体一次浇灌成型，经自然干燥和中温干燥后交付使用；使用前需经升温烘烤，使用后需降温烘烤。

本发明克服了已有技术的不足，使用效果良好，这种升液管不仅适用于铸铁、铸钢等黑色金属低压铸造，也可应用于铸铝、铸铜等有色金属的低压铸造。

Description

本发明属于整体浇灌复合升液管及其制造工艺。

低压铸造是一种特殊的铸造方法：将盛有熔融金属的容器置于密封罐内，向罐内通入压缩气体，由于压力升高使金属液通过插在容器中的升液管，沿着与重力相反的方向进入铸型，凝固成铸件。

一般用于黑色金属低压铸造的升液管有两种结构型式。一种是用于铸铁低压铸造的升液管，它以钢管为骨架，钢管内壁衬有流钢砖，钢管外表面捣打粘土、耐火砖粉等材料。这种升液管耐渣蚀能力差，强度低，易剥落，使用寿命只有一次。另一种可用于铸铁和铸钢低压铸造的升液管，它是由优质耐火材料在1300℃以上用20兆帕以上的压力加工制成的。苏联乌克兰耐火材料科学研究所用石墨粘土耐火材料制成的整体升液管，使用寿命为3-4次。这种升液管虽然寿命较高，但需专用设备，造价极高。

目前，低压铸造工艺已广泛应用于铝等有色金属铸造。日本特许公报昭58-145358介绍的一种升液管，其结构是在钢管内壁衬有沿轴向滑动的陶瓷衬管，钢管外侧及端部罩以可拆装的陶瓷纤维外套。但是，这种升液管只能用于铝合金的低压铸造。由于这种升液管的耐急冷急热性能，耐渣蚀性能，气密性及强度要求远远低于黑色金属低压铸造升液管性能指标。因此，不能用于黑色金属低压铸造。

苏联SU1156841-A公开的升液管，是由两个同心钢管，由连接件联接， 两个钢管间空腔经过导管与真空蓄压器和真空泵连接，同时该空腔又通过透气孔与钢管上的耐火衬相连接，耐火衬是由装在密封薄膜内的散粒耐火材料制成。由于这种升液管需要用真空泵将散粒耐火材料浮挂在升液管上，因而有如下不足：其一，设备中必须额外增加真空系统，庞大而又复杂;其二，制造工艺复杂，生产困难;其三，升液管的抗事故能力差，可靠性低。

一般黑色金属熔液温度在1300℃以上，比重大于7克/厘米³，与温度只有600-750℃，比重近3克/厘米³的铝熔液相比，对升液管的要求更为苛刻。黑色金属低压铸造用升液管必须具有如下性能：

1、良好的耐急冷急热性能。升液管使用前虽然烘烤到900℃以上，但是在插到1300℃以上的金属液中和从金属液中取出时，要经受巨大的温度变化，要求升液管在这种情况下不产生裂纹。

2、良好的耐渣蚀性能。金属液表面的高温渣层具有很大的腐蚀能力，升液管必须具备抵抗渣蚀的能力才不会受到破坏。

3、良好的气密性。由于黑色金属比重较大，工作压力比铝合金高数倍，因此升液管要有较高的气密性，以保证工作时气体不会通过升液管泄漏。

4、较高的强度。升液管插入金属液时，会受到金属液的浮力作用，尤其黑色金属液浮力更大。升液管只有具备较高的强度，才不会发生断裂现象。

本发明的目的是为了克服已有技术的不足而提供一种整体浇灌复合升液管。这种升液管可用普通耐火材料，采用整体浇灌工艺，在铸造现场制造。此种升液管不仅适用于铸铁、铸钢材料的低压铸造，而且也适用于铸铝、铸铜等有色金属的低压铸造。试验结果表明，其各方面性能均满足了使用要求。

整体浇灌复合升液管的结构特征是：以钢管作为承重和防止气体泄漏的骨架;钢管可以是无缝钢管，也可以是能承受低压铸造时工作压力的焊接钢管。钢管内外浇灌高铝矾土耐火材料，耐火材料层中放有加固钩和加固环，以提高耐火材料层的强度;钢管上端焊有法兰盘，便于升液管定位;钢管管体外侧焊有小钢柱，以防止高铝矾土耐火材料与钢管脱离。

整体浇灌复合升液管与金属液接触的工作层是浇灌的高铝矾土耐火材料。由于这种材料的耐火度和荷重软化温度较高，同时抵抗温度急剧变化能力和抗渣蚀性较大，因而升液管具有良好的耐急冷急热性能和良好的耐渣蚀性能。升液管管壁中央的无缝钢管或经打压检查合格的焊接钢管，可以承受数兆帕的压力而不产生泄漏，确保了升液管良好的气密性。若升液管的耐火材料重100-500公斤，承重钢管管壁厚度大于8-12毫米时，升液管在移动或插入金属液时就不会断裂，具有较高的强度。

曾对钢管与浇灌的高铝矾土耐火材料的结合情况作过研究。众所周知，钢铁材料比高铝矾土耐火材料的线膨胀系数大得多，但是在升液管 插入金属液时，包在钢管外的高铝钒土耐火材料的表层温度急剧升高数百度，而靠近钢管的内层耐火材料的温度并不是立即发生变化。由于高铝矾土耐火材料导热系数很低，而升液管在金属液中工作的时间仅有数分钟，钢管与耐火材料结合处温度的上升是缓慢和有限的。实际使用情况表明，当钢管与金属液间的耐火材料厚度大于25毫米时，这种整体浇灌复合升液管的钢管与耐火材料结合部分在工作时不会因材料的热膨胀系数不同而受到破坏。

整体浇灌复合升液管制造过程可分为准备、混料、浇灌、干燥、成品等工序。原料是粒度为0-3毫米及小于0.1毫米两种规格的含Al₂O₃大于55%的高铝矾土、矾土水泥及浓度为42.5%的工业磷酸。浇灌模具分为外模及芯模，外模用来形成升液管的外层形状，芯模用来形成升液管的中心孔道。模具上带有通气孔，模具可按制造芯盒方式制造，模具工作层要贴钉钻有通气孔的薄铁板。混料工序是取70%0-3毫米高铝矾土和30%小于0.1毫米粉状高铝矾土，外加占高铝矾土料重量15%的工业磷酸（浓度为42.5%），放入搅拌机中搅拌，搅拌时间为每100千克混合料8-15分钟。浇灌工序是将搅拌好的混合料再加入5%的工业磷酸（浓度为42.5%）和3%矾土水泥，人工搅拌成浆料，浆料保存期不得超过一小时。接着将搅拌好的浆料灌入外模和芯模之间的空腔（焊有法兰盘及小钢柱的钢管倒放在空腔中央），灌浆料时要震动捣实，耐火材料层厚度应使承受钢管与金属液间距离不小于25毫米。沿升液管高度适当 距离放置一些加固环-一种直径大于钢管外径、小于升液管外径的φ2-4毫米的环型铁丝，在升液管的末端沿其径向放置5-8个加固钩-一种直径为5-8毫米，长100-200毫米一端带钩的铁丝。干燥工序是，先将灌浆后的升液管按每毫米壁厚0.5小时的时间自然干燥，脱模后再在400-500℃按每毫米壁厚0.1小时的时间烘烤，升液管就可制成。

本发明已在鞍钢铸管厂按上述结构、制造工艺制造了一批升液管。升液管的高度为1266毫米，浇灌的高铝矾土耐火材料外径为240毫米，内径为120毫米，骨架钢管外径为184毫米，内径为168毫米，长1200毫米，升液管用高铝矾土耐火材料化学成份列入表1，各项性能列入表2，软化点列入表3。

表1    高铝矾土耐火材料化学成份（%）

灼烧 SiO₂Al₂O₃CaO MgO Fe₂O₃

2.08    37.80    55.49    0.34    0.081    1.66

表2    耐火材料性能

耐压强度    气孔率    体积密度

（Mpa） （%） g/cm³

1625.94    17.73    2.34

表3    耐火材料软化点

温度    试样    加荷重

（℃）    直径（cm）    高度（cm）    （Kg）

1230    35.1    53.2    4

图1是整体浇灌复合升液管的结构图;图2是浇灌用的模具图。图中2是无缝钢管或焊接钢管，是承重和防止气体泄漏的骨架，钢管内外浇灌高铝矾土耐火材料4;钢管上焊有法兰盘1，便于升液管定位;3为小钢柱，用以防止耐火材料4与钢管2脱离;5为加固环，6为加固钩。模具图中，7为外模，9为芯模，11为倒置的焊有法兰及小钢柱的钢管，8为浇灌浆料的空腔，10和12为通气孔。

整体浇灌复合升液管的制造工艺为：将70Kg0-3mm的高铝矾土与30Kg小于0.1mm的粉状高铝矾土混合后，加入15Kg浓度为42.5%的工业磷酸，放入搅拌机中搅拌15分钟。从搅拌机中倾出后再加入5Kg浓度为42.5%的工业磷酸和3Kg的矾土水泥，人工搅拌成浆料。在一小时之内将浆料边振动捣实边浇灌到空腔8中。沿升液管长度方向等间距放置3个直径为200毫米的加固环5，加固环用直径为3毫米铁丝绕成。在升液管末端放6个沿升液管径向均匀分布的加固钩6，加固钩是用直径为8毫米铁丝制成。注意加固钩不得露在耐火材料外面。浇灌后的升液管需自然干燥30小时后脱模再在400-500℃烘烤六小时，便可交付使用。

这种整体浇灌复合升液管使用前需经升温烘烤，使用后需进行降温烘烤，以延长其使用周期。升温烘烤是将升液管置于烘炉中，半小时内使炉温升到1000℃，保温2小时就可立即插入金属液使用;降温烘烤是将使用后的升液管立即放入温度达1000℃的烘炉中烘烤1小时，然后随炉冷到室温。

曾用这种升液管低压铸造长1500毫米，直径为90毫米的无缝管管坯，每次四根。浇注钢种为35＃、45＃、15Ti等。使用5次后升液管的高铝矾土耐火材料仍保持光滑、尖角整齐，没出现任何剥落和裂纹现象，效果良好。

Claims (2)

1、一种整体浇灌复合升液管的制造工艺，以钢管(2)为骨架，在钢管的内外分别设置芯模(9)和外模(7)，其特征在于：沿钢管高度方向适当距离放置若干个加固环(5)，钢管末端沿其径向均匀放置若干个加固钩(6)，在钢管内外沿芯模(9)和外模(7)浇灌含Al₂O₃大于55%的高铝矾土耐火材料(4)，一次成型；高铝钒土耐火材料的配制方法是：在70%粒度为3毫米以下的高铝钒土与30%粒度为0.1毫米以下的粉状高铝钒土中，加入占高铝钒土料重15%的工业磷酸(浓度为42.5%)，按每百千克混合料8～15分钟的时间搅拌后，再加入分别占混合料重5%和3%的工业磷酸(浓度为42.5%)及矾土水泥，搅拌成浆料，然后将浆料浇灌在模型空腔(8)内，经自然干燥后按升液管壁厚每毫米0.1小时的时间在400℃～500℃的温度范围内烘烤成型。

2、根据权利要求1所述的工艺制造的升液管以钢管（2）为骨架，其特征在于：钢管上端焊有法兰盘（1），钢管外侧焊有若干个小钢柱（3），钢管内外浇灌耐火材料（4）。

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