CN101612659A - 一种铜合金反重力铸造升液管 - Google Patents

Abstract

一种用于铜合金反重力铸造的升液管，属于铸造领域。升液管由耐热钢法兰盘、耐热钢管、内外石墨管组合而成。法兰盘焊接在钢管端面上，升液管的管壁采用复合结构，由内石墨管、钢管以及外石墨管所构成，内石墨管与钢管内壁配合，两者之间螺纹连接，外石墨管置于钢管的外面与金属液相接触，内外石墨管通过二者下端的螺纹连接在一起，外石墨管与钢管间留有适当的间隙。该升液管气密性好、耐高温、不对铜合金液带来污染，使用维护方便、寿命长。

Description

一种铜合金反重力铸造升液管

技术领域

本发明属于铸造领域，涉及一种用于铜合金反重力铸造升液管，可满足铜合金反重力铸造对升液管的要求。

背景技术

反重力铸造是指金属液在与重力方向相反的力作用下充满铸型，通常采用压缩气体向密封容器中加压，使容器内的金属液通过升液管进入铸模型腔，并在一定的压力下凝固成型。升液管是熔融铸造金属液流入铸模内的必经通道，升液管的下部分插入熔融铸造金属液中，上端连接铸型。

这种工况要求升液管具有耐高温、抗热震、不与金属液反应、不溶解、良好的气密性和长期的抗热冲击疲劳性等性能。反重力铸造已广泛应用于铝合金的铸造，用于铜合金的铸造报道得较少。由于铜合金与铝合金相比，熔点高(纯铜熔点1083℃、铝660℃)，比重大(铜合金比重是铝合金的比重3倍多)，因此铜合金反重力铸造升液管要求更高。首先需要更好的耐高温性能，且在高温使用过程中不能对合金液带来污染和杂质；另外，由于铜合金比重大，工作压力比铝合金高数倍，同时升液管插入金属液，受到金属液的浮力作用也大，需要升液管具有较高的强度和气密性。

目前报道的升液管有钢铁管、陶瓷管、陶瓷材料与钢组成的复合管等。铁质升液管一般都由低碳无缝钢管焊接或用灰铸铁铸造而成的，在铝合金反重力铸造时使用，为避免金属液对升液管产生熔蚀，在使用时一般先进行除锈、喷刷涂料，并经200℃左右的烘烤；用于铜合金反重力铸造时，由于升液管中下端浸在合金液中，要经受高温合金液的冲刷，涂料层容易剥落，裸露的钢管与铜合金液接触，易产生铁质熔蚀，使升液管的使用寿命减短，导致合金液增铁，影响产品的质量。陶瓷升液管大多采用氮化硅与碳化硅材料制成，其最大优点是化学稳定性好，在接触并输送熔融铝合金或铜合金液体时，其本身不会有杂质溶入合金液中，因而能确保铸造制品的质量，但是其抗热冲击强度较低，尤其是当管内外管壁、上下部分温差较大时，易发生脆裂，从而影响正常生产，这在目前铝合金反重力铸造中时常出现的问题，在铜合金反重力铸造中更容易出现，并且陶瓷升液管造价较高。另一种全部由石墨材料做成，其承重能力和耐磨性较差，升液管的上端在模具及升降臂的压力下，容易磨损和断裂。对于陶瓷与钢组成的复合管，报道的有：(1)管子管壁采用复合结构，由陶瓷管内层、耐火料层、钢管层、外裹石棉布层及玻璃纤维布层构成，可用于铝合金反重力铸造[专利号ZL200520073212.9]，但钢管外层材料耐高温性能对于铜合金金属液来说偏低；(2)用高铝矾土耐火材料浆料与钢管整体浇灌的复合升液管，制作过程中需经长时间的自然干燥和400-500℃下烘烤，使用前需缓慢加热到1000℃，使用后需立即放到1000℃炉中进行降温烘烤，缓慢降到室温，以避免保温层开裂损坏[申请号：88104790.2]。可见，这类复合管的陶瓷层或耐火材料层仍面临着容易开裂的问题，使用维护条件严格。

发明内容

本发明的目的是用于制造一种满足铜合金反重力铸造需求的升液管，具有耐铜合金金属液高温、避免带来对合金液的污染、制备使用维护方便的特点。

考虑耐热钢具有良好的气密性和强度，但是单独使用，容易带来铜合金增Fe等杂质，且高温强度也有欠缺；而石墨是铜合金熔炼的坩埚材料，高温性能好且稳定，因此我们设计并试验了新型结构的由石墨和耐热钢管组成的升液管，试验过程中发现石墨管容易开裂，经分析和论证主要由于石墨热膨胀系数(3.5×10^-6/℃)大大小于耐热钢(约12.3×10^-6/℃)，经过反复试验和改进，获得可重复使用的复合升液管，且维护方便，可满足铜合金反重力铸造的使用要求。

一种铜合金反重力铸造升液管是由耐热钢法兰盘1、内石墨管2、耐热钢管3、外石墨管4组成，法兰盘1焊接在耐热钢管3的端面上，耐热钢管3衬内石墨管2，耐热钢管3外侧与金属液接触部分是外石墨管4，内石墨管2与耐热钢管3之间用螺纹连接5，外石墨管4与内石墨管2间用螺纹连接5，外石墨管4与耐热钢管3之间留有间隙，间隙大小与耐热钢管外径D有关，不小于3.5×10^-3×D，外石墨管4不与法兰盘1相接触，其高度低于法兰盘1所在的位置。其结构形式如图1、图2所示，分别命名为结构形式1、结构形式2。结构形式1升液管内腔为下面细、上面粗，这样可减少金属液用量，考虑到加工和装配方便，结构形式1的内石墨管2由两节构成，两节间用螺纹5连接，相应的耐热钢管3是由两节焊接而成。结构形式2升液管内腔上下基本一样粗，内石墨管2、耐热钢管3均是一个整体。考虑到部分金属液凝固过程中有可能凝固在升液管中，两种结构形式升液管上面一部分内腔均带有加工锥度，锥度部分为上大下小。升液管装配时先装配内石墨管与耐热钢管间的连接，后装配外石墨管与内石墨管间的连接。上述螺纹连接处均用水玻璃石墨粉密封。钢管及法兰盘的材料为耐热钢，使用温度达到1000℃左右的耐热钢均能满足使用要求，如1Cr18Ni9Ti、1Cr25Ni20Si2、1Cr20Ni14Si2、0Cr23Ni13、0Cr25Ni20；石墨管为高纯石墨。

本发明的升液管具有下属优点：

(1)良好的耐激冷激热性能：升液管本身对使用前加热的温度没有特定的要求，一般为避免升液管放入金属液后凝固，加热到适当的温度。

(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，本发明的升液管与金属液的接触面为石墨，石墨为铜合金冶炼的坩埚材料，对渣层具有良好的耐蚀性能。

(3)良好的气密性。本发明的气密性由中层的耐热钢管保证。

(4)较高的强度。耐热钢管具有较高的强度，升液管使用时间短，一般从插入金属液到取出不超过数分钟，由于表层为石墨层，可确保耐热钢管一直具有高的强度。

(5)良好的耐高温性能和稳定性。由于表层为石墨层，石墨耐高温性能好；且石墨层具有较好的稳定性，不会在使用过程中给铜合金液带来杂质。

(6)维护和拆卸方便。内、外石墨层和中间的钢管用螺纹连接，容易加工组装，拆换损坏部件和维护方便。

附图说明

图1为结构形式1升液管。耐热钢法兰盘1、内石墨管2、耐热钢管3、外石墨管4，螺纹连接5

图2为结构形式2升液管。耐热钢法兰盘1、内石墨管2、耐热钢管3、外石墨管4，螺纹连接5

图3为本发明的升液管使用状态示意图。铸型6，输液过道7，中隔板8，升液管9，气体输入孔10，金属液11，坩埚12，托锭13

具体实施方式

本发明的升液管使用在反重力铸造设备上，参见图3，先将升液管9安装在中隔板8上的相应部位，然后依次放上输液过道7以及铸型6，最后是设备的上罐。待合金熔化后，启动液压站，使托锭13上升至如图3所示的位置。开动气源，气体从输入孔10输入，待气压达到一定程度，坩埚12内的金属液11从升液管9的内孔上升，进入型腔冷却成型。待成型后，卸压，使升液管内剩余的金属液回流至坩埚12中。

选用耐热钢1Cr18Ni9Ti作为钢管，应用本发明结构的升液管反重力铸造锡青铜合金ZCuSn3Zn8Pb6Ni1水泵叶轮、ZCuSn10Zn2水泵端盖均获得了良好的使用效果，见表1所示。

表1应用本发明的升液管反重力铸造铜合金铸件的使用情况

升液管	铸型	铸件	铸件材质	升液管使用后的状况
					结构形式1	壳型	叶轮	ZCuSn3Zn8Pb6Ni1	完好
结构形式2	壳型	叶轮	ZCuSn3Zn8Pb6Ni1	完好
					结构形式1	金属型	端盖	ZCuSn10Zn2	完好
结构形式2	金属型	端盖	ZCuSn10Zn2	完好

Claims (2)

1、一种用于铜合金反重力铸造的升液管，其特征在于：由耐热钢法兰盘(1)、内石墨管(2)、耐热钢管(3)、外石墨管(4)组成，法兰盘焊接在耐热钢管端面上，内石墨管与钢管内壁配合，两者之间螺纹连接，外石墨管置于耐热钢管的外面与金属液相接触，内外石墨管通过二者下端的螺纹连接在一起。

2、根据权利要求1所述的升液管，其特征在于：外石墨管与耐热钢管间不相接触，两者间留有间隙，间隙大小随耐热钢管直径D增加而增加，间隙不小于D×3.5×10^-3；外石墨管不与法兰盘相接触，其高度低于法兰盘所在的位置。

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