CN101638748A - 大长度球墨铸铁空心型材的连续铸造方法及局部连续加热后弯曲成弧形的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大长度球墨铸铁空心型材的连续铸造方法及局部连续加热后弯曲成弧形的制作方法。材料成分由C、Si、Mn、S、P、Fe组成，其重量(％)比是C：3.4－3.6，Si：2.8－3.2，Mn：0.40－0.60，S≤0.1，P≤0.1，Fe：余量，铁水经由复合物理场约束成形连续铸造而成为空心型材。由于保温炉内铁水与浮渣、砂子和气体双向分离，彻底消除了夹渣、夹砂与气孔缺陷；结晶器内液柱心部对冷凝管壳进行持续不断的补缩，消除了管壁内部缩松的可能性，从而得到了高致密的(铁素体基体+圆整球状石墨)的铸态组织，剔除了随后将进行的热塑性变形中的裂纹萌生源；结晶器内强烈的冷却速度，使得共晶团的体积只有传统砂铸的1/15－1/25，石墨球密度达到500个/mm²左右，塑性变形中微观滑移取向增加，韧性增强，使得铸铁空心型材可经过中频感应煨制方法弯曲成弧形。

Description

大长度球墨铸铁空心型材的连续铸造方法及局部连续加热后弯曲成弧形的制作方法

技术领域

本发明涉及一种大长度球墨铸铁空心型材的连续铸造方法及局部加热弯曲成弧形的方法

二、背景技术

球墨铸铁弯管的砂铸生产已有50余年历史，它的局限性在于：1、铸态组织中夹渣、夹砂、气孔、缩松缺陷多，故机械力学性能低下，只能作为普通的输水、输气的管道连接件使用，不可用来制造其他零件；2、受沙箱体积尺寸的限制，弯管弧长的长度有限，一般在1.5米以下，大于2米的很少。

然而在工业生产中的有些场合，需要高致密、高性能、大长度的球墨铸铁弧形弯管。例如，电解铝工业为了节能降耗，设备容量越来越大型化，120KA以下的电解铝槽已经在淘汰之列，150直到350KA的电解铝槽将成为主导设备。电解槽大型化要求真空抬包的大型化，从而要求吸铝管加粗加长。200KA以上的电解铝槽配置的吸铝管，弧长4-6米。理论分析和实践结果都表明，用球墨铸铁弧形弯管代替钢管制作的吸铝管，避免了管材与高温铝液间发生的化学反应，使用寿命将延长几倍。但是，大长度的弧形铸管却很难生产，事实上，即使2-3米长的吸铝管，传统上也是用1米左右长度的砂铸管节拼接而成。拼接处发生的缝隙腐蚀往往是吸铝管首先报废的原因，此外，砂铸件中大量存在的夹渣、夹砂、气孔和缩松缺陷，也是铝液对管材腐蚀破坏的萌生源。

连续铸造的铸铁空心型材，成形时比重大的铁水与比重小的浮渣、砂子和气体双向分离，液柱心部的铁水又持续不断地补缩着冷凝管壳的体积收缩，这就从凝固成形原理上杜绝了夹渣、夹砂、气孔与缩松的产生，得到了极其致密的铸态组织。对于长度4-6米的弧形铸管，砂铸很难作出，离心铸造又无法生产。连续铸造能轻而易举的解决长度问题，但如何弯曲成形却比较困难，因为对塑性极低的铸铁管材来说，几乎不可能进行弯曲变形。

三、发明内容

本发明的目的是提供大长度球墨铸铁空心型材的连续铸造方法及局部连续加热后弯曲成弧形的制作方法，它一是提供一种高致密、高塑性、大长度的球墨铸铁空心型材，二是解决球墨铸铁管进行热塑性弯曲变形的难题，从而突破铸铁材料热塑性变形的禁区。

本发明的目的是这样来实现的：

一种高致密、零缺陷的大长度球墨铸铁空心型材，由C、Si、Mn、S、P、Fe组成：其特征在于：其重量(％)比是C：3.4-3.6，Si：2.8-3.2，Mn：0.40-0.60，S≤0.1，P≤0.1，Fe：余量。

所述的大长度球墨铸铁空心型材的连续铸造方法，是通过以下步骤实现的：

采用感应电炉熔炼的方式：熔炼工艺包括：

用快速热分析仪测量控制原铁水的碳、硅含量(重量百分比)：C：3.4-3.6％，Si：2.2-2.6％；

铁水熔炼温度1450-1500℃；

堤坝式球化法，球化剂用量1.0-1.5％，球化剂持续时间10-12分钟；孕育剂随流加入保温炉内，每隔三分钟加一次，孕育剂用量0.4-0.8％，孕育剂粒度≤12mm，孕育持续时间8-10分钟；

将铁水浇入特制的保温炉内，在垂直上引牵引机构的操作下进行连续铸造拉拔，拉拔过程中通过调整进出结晶器的冷却水的流量、压力和出水温度，以及拉拔时间和停止时间的比例与拉拔步长，来控制型材管壁厚度。

所述的大长度球墨铸铁空心型材局部连续加热后弯曲成弧形的制作方法，是在中频透热弯管机上通过以下步骤实现的：

将热弯机的管头夹持臂调至所需长度，此长度是弯管的曲率半径，应等于或大于管材外径的10倍以上；

将截好长度的球墨铸铁空心型材放置在弯管机架上，头部套装感应圈，感应圈连接在中频变压器上；

用弯管夹持器夹紧空心管的头部，用推力夹持座夹紧空心管的尾端；

启动中频电源，感应圈对所包围区段的空心管进行加热，待温度达到850-900℃时，启动电机，带动减速机构驱动推力夹持座缓慢运动，运动速度快慢以空心管被加热区段上的温度保持恒定(900℃左右)为准；

当空心管被推动时，头部在弯管夹持器、夹持臂和旋转中心座的强制牵引下，沿圆弧线前进，由此产生力矩，此力矩使得被加热至高温的空心管区段发生热塑性变形。感应圈上斜喷出的圆形水帘对已经塑性变形的空心管进行冷却；

得到所需弧长的弯管后，先停止推力电机，后停止中频加热电源。

本发明把铸铁空心型材连续铸造技术与中频煨制弯管技术结合起来，生产出大长度(≥2米)的细直径(≤300mm)铸铁弧形管，突破了多年来形成的“铸铁管无法进行热塑性变形”的认识，解决了离心铸造无法生产、砂型铸造难以生产的技术难题，为市场提供一类新型产品。这种高致密零缺陷的空心型材，可以应用在大型和超大型的机械装备上，例如冶金吸铸设备的弧形管件。由于具备耐腐蚀性能，使用寿命可以成倍提高。

四、附图说明

附图1为本发明在中频透热弯管机上实现热弯曲变形步骤图。

其中：1---推力夹持座2----空心型材3----固定导向器

4----中频变压器5----感应圈6----弯管夹持器7----夹持臂

8----旋转中心座

五、具体实施方式

本发明的具体实现方式：

1、用生铁(70％)、废钢(15％)、回炉料(15％)熔炼、配制适合于连续铸造工艺的特殊成分的铁水。材料最终的成分比例如下：C：3.4-3.6，Si：2.8-3.2，Mn：0.40-0.60，S≤0.1，P≤0.1，Fe：余量。其中原铁水的硅含量2.2-2.6％，剩余部分靠随流孕育补充。

2、铁水感应熔炼温度1450-1500℃。

3、1.3％左右的球化剂放入堤坝式铁水包底部，用球铁屑覆盖、捣实。

4、将熔炼好的铁水浇入铁水包，进行球化反应。

5、将铁水包内的铁水浇入特制的连铸保温炉内，其炉体结构和连铸拉拔方法。

6、拉制出≥4000mm、壁厚合适的空心管材(2)后，基体组织为99％的铁素体后，根据弧形管零件尺寸截取长度。

7、在中频透热弯管机上通过以下步骤实现热弯曲变形：

将热弯机的管头夹持臂(7)调至所需长度，此长度即是弯管的曲率半径，应等于或大于管材外径的10倍以上。

将球墨铸铁空心型材(2)放置在弯管机架上，头部套装感应圈(5)，感应圈柄部连接在中频变压器(4)上。

用弯管夹持器(6)夹紧空心管的头部，用推力夹持座(1)夹紧空心管的尾端。

启动中频电源，感应圈对所包围区段的空心管进行加热，待温度达到850-900℃时，启动电机，带动减速机构驱动推力夹持座缓慢运动，运动速度快慢以空心管被加热区段上的温度保持恒定(900℃左右)为准。

当空心管被推动时，头部在弯管夹持器(6)、夹持臂(7)和旋转中心座(8)的强制牵引下，沿圆弧线前进，由此产生力矩，此力矩使得被加热至高温的空心管区段发生热塑性变形。感应圈(5)上斜喷出的圆形水帘对已经塑性变形的空心管进行冷却。

得到所需弧长的弯管后，先停止推力电机，后停止中频加热电源。

Claims (3)

1、一种高致密、零缺陷的大长度球墨铸铁空心型材，由C、Si、Mn、S、P、Fe组成：其特征在于：其重量(％)比是C：3.4-3.6，Si：2.8-3.2，Mn：0.40-0.60，S≤0.1，P≤0.1，Fe：余量。

2、如权利要求1所述的大长度球墨铸铁空心型材的连续铸造方法，是通过以下步骤实现的：

采用感应电炉熔炼的方式：熔炼工艺包括：

用快速热分析仪测量控制原铁水的碳、硅含量(重量百分比)：C：3.4-3.6％，Si：2.2-2.6％；

铁水熔炼温度1450-1500℃；

堤坝式球化法，球化剂用量1.0-1.5％，球化剂持续时间10-12分钟；孕育剂随流加入保温炉内，每隔三分钟加一次，孕育剂用量0.4-0.8％，孕育剂粒度≤12mm，孕育持续时间8-10分钟；

将铁水浇入特制的保温炉内，在垂直上引牵引机构的操作下进行连续铸造拉拔，拉拔过程中通过调整进出结晶器的冷却水的流量、压力和出水温度，以及拉拔时间和停止时间的比例与拉拔步长，来控制型材管壁厚度。

3、如权利要求1所述的大长度球墨铸铁空心型材局部连续加热后弯曲成弧形的制作方法，是在中频透热弯管机上通过以下步骤实现的：

将热弯机的管头夹持臂调至所需长度，此长度是弯管的曲率半径，应等于或大于管材外径的10倍以上；

将截好长度的球墨铸铁空心型材放置在弯管机架上，头部套装感应圈，感应圈连接在中频变压器上；

用弯管夹持器夹紧空心管的头部，用推力夹持座夹紧空心管的尾端；

启动中频电源，感应圈对所包围区段的空心管进行加热，待温度达到850-900℃时，启动电机，带动减速机构驱动推力夹持座缓慢运动，运动速度快慢以空心管被加热区段上的温度保持恒定(900℃左右)为准；

当空心管被推动时，头部在弯管夹持器、夹持臂和旋转中心座的强制牵引下，沿圆弧线前进，由此产生力矩，此力矩使得被加热至高温的空心管区段发生热塑性变形。感应圈上斜喷出的圆形水帘对已经塑性变形的空心管进行冷却；

得到所需弧长的弯管后，先停止推力电机，后停止中频加热电源。

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