CN102266930A - 密封钢液的挡板装置与制作方法及应用该挡板装置的模具 - Google Patents
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Abstract
一种密封钢液的挡板装置与制作方法及应用该挡板装置的模具，所述的挡板装置包括：钢板部，为具有一预设厚度的钢板，所述钢板部具有相对的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面上设有呈环状的倒锥燕尾槽，所述倒锥燕尾槽的径向截面的槽底尺寸大于槽口尺寸；倒锥燕尾槽的外径大于离心铸管的外径的1.05倍，并且倒锥燕尾槽的外径小于挡板装置的外径的0.95倍；倒锥燕尾槽的内径为离心铸管的内径的0.75倍至0.85倍；耐火填料，填充于倒锥燕尾槽中；涂层，涂覆于钢板部以及耐火填料的表面。本发明耐高温、密封性能好、抗变形能力强、耐钢水冲蚀，以防止挡板装置在高速旋转的振动下，耐火填料从挡板装置内掉落到模具中，同时又能降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及到一种用于离心铸造厚壁管时的密封挡板装置，特别是涉及到一种用于核电压水堆主管道离心铸造时，使用的密封钢液的挡板装置与制作方法及应用该挡板装置的模具。
背景技术
随着经济快速发展，人民生活水平不断提高。用电需求越来越大，但国内煤炭贮存量越来越少。而火力发电对环境污染也很大，这就必须有一种新能源来代替——核能。以前，核反应堆主管道原来一直是依靠进口，而现今，随着核能设备国产化的大力发展，在国内厚壁管的离心铸造技术显得尤为突出。
这种新型密封挡板装置，在离心铸造工艺过程中显得尤为突出。离心铸造工艺是采用圆筒状金属模具，通过高速旋转，在离心力的作用下从模具中获得铸造的无缝钢管。因此，必须在圆筒状金属模具的两端装上密封钢液的挡板。普通铸管，由于铸管壁薄、有效长度短，钢液冷却速度快、凝固时间短。只须采用密度大而耐火度为1000℃左右的耐火纤维板1’以及钢板2’进行密封即可(如图1)。对于壁厚大的铸管(如核电主管道直管)，因铸管壁厚、有效长度长，钢液冷却速度慢、凝固时间很长，容易使耐火度为1000℃左右的耐火纤维板烧穿，从而使钢液在很大的离心力作用下漏出，造成重大安全事故。又因耐火纤维板只能作为单次密封使用，其高温强度低，辅助成本投入较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐高温、密封性能好、抗变形能力强、耐钢水冲蚀的密封钢液的挡板装置与制作方法及应用该挡板装置的模具，以防止挡板装置在高速旋转的振动下，耐火填料从挡板装置内掉落到模具中，同时又能降低成本。
为达上述目的，本发明提供一种密封钢液的挡板装置，向安装有所述挡板装置的金属模具内灌入钢水，经过离心铸造后形成离心铸管；其中，所述挡板装置包括：
钢板部，为具有一预设厚度的钢板，所述钢板部具有相对的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面上设有呈环状的倒锥燕尾槽，所述倒锥燕尾槽的径向截面的槽底尺寸大于槽口尺寸；倒锥燕尾槽的外径大于离心铸管的外径的1.05倍，并且倒锥燕尾槽的外径小于挡板装置的外径的0.95倍；倒锥燕尾槽的内径为离心铸管的内径的0.75倍至0.85倍；
耐火填料，填充于倒锥燕尾槽中；
涂层，涂覆于钢板部以及耐火填料的表面。
所述的密封钢液的挡板装置，其中，所述第二侧面上设有若干个透气孔，所述透气孔使倒锥燕尾槽与第二侧面相连通；钢板部的轴心处设有通孔，所述通孔使第一侧面和第二侧面相连通，通过所述通孔向安装有所述挡板装置的金属模具内灌入钢水。
所述的密封钢液的挡板装置，其中，所述倒锥燕尾槽的边缘倾斜角度为5-7度。
所述的密封钢液的挡板装置，其中，所述倒锥燕尾槽的边缘倾斜角度为6度。
所述的密封钢液的挡板装置，其中，所述的耐火填料选用碱性氧化镁砂和碱性氧化镁粉的混合物、铝酸钙水泥、水玻璃和水，其中，碱性氧化镁砂和碱性氧化镁粉的混合物为20-25的重量份、铝酸钙水泥为3-5的重量份、水玻璃为2-3的重量份、水为7-10的重量份，碱性氧化镁砂和碱性氧化镁粉的重量比为1∶1.5，碱性氧化镁砂的粒度为12～16目，碱性氧化镁粉的粒度为180目。所述的密封钢液的挡板装置，其中，所述涂层的成分为：硅微粉为16-19的重量份、硅藻土为21-24的重量份、氢氧化钠为0.2-0.5的重量份、硫酸铝为1-2的重量份、膨润土为4-6的重量份、PVA为1-2的重量份、锆英粉为54-58的重量份。
本发明还提供一种制作如上所述的密封钢液的挡板装置的方法，所包含的步骤如下：
(1)选用具有一预设厚度的钢板作为钢板部，在钢板部的第一侧面上设有呈环状的倒锥燕尾槽；且钢板部的轴心处设有通孔，所述通孔使第一侧面和第二侧面相连通，钢水从所述通孔向金属模具内灌入钢水，经过离心铸造后形成离心铸管；所述倒锥燕尾槽的径向截面的槽底尺寸大于槽口尺寸；倒锥燕尾槽的外径大于离心铸管的外径的1.05倍，并且倒锥燕尾槽的外径小于挡板装置的外径的0.95倍；倒锥燕尾槽的内径为离心铸管的内径的0.75倍至0.85倍。
(2)将耐火填料填充至钢板部的倒锥燕尾槽中，加以烘烤预热；
(3)在钢板部以及耐火填料的表面涂上涂层并干燥。
所述的制作方法，其中，所述倒锥燕尾槽的边缘倾斜角度为5-7度。
所述的制作方法，其中，所述倒锥燕尾槽的边缘倾斜角度为6度。
所述的制作方法，其中，所述的耐火填料选用碱性氧化镁砂和碱性氧化镁粉的混合物、铝酸钙水泥、水玻璃和水，其中，碱性氧化镁砂和碱性氧化镁粉的混合物为20-25的重量份、铝酸钙水泥为3-5的重量份、水玻璃为2-3的重量份、水为7-10的重量份，碱性氧化镁砂和碱性氧化镁粉的重量比为1∶1.5，碱性氧化镁砂的粒度为12～16目，碱性氧化镁粉的粒度为180目；先将氧化镁砂和粉与铝酸钙水泥干料混合搅拌均匀，再将水玻璃与水搅拌均匀后加入到氧化镁砂和粉与铝酸钙水泥干料混合物中，搅拌均匀后即得到该耐火填料。
所述的制作方法，其中，硅微粉为16-19的重量份、硅藻土为21-24的重量份、氢氧化钠为0.2-0.5的重量份、硫酸铝为1-2的重量份、膨润土为4-6的重量份、PVA为1-2的重量份、锆英粉为54-58的重量份；将膨润土和硅微粉用球磨机混碾4小时，加适量水搅拌12小时，再加入锆英粉搅拌3小时，PVA液搅拌1小时，然后加氢氧化钠和硫酸铝再搅拌1小时，得到该涂料。
本发明另提供一种应用如上所述的密封钢液的挡板装置的模具，其中，涂好涂层的两块挡板装置分别安装于金属模具的两端，挡板装置的外径与金属模具的端部内径相等，挡板装置具有耐火填料的一侧朝向金属模具的内侧，并且在金属模具对应挡板装置的外缘处设有销孔，供挡板销穿过而将挡板装置固定于金属模具上；金属模具的内侧涂覆有所述涂层；所述金属模具安置于离心设备上。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.由于核电压水堆主管道直管具有壁厚、有效长度长，钢液冷却速度慢、凝固时间很长，从而使钢液在很大的离心力作用下漏出，造成重大安全事故。采用本发明的密封钢液的挡板装置及制作方法，既保证密封挡板装置有足够的耐火度和高温烧结性能，又可提高密封挡板装置在浇注时抗冲刷的能力和高速运转时抗振动的能力；
2.采用密封挡板装置，提高了挡板在高温下自身抗变形能力；
3.采用密封挡板装置，可以重复多次使用，使挡板辅助成本大幅度下降。
附图说明
图1为现有的密封挡板与金属模具配合的剖视图；
图2为本发明的密封钢液的挡板装置的剖视图；
图2a为挡板装置的钢板部的剖视图；
图3为图2中的挡板装置与金属模具配合的剖视图。
附图标记说明：1-挡板装置；11-钢板部；12-耐火填料；111-第一侧面；1111-倒锥燕尾槽；112-第二侧面；1121-透气孔；113-通孔；2-离心铸管；3-金属模具；4-涂层；5-挡板销；A-槽底尺寸；B-槽口尺寸；C-倒锥燕尾槽的外径；D-离心铸管的外径；E-挡板装置的外径；F-倒锥燕尾槽的内径；G-离心铸管的内径；H-倒锥燕尾槽的边缘倾斜角度；1’-耐火纤维板；2’-钢板。
具体实施方式
有关本发明为达到上述的使用目的与功效及所采用的技术手段，现举出较佳可行的实施例，并配合附图所示，详述如下：
如图2、图2a和图3所示，分别为本发明的密封钢液的挡板装置的剖视图、挡板装置的钢板部的剖视图以及所述挡板装置与金属模具配合的剖视图。所述挡板装置1主要包括钢板部11、耐火填料12和涂层(图中未示)。其中，所述钢板部11可选用Q235板材，所述的Q235材料有一定的塑韧性，且在频繁热胀冷缩的工况下不易产生破坏性裂纹。所述钢板部11为具有一预设厚度的钢板，其具有相对的第一侧面111和第二侧面112。
所述第一侧面111上设有呈环状的倒锥燕尾槽1111，所述倒锥燕尾槽1111径向截面的槽底尺寸A大于槽口尺寸B，所述倒锥燕尾槽1111的边缘倾斜角度H为5～7度，优选为6度。
更优选地，倒锥燕尾槽1111的外径C大于离心铸管2的外径D(特别见图3)的1.05倍，并且倒锥燕尾槽1111的外径C小于挡板装置1的外径E的0.95倍。倒锥燕尾槽1111内径F较佳地为离心铸管2的内径G的0.75倍至0.85倍。
所述第二侧面112上设有若干个透气孔1121，所述的透气孔1121使倒锥燕尾槽1111与第二侧面112相连通，从而使得耐火填料12在烘烤干燥过程中将水分排出，以提高耐火填料12在钢板部11中的透气性。
此外，钢板部11的轴心处还设有通孔113，该通孔113使第一侧面111和第二侧面112相连通，能够从该通孔111处向金属模具3内注入钢水。
所述耐火填料12填入所述倒锥燕尾槽1111中，倒锥燕尾槽1111的结构能够有效防止耐火填料12受机械振动后从钢板部11中脱落。所述的耐火填料12选用碱性氧化镁砂(粒度：12～16目)和碱性氧化镁粉(粒度：180目)、铝酸钙水泥、水玻璃和水，其中，碱性氧化镁砂和碱性氧化镁粉的混合物为20-25的重量份、铝酸钙水泥为3-5的重量份、水玻璃为2-3的重量份、水为7-10的重量份，碱性氧化镁砂和碱性氧化镁粉的重量比为1∶1.5。
由于氧化镁有一定的热导率和蓄热系数，又有足够的耐火度和高温烧结性能，在高温下稳定性又好，不易脱落等特点，因此适合作为耐火填料12。
将配好的耐火填料12填充至钢板部11中，加以烘烤预热，之后再在钢板部11以及耐火填料12的表面涂上所述涂层并干燥。所述涂层选用硅微粉、硅藻土、锆英粉、膨润土和硫酸铝等结合剂的水基混合物。
具体而言，所述涂层所选用的涂料是这样实现的：选择锆英粉和硅藻土、硅微粉为耐火材料。锆英粉膨胀系数低，热导率和蓄热系数高，化学惰性大，可获得表面光洁铸件。硅微粉：其结构为硅氧四面体，有一定耐温度，但膨胀系数比其它耐火材料高。硅藻土是一种单细胞微观多孔物质，其绝热性能优良，有足够的耐火度和高温烧结性能。由于某些离心铸管属于厚壁长管，冷却速度慢，因此要保证涂料有高的耐温，需要硅藻土与锆英粉与硅微粉的比例合理。
粘结剂选用氢氧化钠、硫酸盐与PVA(polyvinyl alcohol，聚乙烯醇)，以提高涂料溃散性、悬浮性。
采用锂基膨润土与PVA结合使用的复合悬浮剂，提高了涂料的屈服极限值和触变性。PVA质量分数5％，溶剂为水，助剂采用表面活性剂，削泡剂，正辛醇。
所述涂层的成分为：硅微粉为16-19的重量份、硅藻土为21-24的重量份、氢氧化钠为0.2-0.5的重量份、硫酸铝为1-2的重量份、膨润土为4-6的重量份、PVA为1-2的重量份、锆英粉为54-58的重量份。
将涂好涂层的两块挡板装置1分别安装于金属模具3的两端，其中挡板装置1的外径与金属模具3端部内径大体相等，挡板装置1具有耐火填料12的一侧朝向金属模具3的内侧，并且在金属模具3对应挡板装置1的外缘处设有销孔，供挡板销5穿过而将挡板装置1固定于金属模具3上。此外，金属模具3的内侧涂覆有上述涂料组成的涂层4，以耐高温。所述金属模具3安置于离心设备上，从挡板装置1的通孔113向金属模具3内灌入钢水，经过离心铸造后，形成所述的离心铸管2。
本发明的密封钢液的挡板装置主要是为核电压水堆主管道壁厚直管以及壁薄直管制造所提供的。下面列举两个具体实例：
实例1：核电压水堆主管道27.5英寸厚壁直管。其规格为
材质为Z3CN20-09M熔点为1454℃。采用本发明的密封钢液的挡板装置，能够成功完成铸造。
实例2：宝钢连退线轧机1800转向辊
壁薄直管。其规格为
材质为25CrNiSi18-9熔点为1399℃。采用本发明的密封钢液的挡板装置，能够成功完成铸造。
制作本发明的密封钢液的挡板装置的方法步骤如下：
(1)选用具有一预设厚度的钢板作为钢板部，在钢板部的第一侧面上设有呈环状的倒锥燕尾槽；
(2)将耐火填料填充至钢板部的倒锥燕尾槽中，加以烘烤预热；
(3)在钢板部以及耐火填料的表面涂上涂层并干燥。
此外，在钢板部的第二侧面上设有若干个透气孔，所述透气孔使倒锥燕尾槽与第二侧面相连通。
其中，所述倒锥燕尾槽1111的边缘倾斜角度H优选为6度。更优选地，倒锥燕尾槽1111的外径C大于离心铸管2的外径D(特别见图3)的1.05倍，并且倒锥燕尾槽1111的外径C小于挡板装置1的外径E的0.95倍。倒锥燕尾槽1111内径F较佳地为离心铸管2的内径G的0.75倍至0.85倍。
钢板部11的轴心处还设有通孔113，该通孔113使第一侧面111和第二侧面112相连通，能够从该通孔111处向金属模具3内注入钢水。
所述的耐火填料12选用碱性氧化镁、铝酸钙水泥和水玻璃及水的混合物；其中，耐火填料12的成分为：碱性氧化镁砂和粉的混合物为20-25的重量份、铝酸钙水泥3-5的重量份、水玻璃2-3的重量份、和水7-10的重量份，碱性氧化镁砂和粉的重量比为1∶1.5。
耐火填料12的制作方法为：
先将氧化镁砂和粉与铝酸钙水泥干料混合搅拌均匀，再将水玻璃与水搅拌均匀后加入到氧化镁砂和粉与铝酸钙水泥干料混合物中，搅拌均匀后即得到该耐火填料。
由于氧化镁有一定的热导率和蓄热系数，又有足够的耐火度和高温烧结性能，在高温下稳定性又好，不易脱落等特点，因此适合作为耐火填料12。
将涂好涂层的两块挡板装置1分别安装于金属模具3的两端，其中挡板装置1具有耐火填料12的一侧朝向金属模具3的内侧，并且在金属模具3对应挡板装置1的外缘处设有销孔，供挡板销5穿过而将挡板装置1固定于金属模具3上。此外，金属模具3的内侧涂覆有上述涂料组成的涂层4，以耐高温。所述金属模具3安置于离心设备上，从挡板装置1的通孔113向金属模具3内灌入钢水，经过离心铸造后，形成所述的离心铸管2。
所述涂层的成分为：硅微粉为16-19的重量份、硅藻土为21-24的重量份、氢氧化钠为0.2-0.5的重量份、硫酸铝为1-2的重量份、膨润土为4-6的重量份、PVA为1-2的重量份、锆英粉为54-58的重量份。
涂料制作方法：
将膨润土和硅微粉用球磨机混碾4小时，加适量水搅拌12小时，再加入锆英粉搅拌3小时，PVA液搅拌1小时，然后加氢氧化钠和硫酸铝再搅拌1小时，得到该涂料。
本发明所使用的涂料具有如下优点：
1.由于核电厂用的离心铸管有一部分是属于厚壁长管，制作时冷却速度慢，涂料中硅藻土与锆英粉与硅微粉的比例合理，既保证涂料有高的耐温：又可提高涂料溃散性、悬浮性，以及提高涂料层在离心浇注时抗冲刷的能力和高速运转时抗震动的能力。
2.采用锂基膨润土与PVA结合使用的复合悬浮剂，提高了涂料的屈服极限值和触变性。
3.所述涂料由于在耐火材料和粘接剂上都选用了稳定性较好的材料，提高了炉管的表面质量。
4.降低了生产成本，该产品的价格仅为进口产品的一半。
综上所述，本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.由于核电压水堆主管道直管具有壁厚、有效长度长，钢液冷却速度慢、凝固时间很长，从而使钢液在很大的离心力作用下漏出，造成重大安全事故。采用本发明的密封钢液的挡板装置及制作方法，既保证密封挡板装置有足够的耐火度和高温烧结性能，又可提高密封挡板装置在离心浇注时抗冲刷的能力和高速运转时抗振动的能力。
2.采用密封挡板装置，提高了挡板在高温下自身抗变形能力。
3.采用密封挡板装置，可以重复多次使用，使挡板辅助成本大幅度下降。
以上所述仅为本发明的较佳实例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (12)
1.一种密封钢液的挡板装置，向安装有所述挡板装置的金属模具内灌入钢水，经过离心铸造后形成离心铸管；其特征在于，所述挡板装置包括：
钢板部，为具有一预设厚度的钢板，所述钢板部具有相对的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面上设有呈环状的倒锥燕尾槽，所述倒锥燕尾槽的径向截面的槽底尺寸大于槽口尺寸；倒锥燕尾槽的外径大于离心铸管的外径的1.05倍，并且倒锥燕尾槽的外径小于挡板装置的外径的0.95倍；倒锥燕尾槽的内径为离心铸管的内径的0.75倍至0.85倍；
耐火填料，填充于倒锥燕尾槽中；
涂层，涂覆于钢板部以及耐火填料的表面。
2.根据权利要求1所述的密封钢液的挡板装置，其特征在于，所述第二侧面上设有若干个透气孔，所述透气孔使倒锥燕尾槽与第二侧面相连通；钢板部的轴心处设有通孔，所述通孔使第一侧面和第二侧面相连通，通过所述通孔向安装有所述挡板装置的金属模具内灌入钢水。
3.根据权利要求1所述的密封钢液的挡板装置，其特征在于，其特征在于，所述倒锥燕尾槽的边缘倾斜角度为5-7度。
4.根据权利要求3所述的密封钢液的挡板装置，其特征在于，其特征在于，所述倒锥燕尾槽的边缘倾斜角度为6度。
5.根据权利要求1所述的密封钢液的挡板装置，其特征在于，所述的耐火填料选用碱性氧化镁砂和碱性氧化镁粉的混合物、铝酸钙水泥、水玻璃和水，其中，碱性氧化镁砂和碱性氧化镁粉的混合物为20-25的重量份、铝酸钙水泥为3-5的重量份、水玻璃为2-3的重量份、水为7-10的重量份，碱性氧化镁砂和碱性氧化镁粉的重量比为1∶1.5，碱性氧化镁砂的粒度为12～16目，碱性氧化镁粉的粒度为180目。
6.根据权利要求1所述的密封钢液的挡板装置，其特征在于，所述涂层的成分为：硅微粉为16-19的重量份、硅藻土为21-24的重量份、氢氧化钠为0.2-0.5的重量份、硫酸铝为1-2的重量份、膨润土为4-6的重量份、PVA为1-2的重量份、锆英粉为54-58的重量份。
7.一种制作如权利要求1-6中任一项所述的密封钢液的挡板装置的方法，其特征在于，所包含的步骤如下：
(1)选用具有一预设厚度的钢板作为钢板部，在钢板部的第一侧面上设有呈环状的倒锥燕尾槽；且钢板部的轴心处设有通孔，所述通孔使第一侧面和第二侧面相连通，钢水从所述通孔向金属模具内灌入钢水，经过离心铸造后形成离心铸管；所述倒锥燕尾槽的径向截面的槽底尺寸大于槽口尺寸；倒锥燕尾槽的外径大于离心铸管的外径的1.05倍，并且倒锥燕尾槽的外径小于挡板装置的外径的0.95倍；倒锥燕尾槽的内径为离心铸管的内径的0.75倍至0.85倍。
(2)将耐火填料填充至钢板部的倒锥燕尾槽中，加以烘烤预热；
(3)在钢板部以及耐火填料的表面涂上涂层并干燥。
8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述倒锥燕尾槽的边缘倾斜角度为5-7度。
9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述倒锥燕尾槽的边缘倾斜角度为6度。
10.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述的耐火填料选用碱性氧化镁砂和碱性氧化镁粉的混合物、铝酸钙水泥、水玻璃和水，其中，碱性氧化镁砂和碱性氧化镁粉的混合物为20-25的重量份、铝酸钙水泥为3-5的重量份、水玻璃为2-3的重量份、水为7-10的重量份，碱性氧化镁砂和碱性氧化镁粉的重量比为1∶1.5，碱性氧化镁砂的粒度为12～16目，碱性氧化镁粉的粒度为180目；先将氧化镁砂和粉与铝酸钙水泥干料混合搅拌均匀，再将水玻璃与水搅拌均匀后加入到氧化镁砂和粉与铝酸钙水泥干料混合物中，搅拌均匀后即得到该耐火填料。
11.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，硅微粉为16-19的重量份、硅藻土为21-24的重量份、氢氧化钠为0.2-0.5的重量份、硫酸铝为1-2的重量份、膨润土为4-6的重量份、PVA为1-2的重量份、锆英粉为54-58的重量份；将膨润土和硅微粉用球磨机混碾4小时，加适量水搅拌12小时，再加入锆英粉搅拌3小时，PVA液搅拌1小时，然后加氢氧化钠和硫酸铝再搅拌1小时，得到该涂料。
12.一种应用如权利要求1-6中任一项所述的密封钢液的挡板装置的模具，其特征在于，涂好涂层的两块挡板装置分别安装于金属模具的两端，挡板装置的外径与金属模具的端部内径相等，挡板装置具有耐火填料的一侧朝向金属模具的内侧，并且在金属模具对应挡板装置的外缘处设有销孔，供挡板销穿过而将挡板装置固定于金属模具上；金属模具的内侧涂覆有所述涂层；所述金属模具安置于离心设备上。
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