CN102430714A

CN102430714A - 一种厚大球墨铸铁阀板的铸造工艺

Info

Publication number: CN102430714A
Application number: CN2011103904396A
Authority: CN
Inventors: 侯伟民; 彭万银; 解廷博
Original assignee: TIJIN YIJI MACHINERY CO Ltd
Current assignee: TIJIN YIJI MACHINERY CO Ltd
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2012-05-02

Abstract

本发明提供一种厚大球墨铸铁阀板的铸造工艺，包括(1)制造模样、(2)造型、造芯、(3)烘干、合型、(4)熔炼、(5)浇注、(6)落砂和清理。本发明通过在铸件的上下面使用大量明冷铁和隔砂冷铁激冷，选择合适的摆放位置及厚度，有效防止了铸件产生缩孔和缩松，同时可以通过快速激冷使石墨成球状态良好，并且无需设置补缩冒口，铸件清理简单，且节省了5％的铁水用量，降低了生产成本，浇注系统采用了半封闭浇注系统，内浇道均匀分部在铸型周围，对铸型的冲刷小且挡渣效果好，并且在冷铁激冷的作用下，使得冲天炉熔炼出的厚大球墨铸铁件，表面成型良好，无渣滓和砂子，满足了生产要求，且工艺出品率提高了5.9％。

Description

一种厚大球墨铸铁阀板的铸造工艺

技术领域

本发明属于铸造领域，涉及一种厚大球墨铸铁阀板的铸造工艺。

背景技术

球墨铸铁是一种应用十分广泛的铸铁材料，它通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。

阀板形状简单，其结构如图1所示，它呈圆盘状，圆盘的上端面设有一平底凸台，圆盘下端面的边缘对称设有半环形凸耳，环形凸耳开有孔，远离圆盘边缘的半环形凸耳的另一端封闭。

以球墨铸铁为材料铸造阀板的现有工艺中，由于铸体的厚度较薄，通常采用自然冷却成型的方式，并且在铸件厚壁处和热节部位(即铸件上热量集中，内接圆直径较大的部位)设置补缩冒口，以防止铸件出现缩孔、缩松。

厚大球墨铸铁阀板是一种厚大铸件(壁厚在70mm以上的铸件，称为大厚铸件)，形状简单，尺寸大，厚度大，它的铸件厚度达到180mm，如果将现用工艺直接应用到厚大球墨铸铁阀板的铸造中，存在以下几个问题：

1、由于铸件厚度大，而球墨铸铁的凝固方式为糊状凝固，如果采用自然冷却成型的方式，极易使铸件产生缩孔、缩松和石墨漂浮及球化衰退等缺陷，无法满足生产要求；

2、设置补缩冒口会导致铁水大量浪费，并且铸件完成后，补缩冒口清理困难，费时费工；

此外，用冲天炉铸造出来的铸件，表面残留有大量的渣滓、砂子，工艺出品率低。因此，如果设计出一种适合厚大球墨铸铁阀板的铸造工艺，以提高其产品质量和工艺出品率，将具有良好的经济效益。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种厚大球墨铸铁阀板的铸造工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种厚大球墨铸铁阀板的铸造工艺，该铸造工艺包括以下步骤：

(1)制造模样：用红松木制造模样；

(2)造型、造芯：将模样置于砂箱中，设置浇注系统，用底注法往砂箱中填树脂砂进行制作铸型，并利用树脂砂制作砂芯，树脂砂优选呋喃树脂自硬砂；

所述砂箱为两开箱设计，包括上砂箱和下砂箱，上砂箱设有交错布置的数块隔砂冷铁，下砂箱设有交错布置的数块明冷铁，隔砂冷铁和明冷铁的厚度和铸件厚度比例均为1∶1；

隔砂冷铁间的间距为0.5-1倍于隔砂冷铁的长度；

明冷铁间的间距为0.5-1倍于明冷铁的长度；

所述浇注系统包括在铸件上左右对称设置的横浇道、内浇道和直浇道，横浇道和内浇道、直浇道均位于上砂箱中，直浇道垂直于横浇道所在面并与横浇道连通；横浇道呈弧形，数条所述的内浇道均匀分布于铸件和横浇道之间，且与横浇道、铸件连通；浇口面积比为S_直浇道∶S_内浇道∶S_横浇道＝1∶1.2-1.5∶0.8-1，优选S_直浇道∶S_内浇道∶S_横浇道＝1∶1.5∶0.8；

(3)烘干、合型：将铸型的表面清理干净，用锆粉涂料刷涂两遍，确保下砂箱中的明冷铁刷涂的表面光滑；烘干铸型和砂芯，下砂芯，进行合型，合型完毕后用暖风机烘烤来提高明冷铁和隔砂冷铁的表面温度；

(4)熔炼：用冲天炉熔炼铁水；

(5)浇注；

(6)落砂和清理。

所述明冷铁(外冷铁)是指与铸件表面直接接触，或涂有涂料后直接接触的冷铁。。

所述隔砂冷铁(挂砂冷铁、暗冷铁)是指冷铁表面与铸件表面之间隔有一层轻薄砂层相隔。

在实际生产配料中，对碳当量(将钢铁中各种合金元素折算成碳的含量)的选择以不出现石墨漂浮为原则尽可能地取高限。优选的，熔炼过程中，以铁水总重量计，将铁水的碳当量控制在4.0-4.5％，碳含量3.4-3.6％；硅含量2.3-2.5％。残余镁量0.04-0.06％，残余稀土量0.02-0.04％，S＜0.04％，P＜0.06％；铁水出炉温度控制在1450℃以上；稀土镁球化剂加入量为铁水总重量的2.2％，硅钡孕育剂加入量为铁水总重量的0.3％，球化处理温度控制在1430～1450℃之间。

由于本发明的铸件为厚大铸件，冷却缓慢，铸件中心部位易出现石墨畸变、球化率较低、晶粒粗大的球化衰退现象，为了防止球化衰退，铁水中应该有足够的残余镁量及残余稀土量，但残余稀土量过高使石墨圆整度变坏，球化级别降低，因此控制铁水中的残余镁量在0.04-0.06％，残余稀土量在0.02％-0.04％是最佳选择，而硫是球铁中的有害元素，则必须严格控制S＜0.04％，P＜0.06。

优选的，浇注采用低温浇注，浇注温度控制在1330℃-1345℃间。

优选的，所述树脂砂为呋喃树脂自硬砂，它可以通过如下方式制得：在砂子中加入固化剂，混合搅拌2分钟，再加入占砂子总质量0.9％的呋喃树脂，混合搅拌2分钟，得到呋喃树脂自硬砂。固化剂的用量为呋喃树脂总质量的45％。由于砂子每次使用后有5％的损耗，因此，第一次使用以后，每次需加入新的砂子，以保持砂子的总质量不变。砂子应当满足表1所示条件：

表1

按照以上铸造工艺生产的阀板铸件，连续统计5件的数据如表2所示，铸件经过加工后没有发现缩孔和缩松等铸造缺陷，铸件符合QT400-15，力学性能完全符合使用要求，并通过2个大气压的水压试验，产品完全合格。

表2

铸件的金相如图5所示，石墨成球良好分布均匀，达到二级或三级成球标准。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、发明人在分析铸件结构后，经过大量试验，发现当冷铁厚度小于铸件时，激冷效果不明显，容易产生缩孔和缩松；冷铁厚度较大时，铁水的凝固速度将不再明显增加并且增加成本，而通过在铸件的上下面使用大量明冷铁和隔砂冷铁激冷，选择合适的摆放位置及厚度，控制在冷铁和铸件厚度比例均为1∶1；交错布置的冷铁间的间距为0.5-1倍于冷铁的长度，效果最佳，既节省成本，还能有效防止了铸件产生缩孔和缩松，同时可以通过快速激冷使石墨成球状态良好，并且无需设置补缩冒口，铸件清理简单，且节省了5％的铁水用量，降低了生产成本；

本发明采用低温浇注有助于减少铁水的氧化及由此产生的气孔，铁水流动平稳；采用两开箱的设计能使造型稳定。

2、由于采用了设计合理的浇注系统，内浇道均匀分部在铸型周围，对铸型的冲刷小且挡渣效果好，并且在冷铁激冷的作用下，使得冲天炉熔炼出的厚大球墨铸铁件，表面成型良好，无渣滓和砂子，满足了生产要求，且工艺出品率提高了5.9％。

附图说明

图1是阀板的结构示意图

图2是本发明阀板铸件合型后的结构示意图

图3是本发明阀板铸件中明冷铁4和隔砂冷铁5的摆放示意图

图4是本发明阀板铸件中浇注系统的设置示意图

图5是依照本发明铸造工艺得到的铸件的金相图

图中：

1、圆盘 2、凸台 3、凸耳

4、明冷铁 5、隔砂冷铁 6、直浇道

7、横浇道 8、内浇道

具体实施方式

以轮廓尺寸直径Φ1500mm，铸件厚度为180mm，两端凸起的位置厚度为80mm的厚大球墨铸铁阀板的铸造为例。

如图1所示，该阀板呈圆盘状，圆盘1的上端面设有一平底凸台2，圆盘1下端面的边缘对称设有半环形凸耳3；半环形凸耳3开有孔，远离圆盘1边缘的半环形凸耳3的另一端封闭。

该阀板的铸造工艺如下：

(1)制造模样：用红松木制造模样；

分型面设于阀板圆盘1和平底凸台2的交界处；

(2)造型、造芯：将模样置于砂箱中，设置浇注系统，用底注法往砂箱中填呋喃树脂自硬砂进行制作铸型，并利用呋喃树脂自硬砂制作砂芯；

所述浇注系统是半封闭式浇注系统，如图4所示，包括在铸件上左右对称设置的横浇道7、内浇道8和直浇道6，横浇道7和内浇道8、直浇道6均位于上砂箱中，直浇道6垂直于横浇道7所在面并与横浇道7连通；横浇道7呈弧形，数条所述的内浇道8均匀分布于铸件和横浇道7之间，且与横浇道7、铸件连通；浇口面积比为S_直浇道∶S_内浇道∶S_横浇道＝1∶1.5∶0.8，内浇道8的轴线相交于圆盘1的中心；

所述砂箱为两开箱设计，包括上砂箱和下砂箱，上砂箱设有交错布置的数块隔砂冷铁5，下砂箱设有交错布置的数块明冷铁4，隔砂冷铁5和明冷铁4的厚度和铸件厚度比例均为1∶1，摆放位置如图3、图4所示；

隔砂冷铁5间的间距为0.5倍于隔砂冷铁5的长度；

明冷铁4间的间距为0.5倍于明冷铁4的长度。

为了容易成型，采用倾斜浇注的底注法；

造型完毕后至少24小时才能浇注。

(3)烘干、合型：将铸型的表面清理干净，用锆粉涂料刷涂两遍，确保下砂箱中的明冷铁4刷涂的表面光滑。烘干铸型和砂芯，下砂芯，进行合型，合型完毕后用暖风机烘烤来提高明冷铁4和隔砂冷铁5的表面温度，合型后如图2所示；

(4)熔炼：用10吨/小时的冲天炉熔炼铁水；

在冲天炉中将金属炉料熔化成铁水，铁水从冲天炉的出铁口送出，进入除铁槽，在除铁槽中加入硅钡孕育剂，出炉的铁水流经出铁槽后，和所述硅钡孕育剂一起冲入4t浇包中，然后再注入铸型中。

熔炼过程中，以铁水总重量计，将铁水的碳当量控制在4.0％，碳含量3.4％；硅含量 2.3％，残余镁量0.04％，残余稀土量0.02％，S＜0.04％，P＜0.06％；铁水出炉温度控制在1450℃以上；稀土镁球化剂加入量为铁水总重量的2.2％，硅钡孕育剂加入量为铁水总重量的0.3％，球化处理温度控制在1430～1450℃之间。

在球化剂上还可以依次覆盖硅铁、珍珠岩和2mm左右的薄铁板，以延缓球化反应。

包内铁水表面还可以加覆盖剂，它可以阻止铁水与大气接触和镁蒸气损失，覆盖剂采用稻草灰。

(5)浇注：采用低温浇注。浇注温度控制在1330℃-1345℃间。

(6)落砂和清理。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims

1.一种厚大球墨铸铁阀板的铸造工艺，其特征在于：该铸造工艺包括以下步骤：

(1)制造模样：用红松木制造模样；

(2)造型、造芯：将模样置于砂箱中，设置浇注系统，用底注法往砂箱中填树脂砂进行制作铸型，并利用树脂砂制作砂芯；

所述砂箱为两开箱设计，包括上砂箱和下砂箱，上砂箱设有交错布置的数块隔砂冷铁，下砂箱设有交错布置的数块明冷铁，隔砂冷铁和明冷铁的厚度和铸件厚度比例均为1∶1。

隔砂冷铁间的间距为0.5-1倍于隔砂冷铁的长度；

明冷铁间的间距为0.5-1倍于明冷铁的长度；

所述浇注系统包括在铸件上左右对称设置的横浇道、内浇道和直浇道，横浇道和内浇道、直浇道均位于上砂箱中，直浇道垂直于横浇道所在面并与横浇道连通；横浇道呈弧形，数条所述的内浇道均匀分布于铸件和横浇道之间，且与横浇道、铸件连通；浇口面积比为S_直浇道∶S_内浇道∶S_横浇道＝1∶1.2-1.5∶0.8-1；

(4)熔炼：用冲天炉熔炼铁水；

(5)浇注；

(6)落砂和清理。

2.如权利要求1所述的厚大球墨铸铁阀板的铸造工艺，其特征在于：所述浇注系统中，浇口面积比为S直浇道∶S内浇道∶S横浇道＝1∶1.5∶0.8。

3.如权利要求1或2所述的厚大球墨铸铁阀板的铸造工艺，其特征在于：

所述熔炼过程中，以铁水总重量计，将铁水的碳当量控制在4.0-4.5％，碳含量3.4-3.6％；硅含量2.3-2.5％，残余镁量0.04-0.06％，残余稀土量0.02-0.04％，S＜0.04％，P＜0.06％；铁水出炉温度控制在1450℃以上；稀土镁球化剂加入量为铁水总重量的2.2％，硅钡孕育剂加入量为铁水总重量的0.3％，球化处理温度控制在1430～1450℃之间。

4.如权利要求1至2任一项所述的厚大球墨铸铁阀板的铸造工艺，其特征在于：浇注采用低温浇注，浇注温度控制在1330℃-1345℃间。

5.如权利要求1所述的厚大球墨铸铁阀板的铸造工艺，其特征在于：所述树脂砂为呋喃树脂自硬砂。