CN102974781A - 一种锰合金连续浇铸成型粒化方法 - Google Patents

Abstract

一种锰合金连续浇铸成型粒化方法是将冶炼成的液态锰合金出炉，由浇包在锰合金连续浇铸成型粒化设备的浇铸位置连续一次浇入动态铸型；所述动态铸型是由立壁模具与水平模具连续运动至浇铸位置连续组型而构成一目标尺寸的封闭型腔，浇铸后液态锰合金在连续运动的铸型中凝固，同时在半凝固状态位置由加压机构对锰合金施加压力，凝固后立壁模具与水平模具在连续运动中同时各自分离，浇铸件自行脱模落入锭包中，保温后获得目标锰合金成型粒化铸件。本发明解决了现有锰合金在生产过程中存在的锰合金破碎粒化及粉末率高而污染环境的问题，实现了锰合金连续浇铸成型粒化的工业化生产过程。

Description

一种锰合金连续浇铸成型粒化方法

技术领域

本发明涉及一种锰合金浇铸成型方法，具体是一种冶炼锰合金通过连续浇铸成型粒化的方法。

背景技术

铁合金是一个原料型基础行业，是钢铁工业的重要组成部分。锰系铁合金是其中主要的一种系列产品。锰合金无塑性，主要用作炼钢的脱氧、脱硫及合金添加剂。锰(Mn)的密度(20℃)为7.44g/cm³，熔点为1244℃。

锰的生产主要有两种方法：一是火法冶炼；二是电解法。因电解锰是细小片状或粉状，在炼钢车间加料时因运输提升等过程常引发自燃，烧毁运输皮带，所以钢厂更喜欢使用有一定粒度、强度较好的火法冶炼的锰。

因锰合金主要用作炼钢的添加原料，所以在钢的冶炼工艺上对其有一定的粒度要求。绝大多数钢厂是以10-50mm尺寸大小的颗粒为供货要求。

现有国内外铁合金厂，均采用传统的锭模浇铸后，加以破碎的工艺。其工艺是将液体锰合金浇入锭模，待冷却后进行破碎，筛分入库。在这些过程中，约有20-25%的锰合金破碎为金属粉末，需要再回炉重熔，消耗大量的能源，而且在破碎过程中消耗许多的人力和物力，生产效率低，污染大、劳动条件极差。中国锰合金产量约为近千万吨，仅此一道工序，消耗的能源是巨大的，因此若能成功地对锰合金进行机械化粒化生产，将是锰合金行业的一大改进，所带来的经济效益将是巨大的。

现有对锰合金的粒化方法中，主要存在的问题一是钢厂要求的粒化颗粒较小，不适宜用锭模浇铸的方法，否则生产率极低，还需要大量的锭模及厂地，所需锭模厂地相当于增加一个完整的铸造车间；二是因锰是脆性材料，不宜模仿钢的连铸技术，如采用结晶器凝固加拖拽的方式出铁，这样锰料会折断在结晶器内。另外如果对锰合金采用水激冷的方法来实现粒化的目的，只会使锰合金全部变成粉末，由此浇铸加破碎的工序至今仍是常规方法。

现有从国内外检索的文献资料来看，有人在铁合金的粒化工艺方面作了很多工作，但尚未发现在锰合金的粒化方面有成功的先例。公开号为101497124的一种“金属锰或锰合金的凝固粒化成型工艺”，该发明专利是发明人的前一部分工作，其发明主要是对锰液采用电磁搅拌使结晶过程有利于成型，然后进行浇铸粒化成型；本发明是前一发明专利的后续工作，也是实现前一发明专利对锰合金进一步浇铸粒化成型的后序工作。

发明内容

为了解决现有锰合金生产方法中存在的锰合金破碎粒化及粉末率高而污染环境的问题，本发明提供一种锰合金连续浇铸成型粒化方法。

本发明上述所提供的一种锰合金连续浇铸成型粒化方法，其所述方法是将冶炼成的液态锰合金出炉，由浇包在锰合金连续浇铸成型粒化设备的浇铸位置连续一次浇入动态铸型；所述动态铸型是由立壁模具与水平模具以10～15m/min的速度连续运动至浇铸位置连续组型而构成一目标尺寸的封闭型腔，浇注方法是以35～40Kg/s的流速进行连续浇铸，然后液态锰合金在连续运动的铸型中开始凝固，同时在半凝固状态位置由加压机构对锰合金施加20MPa的压力；凝固后，立壁模具与水平模具在连续运动中同时各自分离，浇铸件自行脱模落入锭包中，保温1小时后，获得目标锰合金成型粒化铸件。

在上述技术方案中，进一步的附加技术特征是：

所述加压机构的加压位置是液态锰合金浇铸后处于半凝固状态位置；其半凝固状态位置是距浇铸位置点3～5m。

所述连续浇铸成型粒化的型腔模具是由至少两个以上的相同的型腔模具构成。

所述封闭型腔的型腔闭合前，对型腔内表面喷涂石灰粉与滑石粉的混合水溶液，其石灰粉与滑石粉的质量比为7：3。

所述保温是在锭包中浇铸件重量为1～1.5吨，其温度为750℃时，进行保温。

所述目标锰合金成型粒化铸件是直径为50mm的球形时，铸型位移速度为10m/min，液态锰合金流速是40Kg/s；其每一铸型铸件重量与浇铸时间的关系式为：                                                

，其中：x为每一铸件重量，单位为公斤，y为浇铸时间，单位为秒。

所述锰合金连续浇铸成型粒化方法的连续浇铸成型粒化设备是在传动机构上连接有电机减速步进机构、模具定位导轨机架，在模具定位导轨机架上滚动连接有连续浇铸成型模具，浇铸位置后设置有加压机构；

所述传动机构是在垂直传动主轴机架的上部通过锥齿轮Ⅰ和锥齿轮Ⅱ连接有水平传动轴机架，并在水平传动轴机架上安设有链轮Ⅲ；在垂直传动主轴机架的上部通过齿轮在同一水平面设置有垂直传动轴机架Ⅰ与垂直传动轴机架Ⅱ，并在其上分别安设有链轮Ⅰ与链轮Ⅱ，且链轮Ⅰ和链轮Ⅱ大小相同，转向相反；

水平传动轴机架与垂直传动轴机架Ⅰ和垂直传动轴机架Ⅱ的轴线位于同一垂直面；链轮Ⅲ的中心位于垂直传动轴机架Ⅰ和垂直传动轴机架Ⅱ的几何中心，链轮Ⅲ与链轮Ⅱ和链轮Ⅰ传动的线速度相同；

所述模具导轨机架是由水平导轨机架与垂直导轨机架构成，水平导轨机架设置有立壁模具上导轨与立壁模具下导轨，且分别位于立壁模具的上下端位置；垂直导轨机架位于链轮Ⅲ所驱动的水平模具的两端位置；

所述连续浇铸成型模具是由一侧两个立壁模具和另一侧两个立壁模具与水平模具构成；其中：

立壁模具的上端安装有立壁模具上导轮，下端安装有立壁模具下导轮，通过上下导轮与相应的立壁模具上导轨和立壁模具下导轨滚动连接，并通过链轮Ⅰ和链轮Ⅱ的链轮齿与立壁模具上的销轴啮合传动构成型腔立壁；

水平模具由链轮Ⅲ啮合传动于垂直导轨机架上，构成型腔底部水平模具。

本发明实现上述一种用于锰合金连续浇铸成型粒化的方法，与现有技术相比，其显著的特点在于：本方法将液态锰合金连续浇入运转的铸型中，进行连续组型、连续浇铸，连续自动脱模，成型粒化为所设计的目标尺寸，满足了炼钢厂的需求。如浇铸一包30吨的液态锰合金仅需十五分，极大地提高了生产效率，避免了现有生产过程中所产生的高粉末率，节约了重熔能源，节省了人力，消除了环境污染。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是本发明工艺过程示意图。

图3 是本发明工艺思想说明图。

图4 是本发明图2中A-A的剖面图。

图5 是本发明立壁模具与水平模具所组成型腔结构示意图。

图6 是本发明四个立壁模具构成型腔立壁结构示意图。

图7 是本发明图4中B-B剖面图，立壁模具与水平模具在运动中组成完整型腔结构示意图。

图8是本发明模具移动速度与每一型所浇铸重量的关系图。

图9是本发明方法所用设备的传动机构固定示意图，表示立壁模具与水平模具传动系统的传动主轴是在同一垂直面且同步传动。

图10是本发明方法所用设备的模型构成关系结构示意图，表示立壁模具与水平模具的传动系统空间位置关系与型腔形成的空间状况。

图11是本发明方法所用设备的模型定位及其导向机架结构示意图，其中，立壁模具被模具定位导轨机架定位与导向，并在该机架间作循环轨迹的运动。

图中：1：浇包；2：立壁模具上导轨；3：立壁模具Ⅰ；4：立壁模具Ⅱ；5：立壁模具下导轨；6：水平模具；7：垂直导轨机架；8：加压机构；9：链轮Ⅲ； 10：水平导轮机架；11：最终产品；12：链轮Ⅱ；13：垂直传动主轴机架；14：垂直传动轴机架Ⅱ；15：齿轮；16：锥齿轮Ⅰ；17：步进机构；18：减速机； 19：电机；20：链轮Ⅰ；21：垂直传动轴机架Ⅰ；22：水平传动轴机架；23：锥齿轮Ⅱ；24：立壁模具上导轮；25：立壁模具销轴；26：立壁模具下导轮；27：加压机构配重。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作出说明。

如图3所示，本发明方法思路是假设每一型腔均连续排列，在浇包连续运动的连续浇铸动作下，能够使浇铸连续进行，直到无限远处；反之，使浇包处于一固定位置，而铸型连续进行移动组型，在浇铸位置进行连续浇铸；浇包不动而铸型连续进给，就是本发明方法的思路。

如图1所示，实施本发明所提供的一种锰合金连续浇铸成型粒化的方法，是将现有的铸造的工艺过程连续化，其工艺流程是将冶炼成的液态锰合金置入浇包，采用底注式连续浇铸方法进行连续浇铸。在液态锰合金浇铸前，对将封闭型腔的内表面进行喷涂石灰粉与滑石粉的混合水溶液，使浇铸冷却后的铸件容易脱模并保护模具；对液态锰合金采用电磁搅拌工艺处理，所用电磁搅拌工艺处理是发明人已授权的发明专利，其公开号是 CN101497124的一种“金属锰或锰合金的凝固粒化成型工艺”。然后在所述由立壁模具与水平模具在以10～15m/min的速度连续运动过程中的某一位置点动态组合而构成的封闭型腔中进行连续浇铸，其浇注方法是以35～40Kg/s的流速进行连续浇铸；浇铸后，液态锰合金在连续运动的铸型中开始凝固，同时在半凝固状态位置由加压机构对锰合金施加15～20MPa的压力；凝固后，立壁模具与水平模具在连续运动中同时各自分离，浇铸件自行脱模落入收集锭包中，保温1小时后，获得目标锰合金成型粒化铸件。

如图4所示，本发明动态铸型型腔的组成方法是由至少两个以上相同的模具组合而构成，其中每一个铸型的组成方法是由四个立壁模具与一水平模具共五部分连续组成，将每一个铸型串联连接构成连续浇铸型腔。所述浇铸型腔是将所有的立壁模具分为两列，每列各自串联连接，而组成各自独立运动的传动系统，在浇铸前两列合拢组合为一个封闭铸型；浇铸铸件冷却凝固后两列立壁模具与水平模具在运动过程中各自分离，使凝固铸件自动下落而脱模，然后模具作循环运动，经喷涂涂料后为下一次浇铸作准备。

进一步地，其所述连续浇铸型腔的具体构成方法，如图4所述，图中两条传动系统是在水平面内转动，中间的位置是两列立壁模具合拢后所形成的封闭铸型位置。对每一个型腔而言，每条传动系统各自携带四分之二的半边铸型，在图中部汇合而形成一个型腔的四个立壁。该型腔的底部是由水平模具串联连接后组成，如图4中的双点划线所示的水平模具是由一条在垂直面内转动的传动系统构成，且水平模具与立壁模具的传动系统保持同步运动，由此形成了一系列动态铸型。模具运动方向如图4所述，其组合状态如图5和图6所述。

如图7所示，是本发明连续浇铸型腔的正视图，是表示立壁模具与水平模具的位置关系及同步运动状况。

如图8所示，是本发明锰合金连续浇铸成型粒化方法的型腔尺寸是根据粒化的目标尺寸设计成不同型腔，如以直径为50mm规格要求的圆球形，或是50′50mm的方形粒状等，每型的浇铸重量与模具移动速度的基本关系如图8所表述。

每包液态锰合金的浇铸时间取决于型腔的高度。如果型腔高度为800mm，底面边长为50′50mm，则根据计算传动系统行走速度约为10m/s。浇完一包三十吨的液态锰合金铁水，需要15分钟，在浇包中液态锰合金凝固前能够全部浇铸完成。

本发明锰合金连续浇铸成型粒化方法所用设备的相对位置结构示意图。如图2、图9、图10和图11所示，其中：所述锰合金连续浇铸成型粒化方法的设备是在传动机构上连接有电机减速步进机构、模具定位导轨机架，在模具定位导轨机架上滚动连接有连续浇铸成型模具，浇铸位置后设置有加压机构；

所述传动机构是在垂直传动主轴机架13的下部通过锥齿轮Ⅰ16和锥齿轮Ⅱ23连接有水平传动轴机架22，并在水平传动轴机架22上安设有链轮Ⅲ9；在垂直传动主轴机架13的上部通过齿轮15在同一水平面设置有垂直传动轴机架Ⅰ21与垂直传动轴机架Ⅱ14，并在其上分别安设有链轮Ⅰ20与链轮Ⅱ12，且链轮Ⅰ20和链轮Ⅱ12大小相同，转向相反；

水平传动轴机架22与垂直传动轴机架Ⅰ21和垂直传动轴机架Ⅱ14的轴线位于同一垂直面；链轮Ⅲ9的中心位于垂直传动轴机架Ⅰ21和垂直传动轴机架Ⅱ14的几何中心，链轮Ⅲ9与链轮Ⅱ12和链轮Ⅰ20传动的线速度相同；

所述模具导轨机架是由水平导轨机架10与垂直导轨机架7构成，水平导轨机架10设置有立壁模具上导轨2与立壁模具下导轨5，且分别位于立壁模具3、4的上下端位置；垂直导轨机架7位于链轮Ⅲ9驱动的水平模具6的两端位置；

所述连续浇铸成型模具是由两个立壁模具3和两个立壁模具4与水平模具6构成；其中：

立壁模具3、4的上端安装有立壁模具上导轮24，下端安装有立壁模具下导轮26，通过上下导轮与相应的立壁模具上导轨2和立壁模具下导轨5滚动连接，并通过链轮Ⅰ20和链轮Ⅱ12的链轮齿与立壁模具3、4上的销轴25啮合传动构成型腔立壁；

水平模具6由链轮Ⅲ9啮合传动于垂直导轨机架7上，构成型腔底部水平模具6。

 

下面通过具体实施例对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。

实施例1

实施一种锰合金连续浇铸成型粒化方法，以一包盛有30吨液态锰合金的浇包浇铸为例。其所述方法如下：

采用现有锰合金冶炼技术将锰矿冶炼为液态锰合金；运行本发明方法所用的连续浇铸成型粒化设备，由至少两个以上相同的立壁模具与水平模具动态构成的铸型型腔，以10～15m/min的速度运动至浇铸位置时，连续合拢组型而构成一目标尺寸的封闭型腔；浇铸时，浇注速度是以35～40Kg/s的流速，将盛有30吨液态锰合金的浇包在锰合金连续浇铸成型粒化设备的固定浇铸位置连续一次浇入动态铸型型腔内；浇铸后，液态锰合金在连续运动的铸型中开始凝固，同时在距浇铸位置点3～5m的半凝固状态位置由加压机构对锰合金施加15～20MPa的压力进行加压；凝固后，立壁模具的两套传动系统与水平模具的一套传动系统在连续运动中同时两两各自分离，浇铸件自行脱模落入收集锭包中；在锭包中收集的浇铸件重量达1～1.5吨时、其温度降至750℃时，进行一小时左右的保温，获得目标锰合金成型粒化铸件。

实施上述锰合金成型粒化目标尺寸是根据用户要求设计成不同尺寸的型腔得到，如以直径为50mm规格要求的圆球形或50′50mm的方形粒状等；如所述目标锰合金成型粒化铸件是直径为50mm的球形、立壁模具型腔高度为800mm时，铸型位移速度为10m/min，浇铸流速是40Kg/s；浇完一包三十吨的液态锰合金，需要15分钟；其每一铸型铸件重量与浇铸时间的关系式为：

，其中：x为每一铸件重量，单位为公斤，y为浇铸时间，单位为秒。完全可以在浇包内液态锰合金凝固前完成浇铸过程。 

Claims (9)

1.一种锰合金连续浇铸成型粒化方法，其所述方法是将冶炼成的液态锰合金，由浇包在锰合金连续浇铸成型粒化设备的浇铸位置连续一次浇入动态铸型型腔；所述动态铸型型腔是由立壁模具与水平模具以10～15m/min的速度同步连续运动至浇铸位置连续组型而构成一目标尺寸的封闭型腔时，液态锰合金以35～40Kg/s的流速进行连续浇铸，然后液态锰合金在连续运动的铸型中开始凝固，同时在半凝固状态位置由加压机构对锰合金施加15～20MPa的压力；凝固后，立壁模具与水平模具在连续运动中同时各自分离，浇铸件自行脱模落入收集锭包中，保温1小时后，获得目标锰合金成型粒化铸件。

2.如权利要求1所述的锰合金连续浇铸成型粒化方法，其所述动态铸型型腔的组成方法是由立壁模具与水平模具通过传动系统带动连续组合而构成，每一铸型型腔是由传动系统带动的四个立壁模具与一个水平模具在动态过程中进行连续组合、分离、组合构成连续封闭型腔。

3.如权利要求1所述的锰合金连续浇铸成型粒方法，其所述加压机构的加压位置是液态锰合金浇铸后处于半凝固状态的位置。

4.如权利要求1或3所述的锰合金连续浇铸成型粒化方法，其所述半凝固状态位置是距浇铸位置点3～5m。

5.如权利要求1所述的锰合金连续浇铸成型粒化方法，其所述连续浇铸成型粒化的型腔模具是由至少两个以上的相同的型腔模具构成。

6.如权利要求1所述的锰合金连续浇铸成型粒化方法，其所述封闭型腔的型腔闭合前，对型腔内表面喷涂石灰粉与滑石粉的混合水溶液，其石灰粉与滑石粉的质量比为7：3。

7.如权利要求1所述的锰合金连续浇铸成型粒化方法，其所述保温是在收集锭包中浇铸件重量为1～1.5吨，其温度为750℃时，进行保温。

8.如权利要求1所述的锰合金连续浇铸成型粒化方法，其所述目标锰合金成型粒化铸件是直径为50mm的球形时，铸型位移速度为10m/min，液态锰合金的流速是40Kg/s；其每一铸型铸件重量与浇铸时间的关系式为：                                                

，其中：x为每一铸件重量，单位为公斤，y为浇铸时间，单位为秒。

9.如权利要求1所述的锰合金连续浇铸成型粒化方法，其所述锰合金连续浇铸成型粒化方法的连续浇铸成型粒化设备是在传动机构上连接有电机减速步进机构、模具定位导轨机架，在模具定位导轨机架上滚动连接有连续浇铸成型模具，浇铸点后设置有加压机构；

所述传动机构是在垂直传动主轴机架(13)的上部通过锥齿轮Ⅰ(16)和锥齿轮Ⅱ(23)连接有水平传动轴机架(22)，并在水平传动轴机架(22)上安设有链轮Ⅲ(9)；在垂直传动主轴机架(13)的下部通过齿轮(15)在同一水平面设置有垂直传动轴机架Ⅰ(21)与垂直传动轴机架Ⅱ(14)，并在其上分别安设有链轮Ⅰ(20)与链轮Ⅱ(12)，且链轮Ⅰ(20)和链轮Ⅱ(12)大小相同，转向相反；

水平传动轴机架(22)与垂直传动轴机架Ⅰ(21)和垂直传动轴机架Ⅱ(14)的轴线位于同一垂直面；链轮Ⅲ(9)的轴心位于链轮Ⅰ(20)和链轮Ⅱ(12)的水平面几何中心，其传动的线速度与链轮Ⅰ(20)和链轮Ⅱ(12)的线速度相同；

所述模具导轨机架是由水平导轨机架(10)与垂直导轨机架(7)构成，水平导轨机架(10)设置有立壁模具上导轨(2)与立壁模具下导轨(5)，且分别位于立壁模具(3、4)的上下端位置；垂直导轨机架(7)位于链轮Ⅲ(9)驱动的水平模具（6）的两端位置；

所述连续浇铸成型模具是由两个立壁模具(3)和两个立壁模具(4)与水平模具(6)构成；其中：

立壁模具(3、4)的上端安装有立壁模具上导轮(24)，下端安装有立壁模具下导轮(26)，通过上下导轮与相应的立壁模具上导轨(2)和立壁模具下导轨(5)滚动连接，并通过链轮Ⅰ(20)和链轮Ⅱ(12)的链轮齿与立壁模具(3、4)上的销轴(25)啮合传动构成型腔立壁；

水平模具(6)由链轮Ⅲ(9)啮合传动于垂直导轨机架(7)上，构成型腔底部水平模具(6)。

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