CN104550886A - 硅铁坯生产用连续浇注机及其浇注模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硅铁坯生产用连续浇注机，包括机架，主动链轮设置在机架右端，从动链轮设置在机架左端，主动链轮与从动链轮通过链条连接，链条上设置有浇注模具，机架的设置有主动链轮的一端设置传动装置，传动装置驱动主动链轮转动，机架右端设置卸料装置，机架上靠近主动链轮的一侧设置有喷冷装置，喷冷装置与浇注模具底面对应，浇注模具为蠕墨铸铁模具。本发明是设计一种链板式的连续浇注机，浇注模具与链条连接，通过链条带动浇注模具移动，浇注模具平行布置，两个相邻浇注模具之间无重叠，存在间隙，为模具高温膨胀预留空间，连续浇注机设置喷冷装置，喷冷装置向浇注模具底面喷施冷却液，加速铁液冷却，提高连续浇注效率，确保硅铁坯质量。

Description

硅铁坯生产用连续浇注机及其浇注模具

技术领域：

本发明属于冶金行业中硅铁坯件生产技术领域，具体涉及一种硅铁坯生产用连续浇注机及其浇注模具。

背景技术：

在进行连续浇注生产时，连续浇注的模具至关重要，浇注模具材料的热传导性、耐热疲劳性、抗变型能力、抗氧化能力必须满足连续浇注机的使用性能要求，同时，从结构上说，浇注模具结构必须便于凝固后坯料的顺利脱模，这是当前严重影响连续浇注模具寿命两大因素，也是制约连接浇注生产效率的瓶颈。

目前，在浇注硅铁坯时使用的浇注模具，仍然采用传统的灰铸铁坯浇注时用的浇注模具，硅铁坯浇注，其浇注温度高达1480～1530℃，比普通灰铸铁铁水浇注温度（1250～1300℃）高约230℃，因此，传统的灰铸铁浇注用的浇注模具并不能满足硅铁坯的浇注要求，因此，硅铁坯连续浇注用的浇注模具已经成为严重制约生产效率的瓶颈。首先，传统的灰铸铁浇注用的浇注模具，在硅铁铁液浇注后，热量传递较慢，铁液内的气泡不能快速充分溢出，铁液与模具易发生熔融粘合，需要在连续浇注机的卸料端专门设置扒料装置，才能使铸坯与模具分离，使用不便，同时，现有模具的导热性、热疲劳性、高温抗氧化性等力学性能已经不能满足硅铁坯连续浇注的需要。

另外，硅铁坯浇注时，铁液表面不允许喷水冷却，否则硅铁坯质量将严重下降，不仅致密性变差，而且凝固后的硅铁坯易碎裂、风化，存放期变短。但是如果硅铁坯浇注后，冷却强度不够，浇注模具蕴热较多，将导致浇注模具到达连铸机卸料端时硅铁坯不能完全凝固，产生液态硅铁流淌和浇注模具溶蚀现象，同时将导致浇注不能连续进行，影响生产效率。

发明内容：

综上所述，为了克服现有技术问题的不足，本发明提供了一种硅铁坯生产用连续浇注机及其浇注模具，它是设计链板式的连续浇注机，将浇注模具与链传动机构连接，通过链传动带动浇注模具移动，浇注模具平行布置，两个相邻的浇注模具之间无重叠，存在间隙，为模具高温膨胀预留空间，连续浇注机设置喷冷装置，喷冷装置向浇注模具底面喷施冷却液，加速铁液冷却。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一种硅铁坯生产用连续浇注机，其中：包括机架、主动链轮、从动链轮、链条、传动装置、托辊装置、浇注模具、喷冷装置及卸料装置，所述的主动链轮设置在机架右端，从动链轮设置在机架左端，主动链轮与从动链轮通过链条连接，链条上设置有浇注模具，所述的机架的设置有主动链轮的一端设置传动装置，传动装置驱动主动链轮转动，所述的机架右端设置卸料装置，所述的机架上靠近主动链轮的一侧设置有喷冷装置，喷冷装置与浇注模具底面对应，机架上设置有多个托辊装置，链条沿托辊装置移动。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的浇注模具为蠕墨铸铁模具。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的浇注模具平行排列，相邻的浇注模具之间存在间隙，该间隙≤2mm。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的浇注模具的前后两侧的高度相同，且浇注模具的与链条相连的左右两侧的高度高于浇注模具的前后两侧的高度。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的喷冷装置包括主管及喷嘴，主管设置在机架上，且沿链条前进方向铺设，主管上设置有多个喷嘴，喷嘴与浇注模具底面对应。

一种上述硅铁坯生产用的浇注模具，其中：所述的浇注模具为蠕墨铸铁模具，其化学成分重量百分比为：碳：2.8～3.6%，硅：4.3%～4.7%，锰：0.25%~0.3%，钼：0.5%～0.7%，铬：0.3%～0.5%，镍：0.4%～0.6%，铜：0.3%～0.5%，余量为铁。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的蠕墨铸铁的蠕化率为25%～55%，其金相组织中铁素体含量为75%～85%。

本发明的有益效果为：

1、本发明是设计一种链板式的连续浇注机，将浇注模具与链传动机构连接，通过链传动带动浇注模具移动，浇注模具平行布置，两个相邻的浇注模具之间无重叠，存在间隙，为模具高温膨胀预留空间，连续浇注机设置喷冷装置，喷冷装置向浇注模具底面喷施冷却液，加速铁液冷却，提高连续浇注效率，同时确保硅铁坯质量。

2、本发明的浇注模具采用蠕墨铸铁模具，以适应硅铁浇注的恶劣环境，通过调整蠕墨铸铁模具化学成分和金相组织，使蠕墨铸铁模具的抗高温能力、热传导能力、高温抗变型能力、抗高温热疲劳性能、抗开裂性能力和高温抗氧化能力都得到较好的发挥。

3、本发明的浇注模具采用蠕墨铸铁模具，蠕墨铸铁的蠕化率为25%～55%，其金相组织中铁素体含量为75%～85%，蠕墨铸铁的导热性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间，蠕化率越高导热性能越高，但是，当温度高于500℃后，蠕化率的影响减弱，在高温状态下，低蠕化率铸铁的力学性能好于灰铁和高蠕化率铸铁，而本发明的硅铁的浇注温度为1480～1530℃，因此，对硅铁坯浇注模具来说，应需采用低蠕化率蠕墨铸铁，

4、本发明的浇注模具采用蠕墨铸铁模具，蠕墨铸铁的强度比灰铸铁高，导热性比球墨铸铁好，故蠕墨铸铁的抗裂纹能力比灰铸铁好，抗变形能力又优于球墨铸铁。同时，蠕墨铸铁的蠕化率不同，抗疲劳开裂能力也不同，高蠕化率的蠕墨铸铁抗疲劳能力低于低蠕化率的蠕墨铸铁，特别是在200～900℃范围内更易于疲劳开裂，但是也要注意，蠕化率过低时，抗变形能力减弱。

5、本发明的浇注模具采用蠕墨铸铁模具，本发明的浇注模具应用于硅铁坯的浇注，在不喷淋的状态下，浇注模具内壁温度高达1100℃左右，其外壁温度达到700℃左右，两者平均温度在900℃左右，因此，在浇注过程中，浇注模具内壁会发生珠光体相变，相变应力会加剧浇注模具的变形和开裂，另外，高温状态下珠光体会分解析出石墨，造成浇注模具体积涨大变形，因此浇注模具基体应选择铁素体含量高的材质。

6、本发明的蠕墨铸铁模具的硅的含量控制在4.3%～4.7%，主要用来防止白口控制基体，并使铁素体量增加和强化铁素体，同时提高浇注模具的耐热性能；

本发明的蠕墨铸铁模具中加入锰，锰的重量百分比控制在0.3%以下，能够增强材料的韧性，获得韧性较高的铁素体基体的蠕墨铸铁；

本发明的蠕墨铸铁模具中加入钼，钼的重量百分比控制在0.5%～0.7%，用于进一步提高硬度、强度，提高有效耐热性，以适应硅铁高温浇注的需要；

本发明的蠕墨铸铁模具中加入铬，铬的重量百分比控制在0.3%～0.5%，其作用与钼相同；

本发明的蠕墨铸铁模具中加入镍，镍的重量百分比控制在0.4%～0.6%，用于减少白口倾向并提高浇注模具的耐热性；

本发明的蠕墨铸铁模具中加入铜，铜的重量百分比控制在0.3%～0.5%，其作用与镍相同，用于降低白口和提高均匀性。

7、本发明的相邻的浇注模具之间存在间隙，该间隙≤2mm。当高温硅铁液浇注进模具后，浇注模具升温膨胀，使相邻的浇注模具之间的间隙变为0，即解决了热胀冷缩问题，又能够有效的防止铁液从浇铸模具之间流出。本发明的浇注模具在结构方面，它取消了相邻浇注模具相互重叠的部分，取消了原有浇注模具的逸流沟槽，使其前后部位高度一致，其厚度作适当增加，而与链条相连的两侧部位高度保持不变，模腔部位高度相对上提约30mm。

8、本发明设置喷冷装置，喷冷装置与浇注模具底面对应，喷冷装置向浇注模具背部喷淋冷却水，采用背部强制淋水冷却，既可控制浇注模具温升，又能加速液态硅铁的冷却，提高生产效率，同时延长了浇注模具的使用寿命。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的浇注模具与链条连接的结构示意图；

图3为本发明图2的俯视示意图；

图4为本发明图2的左视示意图；

图5为本发明图3的A部放大示意图；

图6为本发明的浇注模具的结构示意图；

图7为本发明的图6的B-B剖视示意图；

图8为现有的浇注模具的结构示意图；

图9为图8的C-C剖视示意图；

图10为现有的浇注模具与链条相连的结构示意图；

图11为蠕化率为25%的蠕墨铸铁的金相结构示意图；

图12为蠕化率为45%的蠕墨铸铁的金相结构示意图；

图13为蠕化率为55%的蠕墨铸铁的金相结构示意图；

图14为铁素体含量为75%的蠕墨铸铁的金相结构示意图；

图15为铁素体含量为85%的蠕墨铸铁的金相结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例一：

如图1~5所示，一种硅铁坯生产用连续浇注机，包括机架1、主动链轮2、从动链轮3、链条4、传动装置5、托辊装置6、浇注模具7、喷冷装置8及卸料装置9，所述的主动链轮2设置在机架1右端，从动链轮3设置在机架1左端，主动链轮2与从动链轮3通过链条4连接，链条4上设置有浇注模具7，浇注模具7为蠕墨铸铁模具，浇注模具7平行并列设置，相邻的浇注模具7之间存在间隙，该间隙≤2mm，所述的机架1的设置有主动链轮2的一端设置传动装置5，传动装置5驱动主动链轮2转动，所述的机架1右端设置卸料装置9，所述的机架1上靠近主动链轮2的一侧设置有喷冷装置8，喷冷装置8包括主管10及喷嘴11，主管10设置在在机架1上，且沿链条4前进方向铺设，主管10上设置有多个喷嘴11，喷嘴11与浇注模具7底面对应，机架1上设置有多个托辊装置6，链条4沿托辊装置6移动。浇注模具7的前后两侧的高度相同，且浇注模具7的与链条4相连的左右两侧的高度高于浇注模具7的前后两侧的高度。

一种上述硅铁坯生产用连续浇注机的浇注模具，浇注模具7的化学成分重量百分比为：碳：3.2%，硅：4.5%，锰：0.28%，钼：0.6%，铬：0.4%，镍：0.5%，铜：0.4%，余量为铁。所述的蠕墨铸铁浇注模具7的蠕化率为45%，其金相组织中铁素体含量为75%。

使用时，传动装置5通过主动链轮2、从动链轮3、链条4实现浇注模具7的连续移动。链条4在移动过程中，其下部支撑于托辊装置6之上，主要起支撑运送载荷的作用。

在硅铁坯浇注前，浇注模具7先进行内腔喷浆，使浇注模具7内表面均匀覆盖一层浆液，并通过注模自身残余的热量将其烘干，以实现硅铁浇注后凝结块的顺利脱模，

浇注在从动链轮3端进行，浇注后的液态硅铁在向主动链轮2端移动过程中逐步冷却凝固，其热量通过浇注模具7和液面向空气中散发，为加强其快速冷却和提高效率，同时确保硅铁质量，在机架1上设置喷冷装置8，喷冷装置8向浇注模具7背部喷水冷却浇注模具7。当浇注模具7运行到主动链轮2处时，液态硅铁刚好凝固，浇注模具7沿主动链轮2发生方向改变时，凝固的硅铁坯便顺利脱模。硅铁坯沿卸料装置9下滑至储料框存储。脱模后的浇注模具7在返回从动链轮3端的过程中，内腔被重新喷浆，而后重复进行浇注过程。

本发明的相邻的浇注模具7之间存在间隙，该间隙≤2mm，当高温硅铁液浇注进模具时，浇注模具7升温膨胀，使相邻的浇注模具7之间的间隙变为0，即解决了热胀冷缩问题，又能够有效的防止铁液从浇铸模具之间流出。

如图8、图9、图10所示，为现有的浇注模具的结构示意图；安装时相邻的浇注模具前后相互搭接，并设有逸流沟槽，浇注后，各浇注模具中的浇注金属凝固后各自独立，互不相连。因浇注模具前后侧高度不一致，与浇注金属接触面积大小不一致，造成脱模困难。同时，高侧在浇注时承受温度相对较高，易造成此处烧熔破坏。

如图6、图7所示，为本发明的浇注模具7的结构示意图，安装时相邻浇注模具7前后互不搭接，无逸流沟槽，连续浇注过程中，相邻的浇注模具之间无间隙，冷态时最大间隙不超过2mm。浇注时各模中的固体硅铁联为一体，且在各块硅铁坯连接处会产生收缩微裂纹，同时在尾端脱模时因附加弯曲应力的产生，使脱模更见容易、方便。

本发明的浇注模具7采用蠕墨铸铁模具：

从材料的导热性来看，灰铸铁最好，球墨铸铁最差，蠕墨铸铁介于灰铁与球铁之间，即蠕化率越高导热率越高，但当温度高于500℃后，蠕化率影响减弱。高温状态下，低蠕化率的铸铁的力学性能好于灰铸铁和高蠕化率铸铁，因此，对硅铁浇注模具7来说，其浇注温度高达1480～1530℃，因此，应采用低蠕化率铸铁。

从冷热疲劳性能上看，硅铁浇注模具7冷热交变幅度大，热冲击下产生的膨胀、收缩应力（热应力）也较大。灰铸铁的导热系数高，但弹性模量低、强度低、组织稳定性低和抗氧化能力差，工作时主要以产生裂纹而破坏；球墨铸铁强度高、韧性好、弹性模量高，但导热率低、抗蠕变能力低，工作中主要以产生变形而丧失使用功能。而蠕墨铸铁的强度比灰铸铁高，导热性比球墨铸铁好，故蠕墨铸铁的抗裂纹能力比灰铸铁好，抗变形能力又优于球墨铸铁。同时，蠕化率不同，抗疲劳开裂能力也不同，高蠕化率铸铁抗疲劳能力低于低蠕化率铸铁，特别是在200～900℃范围内更易于疲劳开裂，但是也要注意，蠕化率过低时，抗变形能力减弱。

从硅铁浇注模具7的工作温度来看，不喷淋状态下浇注模具7内壁温度度达1100℃，外部温度达700℃，平均温度为900℃。所以工作过程中浇注模具7内壁会发生珠光体相变，相变应力会加剧浇注模具7的变形和开裂，另外，高温状态下珠光体会分解析出石墨，而造成浇注模具7体积涨大变形，因此浇注模具7基体应选择高铁素体含量。同时，高温状态下高蠕化率时，冷热疲劳抗力会降低，所以，本实施例将硅铁浇注模具7的蠕化率控制在45%，铁素体含量控制在75%。同时，硅铁浇注模工作时如条件许可，要进行喷淋冷却为好。

从高温抗氧化性来讲，随着温度的增高，氧化加剧，氧原子以石墨缝隙、疏松和裂纹等缺陷作为通道，深入金属内部，又将周围的金属基体氧化，就石墨形态而言，片状石墨比表面积大，共晶团之间相互连接，因此灰铸铁的抗氧化性最差；球状石墨的比表面积最小，并且被金属基体隔离，石墨没有成为氧原子的通道，氧化是通过金属基体逐步深入的，故球墨铸铁的抗氧化性能最好。由此可见，对于工作状态更为恶劣硅铁浇注模具7来说，虽然使用合金蠕墨材料，蠕化率必须得到严格控制，即必须使用低蠕化率合金蠕铁。

如图11、图14所示，为本实施例中浇注模具7材料的金相结构示意图，本实施例中，浇注模具7采用蠕墨铸铁的化学成分重量百分比为：碳：3.2%，硅：4.5%，锰：0.28%，钼：0.6%，铬：0.4%，镍：0.5%，铜：0.4%，余量为铁。所述的蠕墨铸铁浇注模具7的蠕化率为45%，其金相组织中铁素体含量为75%。

该蠕墨铸铁的化学成分中，硅的含量为4.5%，能够有效的防止白口，并使蠕墨铸铁中的铁素体含量增加，并能强化铁素体，同时提高浇注模具7的耐热性能；锰的重量百分比为0.28%，能够增强蠕墨铸铁的韧性，获得韧性较高的铁素体基体的蠕墨铸铁；钼的重量百分比为0.6%，用于进一步提高硬度、强度，提高有效耐热性，以适应硅铁高温浇注的需要；铬的重量百分比为0.4%，其作用与钼相同；镍的重量百分比为0.5%，用于减少白口倾向并提高浇注模具7的耐热性；铜的重量百分比为0.4%，其作用与镍相同，用于降低白口和提高均匀性。

实施例二：

如图12、图15所示，重复实施例一，有以下不同点，本实施例中，浇注模具7采用的蠕墨铸铁的化学成分重量百分比为：碳：2.8%，硅：4.3%，锰：0.25%，钼：0.5%，铬：0.3%，镍：0.4%，铜：0.3%，余量为铁。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的蠕墨铸铁的蠕化率为25%，其金相组织中铁素体含量为85%。

实施例三：

如图13、图15所示，重复实施例一，有以下不同点，本实施例中，浇注模具7的蠕墨铸铁的化学成分重量百分比为：碳： 3.6%，硅： 4.7%，锰： 0.3%，钼： 0.7%，铬： 0.5%，镍： 0.6%，铜： 0.5%，余量为铁。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的蠕墨铸铁的蠕化率为55%，其金相组织中铁素体含量为75%。

要说明的是，以上所述实施例是对本发明技术方案的说明而非限制，所属技术领域普通技术人员的等同替换或者根据现有技术而做的其它修改，只要没超出本发明技术方案的思路和范围，均应包含在本发明所要求的权利范围之内。

Claims (7)

1.一种硅铁坯生产用连续浇注机，其特征在于：包括机架（1）、主动链轮（2）、从动链轮（3）、链条（4）、传动装置（5）、托辊装置（6）、浇注模具（7）、喷冷装置（8）及卸料装置（9），所述的主动链轮（2）设置在机架（1）右端，从动链轮（3）设置在机架（1）左端，主动链轮（2）与从动链轮（3）通过链条（4）连接，链条（4）上设置有浇注模具（7），所述的机架（1）的设置有主动链轮（2）的一端设置传动装置（5），传动装置（5）驱动主动链轮（2）转动，所述的机架（1）右端设置卸料装置（9），所述的机架（1）上靠近主动链轮（2）的一侧设置有喷冷装置（8），喷冷装置（8）与浇注模具（7）底面对应，机架（1）上设置有多个托辊装置（6），链条（4）沿托辊装置（6）移动。

2.根据权利要求1所述的硅铁坯生产用连续浇注机，其特征在于：所述的浇注模具（7）为蠕墨铸铁模具。

3.根据权利要求1所述的硅铁坯生产用连续浇注机，其特征在于：所述的浇注模具（7）平行排列，相邻的浇注模具（7）之间存在间隙，该间隙≤2mm。

4.根据权利要求1所述的硅铁坯生产用连续浇注机，其特征在于：所述的浇注模具（7）的前后两侧的高度相同，且浇注模具（7）的与链条（4）相连的左右两侧的高度高于浇注模具（7）的前后两侧的高度。

5.根据权利要求1所述的硅铁坯生产用连续浇注机，其特征在于：所述的喷冷装置（8）包括主管（10）及喷嘴（11），主管（10）设置在在机架（1）上，且沿链条（4）前进方向铺设，主管（10）上设置有多个喷嘴（11），喷嘴（11）与浇注模具（7）底面对应。

6.根据权利要求1~5任一项所述的硅铁坯生产用连续浇注机的浇注模具，其特征在于：所述的浇注模具（7）为蠕墨铸铁模具，其化学成分重量百分比为：碳：2.8～3.6%，硅：4.3%～4.7%，锰：0.25~0.3%，钼：0.5%～0.7%，铬：0.3%～0.5%，镍：0.4%～0.6%，铜：0.3%～0.5%，余量为铁。

7.根据权利要求6所述的硅铁坯生产用连续浇注机的浇注模具，其特征在于：所述的蠕墨铸铁的蠕化率为25%～55%，其金相组织中铁素体含量为75%～85%。