CN104959574B - 一种低压铸钢用升液管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于低压铸造技术领域，具体涉及一种低压铸钢用升液管及其制备方法。提出的低压铸钢用升液管具有由耐热钢制成的外管（2）、内管（4），且外管（2）与内管（4）之间具有环形间隙；外管（2）的外壁面、内管（4）的内壁面上均焊接有上下设置的多层中空结构的铆钉（5）；外管（2）的外壁面、内管（4）的内壁面、耐热钢圆盘（1）上所述通孔的内壁面上均复合有熔融石英质浇注料作为耐火材料（1）；外管（2）、内管（4）之间所述环形间隙的下端开口由堵塞物（7）密封。本发明避免了受热膨胀导致内外壁耐火材料开裂问题的发生；提高了升液管的保温性能及抗热震性能。

Description

一种低压铸钢用升液管及其制备方法

技术领域

本发明属于低压铸造技术领域，具体涉及一种低压铸钢用升液管及其制备方法。

背景技术

低压铸造是介于重力铸造和压力铸造之间的一种铸造方法，其目的是解决重力铸造中浇注系统充型和补缩的矛盾。在重力铸造中为了充型平稳，避免气孔、夹渣，一般都采用底注式，而铸型内温度场分布则不利于冒口补缩。低压铸造吸收了重力铸造中底注平稳充型和压力铸造中铸件在压力下结晶凝固的优点，巧妙地利用坩埚内气压，将金属液由下而上充填铸型，在低气压下保持浇道与补缩通道合二为一，始终维持铸型温度梯度与压力梯度的一致性，从而解决了重力铸造中充型平稳性与补缩的矛盾，而且使铸件品质大大提高。

升液管是指在低压铸造时将密封坩埚内的液态金属导入铸型的管道，主要作用是导流和补缩。作为浇注系统中的重要组元，它应保证液态金属在上升过程中流动平稳，不致引起液态金属的氧化和吸气，从而保证铸件质量。因此升液管在低压铸造工艺中起着至关重要的作用。目前，低压铸造的应用范围正在不断拓展，从简单的铸件到复杂的航空、国防用铸件，从轻金属到重金属，从有色金属到黑色金属，而对铸造用升液管的性能要求也不尽相同，铸钢工艺相对铸铝工艺而言不但是铸造液本身密度导致压力的增加，温度也大大提高，一般铝液温度800℃左右，而钢液1550℃左右，对升液管的性能要求大大提高。故对升液管的气密性及抗热震性提出了更高的要求，同时要求制备升液管的材料不能污染钢液。

专利CN1039984A涉及一种整体浇注复合升液管，其结构特点是以钢管为承重和防止气体泄漏的骨架，钢管内外浇灌高铝质水泥结合耐火浇注料；制造工艺是整体一次浇灌成型，经自然干燥和中温干燥后交付使用；使用前需经升温烘烤，使用后需降温烘烤；该升液管不仅适用于铸铁、铸钢等黑色金属低压铸造，也可应用于铸铝、铸铜等有色金属的低压铸造；但是该专利中钢管内外高铝质水泥结合耐火浇注料均为浇注成型，气孔率≥17%，在加压时气体容易通过钢材料与高铝质水泥结合耐火浇注料的界面进入升液管内壁或是进入铸模中；由于钢材料与高铝质水泥结合耐火浇注料的热膨胀性能不匹配，经高温受热时容易导致高铝质水泥结合耐火浇注料开裂；同时由于高铝质水泥结合耐火浇注料的抗热性能较差，体积密度较高，保温性能差，因此复合升液管的制备过程中需要经过400℃～500℃烘烤，压铸前需要预先烘烤，使用后还需要降温烘烤，使得工艺流程相对复杂。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提出一种低压铸钢用升液管及其制备方法。

本发明为完成上述发明目的采用如下技术方案：

一种低压铸钢用升液管，所述升液管具有由耐热钢制成的内管；所述内管的上端与中心具有通孔的耐热钢圆盘密封连接，且内管的内径与耐热钢圆盘中心所具有通孔的内径相同；所述内管的外侧套置有由耐热钢制成的外管，且外管与内管之间具有环形间隙；外管与内管之间所具有环形间隙的宽度为10～15mm，用以避免对受热膨胀导致内外壁耐火材料开裂；所述外管的上端与耐热钢圆盘密封连接，下端面与内管的下端面平齐；所述外管的外壁面、内管的内壁面上均焊接有上下设置的多层铆钉，且所述的铆钉为中空结构，每层为沿外管、内管圆周分布的多个；所述外管的外壁面上复合有热膨胀系数低、抗热震性优异的熔融石英质浇注料作为耐火材料，且外管的外壁面上所述耐火材料的上端面、下端面分别与外管的上端面、下端面平齐；所述内管的内壁面、耐热钢圆盘上所述通孔的内壁面上复合有热膨胀系数低、抗热震性优异的熔融石英质浇注料作为耐火材料，且内管的内壁面、耐热钢圆盘上所述通孔的内壁面上所述耐火材料的上端面与耐热钢圆盘的上端面平齐，下端面与内管的下端面平齐，在低压铸钢的过程中，由钢液将耐火材料与内管、外管之间所形成气道的封闭；所述的熔融石英质浇注料在升液管成型模具的配合下采用振动浇注成型的方式与外管的外壁面、内管的内壁面以及外管的外壁面、内管的内壁面上的多个铆钉浇注为一体；内管、外管之间所述环形间隙的下端开口由堵塞物密封。

所述外管外壁面上所述熔融石英质浇注料的厚度为为25mm～40mm。

所述内管内壁面、耐热钢圆盘上所述通孔的内壁面上所述熔融石英质浇注料的厚度为25mm～40mm。

内管、外管之间所述的环形间隙填充有作为填充物的耐火纤维或氧化物空心球。

所述的耐火纤维为高铝质耐火纤维或硅酸铝质耐火纤维。

所述的氧化物空心球为熔融石英质氧化物空心球或氧化铝质氧化物空心球。

所述的堵塞物为纤维涂抹料或耐高温隔热火泥。

所述的升液管成型模具具有带有底座的模芯；所述的模芯为圆筒状结构；所述模芯的下端与用以支撑耐热钢圆盘的底座密封连接；所述模芯圆筒的外径小于升液管所述内管的内径；所述模芯在制备升液管时位于升液管所述的内管、耐热钢圆盘上的通孔内，且内管与模芯之间、耐热钢圆盘上所述通孔与模芯之间具有用以浇注熔融石英质浇注料的环形间隙；内管与模芯之间、耐热钢圆盘上所述通孔与模芯之间所具有环形间隙的宽度为25mm～40mm；所述的外圆筒是由两个半圆筒连接而成的成型套筒；所述成型套筒的内径大于升液管所述外管的外径，所述的成型套筒在制备升液管时套置在升液管所述的外管上，且外管与成型套筒之间具有用以浇注熔融石英质浇注料的环形间隙；外管与成型套筒之间所具有环形间隙的宽度为25mm～40mm。

一种铸钢用升液管的制备方法，其具体步骤如下：

1）将由耐热钢制成的内管、外管焊接在中心具有通孔的耐热钢圆盘上，且内管、外管与耐热钢圆盘的焊缝处应密封严实不透气；

2）在内管的内壁面上、外管的外壁面上分别焊接中空结构的铆钉；

3）将所述的内管套置在升液管成型模具的模芯上，使所述的耐热钢圆盘放置在升液管成型模具的底盘上，并使内管与模芯之间环形间隙宽度的为25mm～40mm；然后将成型套筒的两个半圆筒套置在所述外管的外侧，并使成型套筒的下端面与耐热钢圆盘的上端面贴合，内管与模芯之间环形间隙宽度的为25mm～40mm；

4）在升液管成型模具所述模芯的外壁面、成型套筒的内壁面刷上脱模剂；然后将升液管成型模具置于振动平台上；将熔融石英质浇注料浇注在外管与成型套筒、内管与模芯之间的环形间隙内并启动振动平台振动成型；振动成型完成后；在内管、外管之间所述环形间隙的下端开口用纤维涂抹料或耐高温隔热火泥进行密封；

5）将成型后的升液管先在常温下养护48～72h后脱模，然后将脱模后的升液管置于烘烤炉中在200℃下烘烤，烘烤时间48～72h。

所述熔融石英质浇注料浇注的原料组成及质量百分比为：粒度为1～3mm的熔融石英颗粒40%、粒度为0～1mm的熔融石英颗粒20%；粒度为325目的熔融石英颗粒35%，硅微粉5%；还加入有占固体原料总重的10～15%的硅溶胶和占硅溶胶总重量的2～3%的羧甲基纤维素。

本发明提出的一种低压铸钢用升液管及其制备方法，升液管的管体由内管、外管组成，且内管与外管之间具有间隙，并选用抗钢液热冲击性能优异的熔融石英质浇注料作为升液管的内外壁材料，避免了受热膨胀导致内外壁耐火材料开裂问题的发生；压注过程中钢液可以直接堵塞了耐火材料与钢套界面形成的气道；熔融石英质浇注料通过焊接在钢套的铆钉进行固定，铆钉内部为中空，以缓解受热膨胀对耐火材料造成的不利影响；同时升液管内外壁材质的保温性能及抗热震性能有了极大的提高，铸钢前升液管对烘烤制度没有要求，相关性能如下表1所示。

表1升液管内外壁材质性能对比。

升液管内外壁材质	体积密度g/cm-3	主相材料热导率W·（m·K）-1	主相材料热膨胀系数×/℃-1
				矾土质，Al2O3%＞55wt	2.34	8～10	6.0～7.0×10-6
石英质，SiO2%＞90wt	1.90	0.9～1.5	0.4～0.6×10-6

附图说明

图1为本发明中升液管的剖视图。

图2为本发明中升液管的成型示意图。

图中：1、耐热钢圆盘，2、外管，3、耐火材料，4、内管，5、铆钉， 6、填充物，7、堵塞物，8、模芯，9、成型套筒。

具体实施方式

结合附图和具体实施例对本发明加以说明：

如图1所示，一种低压铸钢用升液管，所述升液管具有由耐热钢制成的外管4；所述内管4的上端与中心具有通孔的耐热钢圆盘1密封连接，且内管4的内径与耐热钢圆盘1中心所具有通孔的内径相同；所述内管4的外侧套置有由耐热钢制成的外管2，且外管2与内管4之间具有环形间隙；外管2与内管4之间所具有环形间隙的宽度为10～15mm，该实施例中，外管2与内管4的壁厚均为6mm，外管2与内管4之间所具有环形间隙的宽度为14mm，用以避免对受热膨胀导致内外壁耐火材料开裂；所述外管2的上端与耐热钢圆盘1密封连接，下端面与内管4的下端面平齐；所述外管2的外壁面、内管4的内壁面上均焊接有上下设置的多层铆钉5，且所述的铆钉5为中空结构，每层为沿外管、内管圆周分布的多个；所述外管2的外壁面上复合有热膨胀系数低、抗热震性优异的熔融石英质浇注料作为耐火材料3；且外管的外壁面上所述耐火材料的上端面、下端面分别与外管的上端面、下端面平齐；所述内管4的内壁面、耐热钢圆盘1上所述通孔的内壁面上复合有热膨胀系数低、抗热震性优异的熔融石英质浇注料作为耐火材料3；且内管的内壁面、耐热钢圆盘上所述通孔的内壁面上所述耐火材料的上端面与耐热钢圆盘的上端面平齐，下端面与内管的下端面平齐，在低压铸钢的过程中，由钢液将耐火材料与内管、外管之间所形成气道的封闭；所述的熔融石英质浇注料在升液管成型模具的配合下采用振动浇注成型的方式与外管2的外壁面、内管4的内壁面以及外管2的外壁面、内管4的内壁面上的多个铆钉浇注为一体；外管2、内管4之间所述环形间隙由填充物6填充，下端开口由堵塞物7密封；该实施例中，所述的耐热钢为奥氏体钢1Cr18Ni9Ti（321）。

所述外管2外壁面上所述熔融石英质浇注料的厚度为为25mm～40mm。

所述内管4内壁面、耐热钢圆盘1上所述通孔的内壁面上所述熔融石英质浇注料的厚度为25mm～40mm。

外管2、内管4之间所述的环形间隙填充有作为填充物6的耐火纤维或氧化物空心球；所述的耐火纤维为高铝质耐火纤维或硅酸铝质耐火纤维；所述的氧化物空心球为熔融石英质氧化物空心球或氧化铝质氧化物空心球。

所述的堵塞物7为纤维涂抹料或耐高温隔热火泥。

结合图2，所述的升液管成型模具具有带有底座的模芯8；所述的模芯为圆筒状结构；所述模芯8的下端与用以支撑耐热钢圆盘的底座密封连接；所述模芯8的外径小于升液管所述内管的内径；所述的模芯8在制备升液管时位于升液管所述的内管、耐热钢圆盘上所述的通孔内，且内管与模芯之间、耐热钢圆盘上所述通孔与成型模芯之间具有用以浇注熔融石英质浇注料的环形间隙；内管与模芯、耐热钢圆盘上所述通孔与模芯之间所具有环形间隙的宽度为30mm；所述模芯的外侧套置有由两个半圆筒连接而成的成型套筒9；所述成型套筒9的内径大于升液管所述外管的外径，所述的成型套筒在制备升液管时套置在升液管所述的外管上，且外管与成型套筒之间具有用以浇注熔融石英质浇注料的环形间隙；外管与成型套内壁之间所具有环形间隙的宽度为25mm。

一种铸钢用升液管的制备方法，其具体步骤如下：

1）、将由耐热钢制成的内管、外管焊接在中心具有通孔的耐热钢圆盘上，且内管、外管与耐热钢圆盘的焊缝处应密封严实不透气；

2）、在内管的内壁面上、外管的外壁面上分别焊接中空结构的铆钉；

3）、将所述的内管套置在升液管模芯上，使所述的耐热钢圆盘放置在升液管模芯的底盘上，并使内管与模芯外壁之间环形间隙宽度的为30mm；然后将成型套筒的两个半圆筒套置在所述外管的外侧，并使成型套筒的下端面与耐热钢圆盘的上端面贴合，外管与套筒之间环形间隙宽度的为25mm；

4）在升液管成型模具所述模芯圆筒的外壁面、套筒的内壁面刷上脱模剂；然后将升液管成型模具置于振动平台上；所述熔融石英质浇注料浇注的原料组成及质量百分比为：粒度为1～3mm的熔融石英颗粒40%、粒度为0～1mm的熔融石英颗粒 20%；粒度为325目的熔融石英颗粒 35%，硅微粉5%；还加入有占固体原料总重的10～15%的硅溶胶和占硅溶胶总重量的2～3%的羧甲基纤维素；然后将混好的料浇注在外管与套筒、内管与模芯之间的环形间隙内并启动振动平台振动成型；振动成型完成后，在内管、外管之间所述环形间隙的下端开口用纤维涂抹料或耐高温隔热火泥进行密封；

5）将成型后的升液管先在常温下养护48h后脱模，然后将脱模后的升液管置于烘烤炉中在200℃下烘烤，烘烤时间72h。

Claims (10)

1.一种低压铸钢用升液管，所述升液管具有由耐热钢制成的内管（4）；所述内管（4）的上端与中心具有通孔的耐热钢圆盘（1）密封连接，且内管（4）的内径与耐热钢圆盘（1）中心所具有通孔的内径相同；其特征在于：所述内管（4）的外侧套置有由耐热钢制成的外管（2），且外管（2）与内管（4）之间具有环形间隙；外管（2）与内管（4）之间所具有环形间隙的宽度为10～15mm，用以避免对受热膨胀导致内外壁耐火材料开裂；所述外管（2）的上端与耐热钢圆盘（1）密封连接，下端面与内管（4）的下端面平齐；所述外管（2）的外壁面、内管（4）的内壁面上均焊接有上下设置的多层铆钉（5），且所述的铆钉（5）为中空结构，每层为沿外管、内管圆周分布的多个；所述外管（2）的外壁面上复合有热膨胀系数低、抗热震性优异的熔融石英质浇注料作为耐火材料（3），且外管（2）的外壁面上所述耐火材料（3）的上端面、下端面分别与外管（2）的上端面、下端面平齐；所述内管（4）的内壁面、耐热钢圆盘（1）上所述通孔的内壁面上复合有热膨胀系数低、抗热震性优异的熔融石英质浇注料作为耐火材料（3），且内管的内壁面、耐热钢圆盘上所述通孔的内壁面上所述耐火材料（3）的上端面与耐热钢圆盘的上端面平齐，下端面与内管的下端面平齐，在低压铸钢的过程中，由钢液将耐火材料与内管、外管之间所形成气道的封闭；所述的熔融石英质浇注料在升液管成型模具的配合下采用振动浇注成型的方式与外管的外壁面、内管的内壁面以及外管的外壁面、内管的内壁面上的多个铆钉浇注为一体；内管、外管之间所述环形间隙的下端开口由堵塞物密封。

2.根据权利要求1所述的一种低压铸钢用升液管，其特征在于：所述外管（2）外壁面上所述熔融石英质浇注料的厚度25mm～40mm。

3.根据权利要求1所述的一种低压铸钢用升液管，其特征在于：所述内管（4）内壁面、耐热钢圆盘（1）上所述通孔的内壁面上所述熔融石英质浇注料的厚度为25mm～40mm。

4.根据权利要求1所述的一种低压铸钢用升液管，其特征在于：内管（4）、外管（2）之间所述的环形间隙填充有作为填充物的耐火纤维或氧化物空心球。

5.根据权利要求4所述的一种低压铸钢用升液管，其特征在于：所述的耐火纤维为高铝质耐火纤维或硅酸铝质耐火纤维。

6.根据权利要求4所述的一种低压铸钢用升液管，其特征在于：所述的氧化物空心球为熔融石英质氧化物空心球或氧化铝质氧化物空心球。

7.根据权利要求1所述的一种低压铸钢用升液管，其特征在于：所述的堵塞物为纤维涂抹料或耐高温隔热火泥。

8.根据权利要求1所述的一种低压铸钢用升液管，其特征在于：所述的升液管成型模具具有带有底座的模芯（8）；所述的模芯（8）为圆筒状结构；所述模芯（8）的下端与用以支撑耐热钢圆盘的底座密封连接；所述模芯（8）的外径小于升液管所述内管的内径；所述模芯在制备升液管时位于升液管所述的内管（4）、耐热钢圆盘（1）上的通孔内，且内管（4）与模芯（8）之间、耐热钢圆盘（1）上所述通孔与模芯（8）之间具有用以浇注熔融石英质浇注料的环形间隙；内管（4）与模芯（8）之间、耐热钢圆盘（1）上所述通孔与模芯之间所具有环形间隙的宽度为25mm～40mm；所述的升液管成型模具还具有由两个半圆筒连接而成的成型套筒（9）；所述成型套筒（9）的内径大于升液管所述外管的外径，所述的成型套筒（9）在制备升液管时套置在升液管所述的外管（2）上，且外管（2）与成型套筒（9）之间具有用以浇注熔融石英质浇注料的环形间隙；外管与成型套筒之间所具有环形间隙的宽度为25mm～40mm。

9.根据权利要求1所述的一种低压铸钢用升液管，其特征在于：所述熔融石英质浇注料浇注的原料组成及质量百分比为：粒度为1～3mm的熔融石英颗粒 40%、粒度为0～1mm的熔融石英颗粒 20%；粒度为325目的熔融石英颗粒 35%，硅微粉5%；还加入有占固体原料总重的10～15%的硅溶胶和占硅溶胶总重量的2～3%的羧甲基纤维素。

10.制备权利要求1所述一种低压铸钢用升液管的制备方法，其特征在于：制备方法的具体步骤如下：

1）、将由耐热钢制成的内管、外管焊接在中心具有通孔的耐热钢圆盘上，且内管、外管与耐热钢圆盘的焊缝处应密封严实不透气；

2）、在内管的内壁面上、外管的外壁面上分别焊接中空结构的铆钉；

3）、将所述的内管套置在升液管成型模具的模芯上，使所述的耐热钢圆盘放置在升液管成型模具的底盘上，并使内管与模芯之间环形间隙宽度的为25mm～40mm；然后将成型套筒的两个半圆筒套置在所述外管的外侧，并使成型套筒的下端面与耐热钢圆盘的上端面贴合，内管与模芯之间环形间隙宽度的为25mm～40mm；

4）在升液管成型模具所述模芯的外壁面、成型套筒的内壁面刷上脱模剂；然后将升液管成型模具置于振动平台上；将熔融石英质浇注料浇注在外管与成型套筒、内管与模芯之间的环形间隙内并启动振动平台振动成型；振动成型完成后；在内管、外管之间所述环形间隙的下端开口用纤维涂抹料或耐高温隔热火泥进行密封；

5）将成型后的升液管先在常温下养护48～72h后脱模，然后将脱模后的升液管置于烘烤炉中在200℃下烘烤，烘烤时间48～72h。