CN106734879A - 一种垃圾焚烧用往复式炉排片的消失模铸造成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垃圾焚烧用往复式炉排片的消失模铸造成型工艺，其特征在于，包括如下步骤：1）制作泡沫模样；2）泡沫模样的干燥与稳定化：将经发泡成型的泡沫模样放置于干燥室中进行干燥处理，其温度控制范围为40~60℃，干燥完成后的模样水分含量应低于1%；3）泡沫模样的涂覆及烘干；4）造型：先将砂箱底部铺上一层底砂，震动后将泡沫模样放入砂箱中，随后采用雨淋加砂方式加砂，加砂过程中边加砂边震动；5）浇注；6）冷却清理：翻箱后对炉排片铸件进行落砂清理，并将分离出来的干砂处理后重复使用。本发明具有炉排片铸造缺陷少，表面质量好，成品率高，具有良好的经济效益等优点。

Description

一种垃圾焚烧用往复式炉排片的消失模铸造成型工艺

技术领域

本发明涉及模具制造技术领域，特别的涉及一种垃圾焚烧用往复式炉排片的消失模铸造成型工艺。

背景技术

消失模铸造又被称为实型铸造，在其生产过程中将事先通过发泡成型的与铸件结构完全相同的白模模样埋在型砂中，通过三维震动台震实造型，再于负压状态下将熔融金属浇入砂箱中，使白模高分子材料在高温状态下发生一系列物化反应最终由真空系统抽出，从而使熔融的金属溶液置换原来的白模实型完成相应的成型过程。相对传统的砂型铸造而言，消失模铸造以其技术上的灵活性、生产过程中的环保性、产品质量上的可靠性被应用到了越来越多的生产制造领域。

炉排片是用来堆积燃料并使之充分燃烧的重要部件，其主燃区炉排片工作面的温度高达800-1000℃左右，为保证燃料的充分稳定燃烧，对炉排的抗高温氧化性能提出了较高的要求。另外，由于其燃料燃烧产物通常是由碳、氢、氧、氮等元素组成的黑色固体矿物，在其焚烧过程中将对炉排片的工作面产生相应的磨损，这就对炉排提出了更高的耐磨性要求。炉排片本身属于中大型铸件，其结构较复杂，存在较多难成型部位，就铸造工艺性方面来看，铸件的最小壁厚为3mm，最大壁厚为40mm，最小铸出孔直径为16 mm，目前该铸件在成型过程中主要存在以下两个难点：

（1）各部分型壁尺寸大小不均匀，且存在厚壁部位，这些部位容易出现缩孔、缩松等常见的铸造缺陷；

（2）炉排片部分较薄，其主要尺寸介于3-10mm之间，在合金流动性较差的情况下容易出现冷隔、浇不足等情况。

综上所述，如果工艺方法选择不当、工艺方案设计得不合理势必会使生产出来的炉排产品无法满足上述结构以及性能方面的要求。

目前，现有垃圾焚烧用炉排片一般采用传统的砂型铸造工艺生产。中国专利文献公开了一种耐热耐磨耐腐蚀大型机械往复炉炉排的制造方法，其申请号为201110257994.1，该工艺采用了砂型铸造方法生产炉排，其工艺过程复杂，生产效率低，所成型出来的铸件精度低、寿命低、废品率高、铸造缺陷严重。刘太权等（炉排片熔模铸造充型及凝固过程的数值模拟及验证，热加工工艺，2009:38：46-49）采用一模四件对熔模铸造的炉排片进行了数值模拟。采用熔模铸造方法尽管表面精度提高，但是工序复杂，且生产效率低和生产成本高。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种炉排片铸造缺陷少，表面质量好，成品率高的垃圾焚烧用往复式炉排片的消失模铸造成型工艺。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种垃圾焚烧用往复式炉排片的消失模铸造成型工艺，其特征在于，包括如下步骤：

1）制作泡沫模样：将最大珠粒直径小于待铸造的炉排片铸件的最小壁厚的泡沫珠粒进行预发泡，然后将预发泡后的泡沫珠粒在熟化仓中熟化，再用料枪将熟化后的泡沫珠粒填充到发泡模具的型腔内，发泡模具的型腔与待铸造的炉排片铸件形状一致，通过过热蒸汽将泡沫珠粒加热进行二次发泡，再经冷却脱模形成泡沫模样；

2）泡沫模样的干燥与稳定化：将经发泡成型的泡沫模样放置于干燥室中进行干燥处理，其温度控制范围为40~60℃，干燥完成后的模样水分含量应低于1%；

3）泡沫模样的涂覆及烘干：在泡沫模样的表面涂覆一层用于增加泡沫模样的整体强度的涂覆液，然后烘干；

4）造型：先将砂箱底部铺上一层干型砂，震动后将泡沫模样连通用于浇注的浇注道泡沫模样放入砂箱中，随后采用雨淋加砂方式加干型砂，加砂过程中边加砂边震动，填砂完成后将砂箱表面密封，使砂箱中的干型砂在真空系统产生的负压作用下“粘接”成一体防止在浇注充型以及凝固过程中发生塌箱；

5）浇注：在负压状态下，将钢液由浇注道浇注到砂型中，直到完成浇注；

6）冷却清理：利用翻箱倾倒装置，从砂箱中倒出砂和炉排片铸件，对炉排片铸件进行落砂清理，并将分离出来的干型砂处理后重复使用。

采用上述成型工艺，使干燥完成后的白模水分含量低于1%，以保证发泡成型过程中带入的多与水分被充分排除以提高其抗裂性能。在干燥期间，干燥室的温度控制在40~60℃之间，时间控制在5~6h之间，这样不仅能达到在常温下自然熟化2~3天的效果，还能进一步保证白模的尺寸精度，充分补偿由于前期水分和发泡剂的蒸发所引起的应力松弛从而对白模出型后的尺寸造成的不良影响。

作为优化，所述步骤1）中，所述泡沫珠粒为采用可发性聚苯乙烯（EPS）制作的泡沫珠粒，其最大珠粒的直径为待铸造的炉排片铸件的最小壁厚的1/8～1/10，具体预发泡时，每次加料1kg，采用间歇式蒸汽预发泡机，预发泡温度为100~150℃，预发泡时间为30~45s，蒸汽压力为0.10~0.12MPa，预发泡密度控制在16~24g/l。

这样，每次加料1kg，可以在保证预发效率的同时，使各泡沫珠粒能充分与过热蒸汽接触实现充分预发泡，防止由于一次性加料过多所造成的部分珠粒欠预发的不良现象。预发泡温度控制在100～150℃，可以达到加快预发泡速度和避免泡沫珠粒过度预发、结块等缺陷的目的。将预发泡时间控制在30～45s，蒸汽压力控制在0.01～0.12MPa，可以避免过高的夹套蒸气压和过长的预发泡时间所造成的过度预发以及发泡剂损失过多的现象，以保证后续发泡成型的质量。预发泡密度控制在16~24g/l，可以防止珠粒表面凹凸不平或由于珠壁被发泡剂冲破而造成的不规律收缩和瘪塌现象，以保证白模的表面光洁度提高其表面质量。

作为进一步优化，所述步骤1）中，具体熟化时，将预发泡的可发性聚苯乙烯泡沫珠粒在熟化仓中熟化，其熟化温度为23~25℃，熟化时间为5~25h。

这样，可以达到合理控制空气渗入和发泡剂扩散速度，防止因熟化温度过高引起发泡剂的损失增大的目的。

作为优化，所述步骤1）中，将熟化后的泡沫珠粒填充到发泡模具的型腔内的过程中，发泡模具的预热温度为100℃，预热时间为15s，填料时的空气压力为0.1~0.15MPa。

这样，发泡模具的预热温度为100℃，预热时间为15s，以保证在正式发泡成型前模具是热态和干燥的，防止因模具预热不足所造成的发泡不充分所引发的白模表面质量不佳以及由于模具中残余水分所导致的白模产生空隙和孔洞等水损坏现象。空气压力为0.1~0.15MPa使泡沫珠粒能够在压力的作用下顺利填满发泡模具型腔的各部分。

作为优化，所述步骤3）中，泡沫模样的涂覆时，先进行两遍浸涂，然后在进行一遍喷涂，然后放置在360°旋转多功能烘干架上烘干。

作为优化，所述步骤4）中，填砂时，先在砂箱底部铺上一层高度为300mm的底砂，利用三维震实台震动15s后，将泡沫模样放入砂箱中，随后采用雨淋加砂方式加砂，加砂过程中边加砂边震动，加砂至泡沫模样的高度的2/3处停止加砂，震动30～50s，再继续加砂直至砂箱顶部，震动80～100s。

这样，在分层震动的作用下型砂会产生水平和垂直方向的移动，使消失模白模的水平孔洞以及平面被型砂所填充，补偿了只靠型砂自然流动和垂直移动而无法充分充满的缺陷，再由分层紧实使型砂能够均匀且充分地填满砂箱并在负压的作用下粘接成一个整体，从而保证了消失模铸造的精度。

作为优化，所述步骤5）中，浇注时，采用中频熔炼炉，钢液出炉温度为1580~1600℃，浇注温度为1520~1560℃，浇注时间为40~50s，浇注时保持负压0.035~0.06MPa,保压时间为12~16 min。

这样，钢液出炉温度为1580~1600℃，浇注温度为1520~1560℃，浇注时间为40~50s，可以补偿由于白模汽化所造成的热损失，提高液态金属的充型性能，防止铸件产生冷隔、浇不足以及夹渣、皱皮等铸造缺陷。浇注时保持负压0.035~0.06MPa,保压时间为12~16min，可以保证型砂间隙中的空气、白模于高温金属液的热作用下迅速分解气化产生的大量气体以及浇注瞬间由直浇道引入的气体能够被及时并充分地被排出成型系统。

作为进一步优化，所述步骤5）中，在浇注的初期采用细流慢浇的方式，控制好浇注速度，使泡沫模样因分解产物所产生的气体能够顺利排出；浇注中期在保持浇口杯中金属溶液充满但不外溢的前提下尽可能的加快浇注速度；在浇注后期，适当地减慢浇注速度以便金属溶液平稳地上升防止其冲出浇口杯。

作为优化，所述步骤1）中，发泡模具的型腔的表面粗糙度小于Ra6.3um，发泡模样脱模前需将模具冷却到40~50℃；发泡模具排气孔的面积为型腔总面积的1%~2%。

这样，较小的表面粗糙度可以保证最终成型出来的铸件表面质量达到图样要求的精度范围；脱模前将模具冷却到40~50℃，可以在抑制白模第三次膨胀的同时确保白模温度达到发泡材料的软化点以下，实现硬化定型，保证其形状以及尺寸精度。发泡模具排气孔的面积为型腔总面积的1%~2%，可以使模样紧实且实现均匀受热和均匀冷却。

作为进一步优化，所述步骤3）中，烘干炉温度为40~60℃，烘干时间为2~10h，烘干炉内湿度应小于30%。这样，可以保证白模的烘干熟化效果。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：采用本发明的消失模铸造成型工艺生产的炉排片铸造缺陷少，表面质量好，成品率高，具有良好的经济效益。

附图说明

图1为垃圾焚烧用往复式炉排片铸件和浇注系统的泡沫模样组的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

具体实施时：一种垃圾焚烧用往复式炉排片消失模铸造成型工艺，包括如下步骤：

1、选择可发性聚苯乙烯为原材料的泡沫珠粒，其最大珠粒直径为铸件最小壁厚的1/9，将可发性聚苯乙烯为原材料的泡沫珠粒按照每次1kg加入到间歇式蒸汽预发泡机中，采用时间继电器和温度控制仪同步控制预发泡时间和温度，其中预发泡时间为40s，预发泡温度为110℃，预发泡时所通入的蒸汽压力为0.10MPa，同时将预发泡密度控制在24g/l 左右，随后将预发泡可发性聚苯乙烯珠粒放置于温度为24℃的熟化仓中熟化15h；将经过熟化处理后的珠粒在0.12MPa的空气压力下经料枪填充到事先经过15s预热到100℃左右的发泡模具内，通过过热蒸汽将珠粒加热进行二次发泡，使各个珠粒之间相互融合形成表面平整光滑的白模模样，最后将模具冷却到 45℃左右时开模取件，即得到铸件的泡沫模样3和浇注系统的泡沫模样，如图1所示，浇注系统的泡沫模样包括直浇道1和横浇道2，其中，直浇道的外径为φ90~120mm，内径为φ70~100mm，高度为150~200mm。横浇道采用上大下小的梯形浇口。

2、将发泡成型的泡沫模样放置于温度为45℃、湿度为20%的干燥室中强制烘干7h，使烘干后的白模水分含量小于1%。

3、将通过预发泡、发泡、干燥处理后所得到的铸件的泡沫模样和浇注系统的泡沫模样通过热熔胶、橡胶乳液、树脂溶剂以及胶带纸组合粘接在一起成为模簇（模样组）；将事先经过搅拌机加水均匀搅拌后的消失模专用涂料置于相应的涂料槽中，通过人工将泡沫塑料模样压入其中浸涂一段时间后取出，如此重复两次后再经过一次喷涂使最终的涂层厚度达到1mm，将经过两遍浸涂加一遍喷涂的模样簇置于360°旋转多功能烘干架上于45℃的烘干室中烘干7h使之成为性能稳定的消失模模型。

4、将带有抽真空结构（底部和侧面都可以抽真空）和起吊、行走机构的1400 mm ×1400mm×1300mm的砂箱置于震动频率为55Hz、振幅为1mm的三维振动台上并夹紧固定，在砂箱中加入厚度为300㎜、水分为0.8%、温度为35℃左右的干砂后将5组模样组（每个模样组包括1个浇注系统的泡沫模样，2个铸件的泡沫模样）固定在砂箱中，随后采用雨淋加砂方式加砂至铸件白模高度的2／3处停止加砂，震动40s，再利用相同的加砂方式加砂直至砂箱顶部并振动90s以保证型砂充满各个部位；填砂完成后将砂箱表面用塑料薄模密封。

5、采用连续浇注方式，将温度约为1550℃的合金钢金属溶液浇入主浇道中，浇注速度控制为“慢-快-慢”的形式，浇注过程应控制在45s左右，期间将整个系统的负压维持在0.05MPa，浇注完成后继续保压15 min，以促进凝固成型过程的顺利进行。

6、冷却后，利用翻箱倾倒装置，从砂箱中倒出砂和铸件，对铸件进行落砂清理，并将分离出来的干砂处理后重复使用。

实施时，采用中频熔炼炉，钢液出炉温度为1580~1600℃，浇注温度为1520~1560℃，浇注时间为40~50s，浇注时保持负压0.035~0.06MPa,保压时间为12~16 min。

实施时，在浇注的初期采用细流慢浇的方式，控制好浇注速度，使泡沫模样因分解产物所产生的气体能够顺利排出；浇注中期在保持浇口杯中金属溶液充满但不外溢的前提下尽可能的加快浇注速度；在浇注后期，适当地减慢浇注速度以便金属溶液平稳地上升防止其冲出浇口杯。

实施时，发泡模具的型腔的表面粗糙度小于Ra6.3um，发泡模样脱模前需将模具冷却到40~50℃；发泡模具排气孔的面积为型腔总面积的1%~2%。

造型时三维振动台震动频率为50~60Hz，振幅为0.5~1mm；干砂的水分应小于1%，温度应低于40℃；采用一箱10件，以提高生产效率；砂箱结构为底抽式砂箱。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种垃圾焚烧用往复式炉排片的消失模铸造成型工艺，其特征在于，包括如下步骤：

1）制作泡沫模样：将最大珠粒直径小于待铸造的炉排片铸件的最小壁厚的泡沫珠粒进行预发泡，然后将预发泡后的泡沫珠粒在熟化仓中熟化，再用料枪将熟化后的泡沫珠粒填充到发泡模具的型腔内，发泡模具的型腔与待铸造的炉排片铸件形状一致，通过过热蒸汽将泡沫珠粒加热进行二次发泡，再经冷却脱模形成泡沫模样；

2）泡沫模样的干燥与稳定化：将经发泡成型的泡沫模样放置于干燥室中进行干燥处理，其温度控制范围为40~60℃，干燥完成后的模样水分含量应低于1%；

3）泡沫模样的涂覆及烘干：在泡沫模样的表面涂覆一层用于增加泡沫模样的整体强度的涂覆液，然后烘干；

4）造型：先将砂箱底部铺上一层干型砂，震动后将泡沫模样连通用于浇注的浇注道泡沫模样放入砂箱中，随后采用雨淋加砂方式加干型砂，加砂过程中边加砂边震动，填砂完成后将砂箱表面密封，使砂箱中的干型砂在真空系统产生的负压作用下“粘接”成一体防止在浇注充型以及凝固过程中发生塌箱；

5）浇注：在负压状态下，将钢液由浇注道浇注到砂型中，直到完成浇注；

6）冷却清理：利用翻箱倾倒装置，从砂箱中倒出砂和炉排片铸件，对炉排片铸件进行落砂清理，并将分离出来的干型砂处理后重复使用。

2.如权利要求1所述的垃圾焚烧用往复式炉排片的消失模铸造成型工艺，其特征在于，所述步骤1）中，所述泡沫珠粒为采用可发性聚苯乙烯（EPS）制作的泡沫珠粒，其最大珠粒的直径为待铸造的炉排片铸件的最小壁厚的1/8～1/10，具体预发泡时，每次加料1kg，采用间歇式蒸汽预发泡机，预发泡温度为100~150℃，预发泡时间为30~45s，蒸汽压力为0.10~0.12MPa，预发泡密度控制在16~24g/l。

3.如权利要求2所述的垃圾焚烧用往复式炉排片的消失模铸造成型工艺，其特征在于，所述步骤1）中，具体熟化时，将预发泡的可发性聚苯乙烯泡沫珠粒在熟化仓中熟化，其熟化温度为23~25℃，熟化时间为5~25h。

4.如权利要求1所述的垃圾焚烧用往复式炉排片的消失模铸造成型工艺，其特征在于，所述步骤1）中，将熟化后的泡沫珠粒填充到发泡模具的型腔内的过程中，发泡模具的预热温度为100℃，预热时间为15s，填料时的空气压力为0.1~0.15MPa。

5.如权利要求1所述的垃圾焚烧用往复式炉排片的消失模铸造成型工艺，其特征在于，所述步骤3）中，泡沫模样的涂覆时，先进行两遍浸涂，然后在进行一遍喷涂，然后放置在360°旋转多功能烘干架上烘干。

6.如权利要求1所述的垃圾焚烧用往复式炉排片的消失模铸造成型工艺，其特征在于，所述步骤4）中，填砂时，先在砂箱底部铺上一层高度为300mm的底砂，利用三维震实台震动15s后，将泡沫模样放入砂箱中，随后采用雨淋加砂方式加砂，加砂过程中边加砂边震动，加砂至泡沫模样的高度的2/3处停止加砂，震动30～50s，再继续加砂直至砂箱顶部，震动80～100s。

7.如权利要求1所述的垃圾焚烧用往复式炉排片的消失模铸造成型工艺，其特征在于，所述步骤5）中，浇注时，采用中频熔炼炉，钢液出炉温度为1580~1600℃，浇注温度为1520~1560℃，浇注时间为40~50s，浇注时保持负压0.035~0.06MPa,保压时间为12~16 min。

8.如权利要求7所述的垃圾焚烧用往复式炉排片的消失模铸造成型工艺，其特征在于，所述步骤5）中，在浇注的初期采用细流慢浇的方式，控制好浇注速度，使泡沫模样因分解产物所产生的气体能够顺利排出；浇注中期在保持浇口杯中金属溶液充满但不外溢的前提下尽可能的加快浇注速度；在浇注后期，适当地减慢浇注速度以便金属溶液平稳地上升防止其冲出浇口杯。

9.如权利要求1所述的垃圾焚烧用往复式炉排片的消失模铸造成型工艺，其特征在于，所述步骤1）中，发泡模具的型腔的表面粗糙度小于Ra6.3um，发泡模样脱模前需将模具冷却到40~50℃；发泡模具排气孔的面积为型腔总面积的1%~2%。

10.如权利要求5所述的垃圾焚烧用往复式炉排片的消失模铸造成型工艺，其特征在于，所述步骤3）中，烘干炉温度为40~60℃，烘干时间为2~10h，烘干炉内湿度应小于30%。