CN107003071A - 用于铸造铁或钢的方法、用于在该方法中使用的装料以及用于生产装料的方法 - Google Patents

Abstract

通过将具有已知的成分和尺寸的板状装料元件(1a、1b、1c……)放置到彼此的顶部上来由它们组装装料(1)，并且，由诸如合金组分工件或合金组分筒的具有已知的成分的合金组分实体(2)来组装装料(1)，由此，执行铁或钢的铸造，其中借助于合金组分实体(2)来使装料的成分平衡至期望的精确成分。使装料在熔炉(5)中熔融而铸造，以形成具有确切地了解的成分的铸件。

Description

用于铸造铁或钢的方法、用于在该方法中使用的装料以及用 于生产装料的方法

技术领域

本发明涉及用于铸造铁或钢的方法，其中，使含有用于将铸造的物体的原料和合金组分的装料(charge)熔化且铸造，以形成具有期望的形状和成分的物体。本发明还涉及用于在该方法中使用的装料。本发明进一步涉及用于生产这样的装料的方法。

背景技术

在铸造车间中，通过使含有金属原料的装料熔融，并且，通过将熔融后的金属倾注至模具中，来制成尺寸精度高的钢件和铁件。通常，通过将金属材料放置于熔炉中而制成装料，其中，该金属材料可以采取各种形式，并且，包括例如废料金属和剩余工件，诸如，铸造通道的零件、不合格的铸件以及剩余的铁或钢。铸件为具有仔细地选择过的成分的金属合金。为了实现该成分，通常，将合金组分(诸如，碳、硅、铜、铬、钼以及镍)及其他合金组分以含有所述合金组分的粉末的形式配料至装料。

制备用于铸造的装料要求精确计算和称重，以实现期望的金属合金。金属原料来自各种来源，并且，金属原料的成分和形状可能变化。必须专门地将以较低的含量使用的合金组分以各种包装(诸如，布袋)定购到铸造车间；必须存储这些合金组分；并且，当制备装料时，必须处理包装，这占据存储空间且耗费时间。

当制备装料时，熔炉往往未填满至其全容量，因为，用作原料的各种工件占用空间。因而，不能够利用熔炉的全容量，或熔炉必须相对于装料和铸件的质量而过大。由于原料的非均质性和以装料填充的程度的变化，因而不可预知装料的熔融的进展，这导致往往通过将熔炉盖提起而直接地在视觉上检查装料，该过程造成能量损耗，且还耗费工作时间。

此外，大部分的常用的将熔融的材料(具体地，回收的金属，即，废料)以及大部分的铸锭材料和容易氧化的合金组分含有不期望的元素、尘土、被氧化的材料以及在制造的期间生产的熔渣。

在目标为生产具有精确的成分的铸件的铸造车间中，常见的问题是，由于原料的多样性，导致装料的成分的计算要求大量工作。此外，在铸造车间处，需要用于原料的大型“废料场”和用于合金组分的存储空间。由于合金组分昂贵，因而必须将许多钱投资于合金组分的存储中。

发明内容

本发明的目标是，提出一种铸造方法，具体地，相对于用于铸造的装料的制备，能够通过该铸造方法而更迅速地且容易地以相等的精度或更高的精度执行铁或钢的铸造。本发明的目标也是，提出一种能够借以实现该方法的新型的用于铸造的装料和用于生产这样的用于铸造的装料的方法。

为了实现该目标，通过将根据熔融炉的尺寸而制造且具有已知的成分的板状装料元件放置到彼此的顶部上来由它们组装将放置于熔炉中的装料，并且，由具有已知的成分的合金组分工件或合金组分筒来组装将放置于熔炉中的装料，借助于该合金组分工件或合金组分筒来使装料的成分平衡至期望的精确成分。

能够更高效地填充熔炉，并且，促进与铸件的制备相关的工作(熔炉的填充、用于铸造的装料的成分的计算、合金组分的添加以及装料含量的记录)，且在更短的时间内执行这些工作。类似地，更易于预知实际的熔融过程，从而提供时间和能量的节省。

在本发明的有利的实施例中，在熔炉中，具体地，在感应熔炉或电弧熔炉中，使用于装料的原料熔融，并且，优选地，在真空氧脱碳剂转炉(VODC)中，或在氩氧脱碳剂(AOD)转炉中，使用于装料的原料纯化。当用于装料的零件(即，装料元件(板或盘))由在转炉中纯化的熔融物制成时，能够去除杂质，并且，能够使成分精确。

在本发明的又一有利的实施例中，所使用的合金组分为尽可能地纯的化学元素，而不是典型的铁合金，由此，在生产合金组分的期间，避免氧化。产品为无夹杂物和表面缺陷的铸件，并且，由于产品具有较小的性质变化，因而产品能够以较小的性质偏差和更高的强度、耐疲劳性和耐蚀性的性质设计。

总而言之，用于装料和合金组分的制备、运输和存储的成本低于用于必须单独地制备、运输、存储和装料的原料和合金组分的成本。

此外，使最终的熔融成分如人们期望那样精确的方案比将原料和合金组分逐个地称重且装料的常规的方式更明确且更容易。

本发明还导致有可能在不具有用于使原料纯化的装备的铸造车间中制造非常纯的钢种，因为，装料元件的制造商可能具有用于使用于装料元件的原料纯化的这样的装备，例如，转炉。

由于铸造车间能够以紧凑的形式取得原料(装料元件)，并且，根据对预先已知的合金组分的需求而取得合金组分，因而显著地减少铸造车间处所需要的工作和存储。

将在以下的描述中公开本发明的其他有利的实施例。

附图说明

在下文中，将参考附图而更详细地描述方法，在附图中：

图1显示放置于熔炉中的用于铸造的装料的竖直横截面，

图2图示用于生产用于铸造的装料的方法，以及

图3是显示用于铸造的装料的生产的不同的步骤的图表。

具体实施方式

图1显示铸造装料1，铸造装料1主要地由金属构成，并且，放置于熔炉5中；将在下文中参考图2和图3而描述其元件的生产。通过任何已知的方法而使装料在熔炉5中熔化，此后，通过将熔融后的材料引导至与铸件的形状相对应的模具，从而执行铸造。铁具有原料的最高的重量百分比。取决于装料的成分，铸造过程为铁铸造或钢铸造。

装料1包括在彼此的顶部堆叠的装料元件1a、1b、1c……，各装料元件具有确切地了解的成分。通过将精确地计算出的金属合金倾注至同一形状的模具中，从而预先制作装料元件，借此能够使装料元件标准化成特定尺寸的板状金属合金坯料，其可在彼此的顶部堆叠地水平地放置于熔炉中，以配置可容易地计算且确切地了解其成分的装料。

装料元件1a、1b、1c……不需要在成分上完全相同；确切地了解各元件的成分和质量将是足够的，因为，能够基于各元件的成分和质量而容易地计算整个装料。有可能制成各自具有相同的成分的一系列的元件、具有与前述的一系列的元件的成分不同的彼此完全相同的成分的另一系列的元件等。

还有可能根据来自铸造车间的订单而制成一系列的装料元件，当放置于熔炉5中时，这些元件成分配置精确地期望的成分的装料1。由于装料元件在形状上相同，因而当填充熔炉时，空间利用为高效的。

然而，本发明的优点是，能够使在铸造产品的制造之后留下的任何熔融物(即，在任何情况下，都必须重新熔融的剩余的铁或钢)重新熔融而形成装料元件，且因此，这些材料可转化成能够出售且再次利用的产品。例如，有可能制成给定的成分范围内(关于合金化金属及其他合金组分的给定的百分比极限内)的装料元件。因此，本发明中的一个选择是，使用来自其他产品的铸造的剩余的钢或铁(“剩余的熔融物”)，以便使用剩余的熔融物来制成具有准确地了解的成分的一系列的装料元件。通过使装料与除了装料元件之外还将放置于熔炉中的合金组分工件或合金组分筒的精度平衡，从而能够在装料中使用上述的装料元件，以实现准确的铸造。

因此，用于生产装料元件的方法可应用于铸造车间中，在该铸造车间中，同样地由铁或钢铸造将出售的其他铸造产品，因为，用于装料元件的原料如此位于附近。

有利的是，使用于装料元件的原料尽可能完全地纯化杂质和合金组分，使得在使原料熔融、纯化且合金化之后，尽可能准确地了解装料元件的成分。稍后，将描述用于实行此过程的方法。

在有利的实施例中，给各装料元件1a、1b、1c……提供能够由电子装备读取的数据内容，该数据内容不仅至少告知装料元件的成分，而且还告知装料元件的形状和尺寸及制造日期，且可能告知其他信息。读取器装置能够用于记录元件的成分，并且，所记录的数据能够用于计算装料的成分，且用于甚至自动地建立总装料。图1显示放置于装料元件1e内侧的该数据内容D，但是，当然，所有的装料元件1a……1f都能够包括上述的数据内容。

所需要的含量较小的合金组分能够以比装料元件1a、1b、1c……的总质量更小的实体的形式放置于熔炉中。在图1中，参考标号2指示这样的实体，其能够为含有处于精确的剂量比的合金组分的筒。还有可能使用较小的分开的合金组分工件，在给定的混合物中，各合金组分工件能够由单个合金组分构成，或含有两个或更多个合金组分。当将放置于熔炉中的合金组分采取具有期望的混合比的筒的形式，以作为单个“合金组分装料”时，合金组分以粉末或颗粒的形式存在。合金组分可能为以下中的一个或更多个：钼、镍、硅以及石墨(碳)，但合金组分还可能为其他金属和非金属。

如果期望的铸造产品成分含有很少合金组分，则能够以纯的非合金的盘的形式制作装料元件1a、1b、1c……。因而，由于添加合金组分而导致的变化的可能性更广泛，并且，合金组分将都不超过已经存在于装料元件中的极限。整个装料的大部分的质量由装料元件构成，并且，合金组分工件或筒的功能仅为，关于合金组分而补充装料，即，使将用于铸造的材料(装料)的成分与精确地期望的成分“平衡”。只要确切地了解合金组分实体的成分，并且，能够容易地将合金组分实体放置于熔炉中，以形成铸造装料的一部分，合金组分实体就还能够采取另一形式。

还以与装料元件相同的方式将合金组分递送至客户方铸造车间；换句话说，执行最终的产品的铸造的铸造车间将得到以与订单中所指示的成分和质量相对应的数量递送的正确尺寸的装料元件，且进一步得到含有合金组分粉末或细粒或者合金组分工件的筒，而确切地了解将铸造的装料的所有的这些要素的质量和成分。

如图中所示，通过使用根据订单而定制尺寸的装料元件1a、1b、1c……，从而能够更好地利用熔炉5的内部空间。类似地，合金组分能够作为单个实体2而放置于装料元件1a、1b、1c……的中间。为了实现该结构，装料元件为设有中心孔的板/盘。当在彼此的顶部堆叠时，板/盘在中间形成腔3，腔3沿熔炉的深度方向延伸，并且，合金组分工件或合金组分筒放置于腔3中。

能够根据铸造车间的熔炉5的尺寸而制造装料元件，使得装料元件的形状与熔炉的横截面相对应。装料元件能够以设有中心孔且具有比熔炉5的内径更小的直径的盘的形式制成，使得装料元件配合于熔炉的内侧。在图2中显示制造的方法。

图1进一步显示形成一个装料元件1f的底板，形成装料的其他装料元件堆叠于该底板的顶部上。向上地延伸的提升臂4固定至底板，提升臂4由金属(钢或铁)制成，并且，具有设有用于紧固提升装置的部件(横向于臂4的纵向方向的提升把手4a)的顶端。对提升臂4定制尺寸，使得设有中心孔的装料元件能够围绕提升臂4放置，使得提升臂4依然位于由孔形成的腔3的内侧。提升臂4具有管状形状，由此，合金组分的实体2(合金组分的工件或筒)能够放置于提升臂4的内侧。如图所示，通过结合铸造而将提升臂4的下端嵌入板中，从而能够容易地将提升臂4紧固至底板。能够通过横向于臂4的纵向方向的夹持元件4b而改进对底板的材料的粘附。

还确切地了解由底板和提升臂结合地形成的成分，因为，底板和提升臂构成装料的一个装料元件1f。底板和提升臂在铸造中保持在熔炉中，并且，底板和提升臂的材料将传递至制成的铸造产品的成分。

因而，能够通过将装料元件1a、1b、1c……堆叠于最底下的装料元件1f(即，底板)的顶部上而构成将放置于熔炉5中的装料1，并且，能够通过提升臂4而提升整个堆叠件，并且，使整个堆叠件下降至熔炉中。图1显示装料的大小(在彼此的顶部上的装料元件的数量)不固定，而可能变化(如虚线所指示的，还可能存在更多的装料元件)。

此外，有可能的是，装料中的装料元件的尺寸沿水平方向变化，使得能够使装料的轮廓适应于熔炉的性质。例如，同一装料可在彼此的顶部具有不同的直径的盘状装料元件。

上文中所提出的装料1能够构成将铸造的工件的整个材料，或者，能够以不同的形状的工件补充装料，这些工件放置于熔炉5中的装料1的顶部上，并且，可以由具有已知的质量和成分的剩余的钢等构成。

容易计算装料的成分且形成装料，因为，确切地了解装料元件1a、1b、1c……以及可能的合金组分实体2(合金组分工件或筒)的成分和质量，并且，装料容易堆放成紧凑的单元且放置于熔炉中。

用于铸造的装料元件的质量将取决于尺寸和用于制作装料元件的金属，但作为一个示例，可以说，装料元件优选地具有100与600 kg之间的质量(一个元件的质量)。

合金组分的量可能取决于将由装料铸造的物体的成分而变化。将铸造的铁能够典型地含有大约5 wt-%的合金组分，然而，高度合金化的铸钢能够含有多达30 wt-%的合金组分。

在使装料熔化之后，能够通过已知的铸造方法而执行铸造。

作为一个实际的示例(不限制本发明)，我们能够列举以下的熔炉及其装料：

感应电热熔炉(4吨)，内径为800 mm，高度为1200 mm。

装料元件：具有700 mm的直径、100 mm的高度以及200 mm的中心孔的盘状可堆叠式铁或钢元件。底板(最底下的装料元件)的重量为277 kg，其他装料元件(11个工件)的重量为255 kg，总重量为3122 kg。提升臂由球铁、碳钢或不锈钢制成，重量为40 kg，其下端铸造于底板的内侧。除了装料元件之外，还包括200 kg至300 kg的合金组分(装料元件中所包括的合金组分的总量的至少一半)。

装料的总重量为大约3300至3500 kg。

能够以剩余的钢或铁填充熔炉的剩余部分。

装料元件优选地以图2中所显示的方式制成。

装料元件在无砂的金属模具中铸造。在模具的内侧，存在冷却通道系统，通过喷洒而将冷却剂(诸如，空气或水)引入冷却通道系统中。由于热的金属模具而导致水转化成过热的蒸汽，通过位于冷却通道系统的出口侧的合适的布置而回收过热的蒸汽，并且，输送过热的蒸汽，以生产能量。能够将过热的蒸汽引入至蒸汽涡轮，以用于生产电力，且此后，能够从蒸汽回收热量，例如，以用于区域供热。

关于铸造，还有可能将上文中所提出的可由电子装备读取的数据元素D铸造到装料元件中。该数据元素至少告知元件的成分、尺寸以及制造时间。

如图2中所示，实际上，通过以精确地测量的铸造批量(casting batch)填充铸造容器13，并且，通过将铸造批量M4倾注至模具7中，来实施铸造，其中，模具7具有与装料元件的形状相对应且设置有外缘的凹陷部。模具具有用于形成中心孔的中心高地7b。盖7a能够放置于模具的顶部上，以使氧气与从铸造容器倾注至模具的凹陷部中的熔融后的铸造批料隔绝。

能够通过相继的铸造而进行装料元件的生产，使得相继地在逐步地经过铸造容器13的输送机6上运载模具7，在下一个模具7移动成与铸造容器紧邻之前，每次都以新的铸造批料填充铸造容器13。如上所述，在输送机上，还存在如下的站：用于蒸汽或热水或热空气的冷却和回收，用于使模具中的熔融后的材料冷却，以及用于以蒸汽、热空气或热水的形式从模具回收该材料的热能。图2具有带有铸造容器13的填充站，铸件批料M4从铸造容器13倾注至铸造模具7中，其中，图2是用于装料元件的生产线的顶视图。在填充站中，盖7a也放置于模具上。被盖覆盖的模具传递至冷却站，在冷却站中，将冷却喷嘴8从模具7的侧面推至底部部分上，并且，冷却喷嘴8将冷却介质(例如，冷却水或空气)供给至模具的底部部分中的冷却通道系统7c中，加热后的冷却介质从冷却通道系统7c传递至从模具的相对侧引入的回收喷嘴9中。回收喷嘴9回收从喷嘴进一步沿着导管输送的加热后的冷却介质(例如，热空气、热水或蒸汽)，从而以合适的方式利用加热后的冷却介质。冷却喷嘴8和回收喷嘴9能够布置成与模具7的移动适当地同步而来回地(双箭头)移动。

图3显示由含有许多杂质且/或具有不精确的成分的原料R生产尽可能地纯(即，具有确切地了解的成分)的铸件批料M4的基本原理。首先，在熔炉10中，使原料熔融，以便将金属材料转化成熔融的形式，并且，将因而获得的第一熔融物M1输送至纯化设备11，在纯化设备11中，通过将纯化气体P引入熔融物中而将杂质E从第一熔融物M1去除。纯化设备11有利地为真空氧脱碳剂转炉(VODC)或氩氧脱碳剂(AOD)转炉。在这两种的任一情况下，将氧气作为纯化气体而引入穿过熔融物，从而以熔渣或气体的形式去除可氧化的元素(硅、硫、钛、钒、铝、磷、碳)。在转炉中，还从原料R中的可能的气体夹杂物去除诸如氮气的气体。在转炉中，氩气用作保护气体，或所形成的气体受真空控制。

从转炉11获得纯化后的基本熔融物M2，将基本熔融物M2引导至合金化设备12中，在合金化设备12中，熔融物成分经过精确的最终调整而与装料元件的成分相对应。在该步骤中，至少利用不能承受转炉处置的这样的合金组分(具体地，碳(C)和硅(Si))来使基本熔融物合金化。优选地，以纯化的形式(即，以元素形式)添加这两种物质。例如，能够以石墨的形式添加碳。可能已经将抵抗转炉处置的合金组分(诸如，镍和铜)添加于前述的转炉中，或者，能够使所有的合金组分的添加集中于合金化设备12中。

从合金化设备12获得且具有制成的成分的熔融物M3用于填充铸造容器13，以用于如上文中所提出那样，通过以铸造批料M4填充模具7，从而执行装料元件的最终铸造。当同一熔融批料用于相继地(例如，以图2中所显示的方式)铸造若干个装料元件1a、1b……时，获得同一成分的装料元件。

因而，有可能如在上文中参考图1而提出那样通过使用装料中的铸造后的装料元件而执行具有最终的形状的物体的精度铸造。能够在同一铸造车间中进行该最终铸造，或者，能够将装料元件运输至另一铸造车间(客户方铸造车间)。

借助于本发明，因而，有可能执行这样的对钢和铁的铸造，其中，非常确切地了解所获得的铸件的成分。最终产品优选地为耐酸钢、不锈钢、球墨铸铁或高强度回火钢。本发明还适合于大的表面区域和/或厚壁的铸件，因为由于材料的纯度而能够使表面缺陷最小化且能够避免浮出表面的杂质的偏析。

Claims (10)

1.一种用于铸造铁或钢的方法，其中，使含有用于铸件的原料的装料熔融而铸造成期望的形状的物体，其特征在于，通过将具有已知的成分和尺寸的板状装料元件(1a、1b、1c……)放置到彼此的顶部上来由它们组装所述装料(1)，并且，由诸如合金组分工件或合金组分筒的具有已知的成分的合金组分实体(2)来组装所述装料(1)，借助于该合金组分实体(2)来使所述装料的成分平衡至期望的精确成分。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述装料元件(1a、1b、1c……)由铁或钢制成，并且，所述合金组分实体(2)多半含有除了铁之外的金属和/或非金属。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，诸如合金组分工件或合金组分筒的所述合金组分实体(2)含有以下中的至少一个：钼、铬、镍、硅、碳。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述板状装料元件(1a、1b、1c……)为设有中心孔的盘状元件。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述盘状元件围绕竖直引导元件堆叠在彼此的顶部上，使得所述竖直引导元件延伸穿过所述孔。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述竖直引导元件的下端固定至支撑所述装料元件的底部元件(1f)，并且它构成提升臂(4)，借助于该提升臂(4)而将所述装料元件(1a、1b、1c……)放置于熔炉(5)中，在该熔炉(5)中，使所述装料熔融。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述合金组分筒含有处于预定的比的采取粉末或颗粒的形式的合金组分。

8.根据前述权利要求4至7中的任一项所述的方法，其特征在于，诸如合金组分工件或合金组分筒的所述合金组分实体(2)放置于留在由所述盘状元件形成的堆叠件内且由所述中心孔制成的空间中，例如在管状引导元件或提升臂(4)的内侧。

9.根据权利要求1至6中的任一项所述的用于生产装料元件的方法，其特征在于，它包括以下的步骤：

–使用于所述装料元件的所述原料(R)熔融；

–从通过所述原料的熔融而获得的熔融物(M1)去除杂质；

–以合金组分使所述熔融物合金化；以及

–铸造所述装料元件。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在转炉中去除所述杂质。