CN107159870B - 三通阀体电渣熔铸成型装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三通阀体电渣熔铸成型装置，包括：变压器、结晶器和自耗电极；变压器的两端分别连接结晶器和自耗电极，并且结晶器和自耗电极均通过导线与变压器进行连接；结晶器的外壁上安装有冷却水进口和冷却水出口，内部设置有与三通阀体匹配的成型腔；成型腔的顶部设置有存放熔渣的熔渣池；自耗电极远离变压器的一端插入熔渣池；自耗电极的内部中心孔内吊设有吊杆，吊杆底端固定连接有中腔砂型，且中腔砂型插入成型腔内并与成型腔相匹配。本发明提供的三通阀体电渣熔铸成型装置首次实现了将电渣熔铸成型技术引入到三通阀体的成型制造中，能够满足大型三通阀体的成型制作，有效避免铸造缺陷的产生，提高了三通阀体铸件的质量。

Description

三通阀体电渣熔铸成型装置
技术领域
本发明涉及技术电渣熔铸领域，更具体的说是涉及一种三通阀体电渣熔铸成型装置。
背景技术
三通阀体作为一种通用零部件，已在诸多领域成为不可或缺的组成部分。目前，三通阀体的成型方法主要有铸造成型法、模锻成型法及自由锻成型法。其中，模锻成型法受到设备加工能力的影响，只能满足小尺寸的三通阀体的成型制造，而对于大型的三通阀体只能采用铸造成型法和自由锻成型法。
但是，采用铸造成型法进行三通阀体成型时，三通阀体容易产生缩孔及裂纹等缺陷，其成品率较低，特别是对于一些铸造性能较差的金属材料来说，当其应用在一些高温高压的管路系统中时，还可能会导致安全隐患的出现。
而对于采用自由锻成型法制造的三通阀体，或多或少都存在壁厚不均的现象，如果该三通阀体应用在高温领域时，将会产生热应力不均现象，这会对三通阀体本身带来不良影响。
因此，如何提高三通阀体铸件的质量是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种三通阀体电渣熔铸成型装置，首次实现了将电渣熔铸成型技术引入到三通阀体的成型制造中，能够满足大型三通阀体的成型制作，有效避免铸造缺陷的产生，提高了三通阀体铸件的质量。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种三通阀体电渣熔铸成型装置，包括：变压器、结晶器和自耗电极；
所述变压器的两端分别连接所述结晶器和所述自耗电极，并且所述结晶器和所述自耗电极均通过导线与所述变压器进行连接；
所述结晶器的外壁上安装有冷却水进口和冷却水出口，内部设置有与所述三通阀体匹配的成型腔；所述成型腔的底部设置有存放熔渣的熔渣池；
所述自耗电极远离所述变压器的一端插入所述熔渣池；所述自耗电极的内部中心孔内吊设有吊杆，所述吊杆底端固定连接有中腔砂型，且所述中腔砂型插入所述成型腔内并与所述成型腔相匹配。
优选的，所述自耗电极为中空圆柱桶状结构。
优选的，所述结晶器包括：相互对称的左半结晶器和右半结晶器，且所述左半结晶器和所述右半结晶器通过螺栓固定成为一体。
优选的，所述中腔砂型通过以下步骤制作而成：
(1)准备所述中腔砂型制作时所需的原材料，所述原材料包括：砂型芯体和配制耐火涂层浆料的原料，其中配制耐火涂层浆料的原料包括：电熔刚玉砂、矿化剂、粘结剂、消泡剂和润湿剂；
(2)配制耐火涂层浆料：选取粒度为230～325目的电熔刚玉砂，并向电熔刚玉砂中添加矿化剂，并搅拌均匀，之后加入粘结剂并搅动，在搅动粘结剂的过程中再缓慢加入电熔刚玉砂和矿化剂，并搅拌25～35分钟，再加入消泡剂和润湿剂，并持续搅拌2.5～3.5个小时，静置1.5～2.5个小时，制得耐火涂层浆料；
(3)清洗砂型芯体的外表面：将乳化水清洗剂与水按照1:1的比例混合配制成清洗液，再将砂型芯体放入配制好的清洗液中清洗7～10秒，取出砂型芯体并用清水清洗，晾干备用；
(4)涂挂耐火涂层浆料：将经过步骤(3)的砂型芯体放入步骤(2)制得的耐火涂层浆料中静置10～15秒；
(5)将经过步骤(4)的砂型芯体取出，待流掉多余的浆料后，向砂型芯体外表面播撒电熔刚玉砂；
(6)将经过步骤(5)的砂型芯体进行干燥，干燥时间大于12小时，干燥的环境温度控制在20～24℃，环境湿度控制在30～50％；
(7)重复步骤(4)～(6)，直至砂型芯体外表面的耐火涂层达到15～30mm；(8)将经过步骤(7)的砂型芯体外表面涂挂一遍耐火涂层浆料，完成表面封浆；
(9)将经过步骤(8)得到的砂型芯体送入加热炉中进行焙烧，获得中腔砂型。
优选的，在步骤(9)中焙烧分为5个阶段，具体可参见附图7，包括：
第一阶段：升温速度为为4～5℃/min，焙烧温度为250～300℃，保温时间为1～1.5h；
第二阶段：升温速度为3～4℃/min，焙烧温度为450～550℃，保温时间为1.5～2h；
第三阶段：升温速度为4～5℃/min，焙烧温度为700～750℃，保温时间为1.5～2h；
第四阶段：升温速度为3～4℃/min，焙烧温度为950～1350℃，保温时间为2～3h；
第五阶段：冷却至室温。
优选的，在步骤(2)的耐火涂层浆料配制过程中，固液比控制在2.8～3.6之间，且pH值控制在8～10之间。
优选的，所述粘结剂选用硅溶胶。
优选的，所述矿化剂主要由高岭土、碳酸钙及硼酸制作而成，且高岭土、碳酸钙及硼酸在耐火涂层浆料中所占的比例分别为9～18％、1～4％及2～5％。
优选的，所述消泡剂包括硅树脂，且消泡剂在耐火涂层浆料中所占的比例为0.1～0.7％。
优选的，所述润湿剂选用JFC润湿剂，且润湿剂在耐火涂层浆料中所占的比例为0.1～0.7％。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种三通阀体电渣熔铸成型装置，首次实现了将电渣熔铸成型技术引入到三通阀体的成型制造中，能够满足大型三通阀体的成型制作，有效避免铸造缺陷的产生，提高了三通阀体铸件的质量。
另外，本发明还提供了中腔砂型的制备方法，制得的中腔砂型专门用于利用电渣熔铸成型方法实现三通阀体的制造中。
因此，本发明提供的三通阀体电渣熔铸成型装置成功实现了三通阀体的电渣熔铸成型，填补了三通阀体在电渣熔铸领域的空白。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的三通阀体电渣熔铸成型装置的结构示意图；
图2附图为本发明提供的三通阀体示例一；
图3附图为本发明提供的三通阀体示例一的剖面图；
图4附图为本发明提供的三通阀体示例二；
图5附图为本发明提供的三通阀体示例二的剖面图；
图6附图为本发明提供的结晶器的结构示意图；
图7附图为本发明提供的中腔砂型的耐火涂层烧结的曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种三通阀体电渣熔铸成型装置，该装置首次将电渣熔铸成型技术引入到三通阀体的成型制造中，能够满足大型三通阀体的成型制作，有效避免铸造缺陷的产生，提高了三通阀体铸件的质量。
目前，常用的三通阀体的制造方法都存在着不同的缺陷，如果能够将电渣熔铸成型方法引入到三通阀体的成型制造中，可以有效避免铸造缺陷的产生，提高材料的利用率，并有效降低三通阀体的制造成本。
但是，目前并没有现成的电渣熔铸设备可以用于三通阀体的成型制造，尤其是三通阀体内部还存在着内部空腔，因此，现有的电渣熔铸设备是无法实现三通阀体的制造的。为此，本发明提供了一种专门适用于三通阀体的电渣熔铸成型装置。
本发明提供了一种三通阀体电渣熔铸成型装置，包括：变压器、结晶器1和自耗电极2；
变压器的两端分别连接结晶器1和自耗电极2，并且结晶器1和自耗电极2均通过导线与变压器进行连接；结晶器1的外壁上安装有冷却水进口6和冷却水出口7，内部设置有与三通阀体匹配的成型腔3；成型腔3的底部设置有存放熔渣的熔渣池；
自耗电极2远离变压器的一端插入熔渣池；自耗电极2的内部中心孔内吊设有吊杆4，吊杆4底端固定连接有中腔砂型5，且所述中腔砂型5插入所述成型腔3内并与所述成型腔3相匹配。
当通电时，自耗电极、熔渣池、结晶器以及变压器形成回路，熔渣池内的熔渣会放出焦耳热，而自耗电极的底端是插入熔渣池内的，在焦耳热的作用下自耗电极底端端头逐渐熔化，熔融汇聚成液滴，穿过熔渣池后落入结晶器的成型腔中，进而逐渐形成金属熔池，而金属熔池在水冷的作用下迅速凝固，则三通阀体逐渐在成型腔中成型。
成型腔由中腔和横腔构成，如附图1所示为中腔和横腔呈90度的三通阀体电渣熔铸成型装置的示意图；附图2和附图3为中腔和横腔呈90度的三通阀体铸件。附图6为中腔和横腔呈45度的结晶器的示意图；附图4和附图5为中腔和横腔呈45度的三通阀体铸件。另外，依据成型腔中中腔和横腔的角度不同，可以制作出0～90度(不包括0度)范围内的三通阀体铸件。制作完成后，再对成型的横腔部进行加工即可得到三通阀体成品。由于在制作过程中采用了中腔砂型形成了中腔，节约了材料，降低了成本。
在具体实施例中，横腔长度可设计为1100mm，直径385mm，中腔长度855mm，直径485mm，横腔中心线到中腔下部距离230mm，中腔空腔直径270mm，深度700mm，材质可根据需要采用不同材质的自耗电极熔铸。在横腔和中腔侧壁上可根据需要修改结晶器熔铸出凸台，以便增加旁路和补偿管路。
为了进一步优化本发明的技术方案，自耗电极2为中空圆柱桶状结构。
为了进一步优化本发明的技术方案，结晶器包括：相互对称的左半结晶器和右半结晶器，且左半结晶器和右半结晶器通过螺栓固定成为一体。
在电渣熔铸时，中腔砂型需要承受的高温要远远高于传统铸造用的砂型，因此，有些传统的砂型无法在电渣熔铸中应用，如果不能解决中腔砂型的耐高温问题，三通阀体内部空腔的成型就无法实现，也就无法实现利用电渣熔铸成型方法实现三通阀体的制造。为此，本发明还专门使用全新的中腔砂型。
本发明还提供了一种中腔砂型的制备方法，中腔砂型通过以下步骤制作而成：
(1)准备中腔砂型制作时所需的原材料，原材料包括：砂型芯体和配制耐火涂层浆料的原料，其中配制耐火涂层浆料的原料包括：电熔刚玉砂、矿化剂、粘结剂、消泡剂和润湿剂；
(2)配制耐火涂层浆料：选取粒度为230～325目的电熔刚玉砂，并向电熔刚玉砂中添加矿化剂，并搅拌均匀，之后加入粘结剂并搅动，在搅动粘结剂的过程中再缓慢加入电熔刚玉砂和矿化剂，并搅拌25～35分钟，再加入消泡剂和润湿剂，并持续搅拌2.5～3.5个小时，静置1.5～2.5个小时；其中，刚玉砂占比50-60％，矿化剂占比10-15％，粘结剂占比5-15％，消泡剂占比5-15％，润湿剂占比10-15％；
分批加入电熔刚玉砂和矿化剂能够使得搅拌的更加均匀，效果更好。
(3)清洗砂型芯体的外表面：将乳化水清洗剂与水按照1:1的比例混合配制成清洗液，再将砂型芯体放入配制好的清洗液中清洗7～10秒，取出砂型芯体并用清水清洗，晾干备用；
(4)涂挂耐火涂层浆料：将经过步骤(3)的砂型芯体放入耐火涂层浆料中静置10～15秒；
(5)将经过步骤(4)的砂型芯体取出，待流掉多余的浆料后，向砂型芯体外表面播撒电熔刚玉砂；
(6)将经过步骤(5)的砂型芯体进行干燥，干燥时间大于12小时，干燥的环境温度控制在20～24℃，环境湿度控制在30～50％；
(7)重复步骤(4)～(6)，直至砂型芯体外表面的耐火涂层达到15～30mm；
在实际操作过程中，随着厚度的增加，撒播的电熔刚玉砂的粒度逐渐增大，粒度依次为100～120目，50～60目，35～40目，20～25目。在具体实现时，将耐火涂层的厚度也均匀分为四个等级，每个等级的厚度对应着一个电熔刚玉砂的厚度。
(8)将经过步骤(7)的砂型芯体外表面涂挂一遍耐火涂层浆料，完成表面封浆；
(9)将经过步骤(8)得到的砂型芯体送入加热炉中进行焙烧，获得中腔砂型。
经过全新制作的中腔砂型由于使用了电熔刚玉砂和矿化剂能够在电渣熔铸中应用，耐高温性能好。
为了进一步优化本发明的技术方案，在步骤(9)中焙烧分为5个阶段，包括：
第一阶段：升温速度为为4～5℃/min，焙烧温度为250～300℃，保温时间为1～1.5h；
第二阶段：升温速度为3～4℃/min，焙烧温度为450～550℃，保温时间为1.5～2h；
第三阶段：升温速度为4～5℃/min，焙烧温度为700～750℃，保温时间为1.5～2h；
第四阶段：升温速度为3～4℃/min，焙烧温度为950～1350℃，保温时间为2～3h；
第五阶段：冷却至室温。
将焙烧分为五个阶段能够保证烧制出来的中腔砂型品质好，不致有裂痕。
为了进一步优化本发明的技术方案，在步骤(2)的耐火涂层浆料配制过程中，固液比控制在2.8～3.6之间，且pH值控制在8～10之间。
为了进一步优化本发明的技术方案，粘结剂选用硅溶胶。
为了进一步优化本发明的技术方案，矿化剂主要由高岭土、碳酸钙及硼酸制作而成，且高岭土、碳酸钙及硼酸在耐火涂层浆料中所占的比例分别为9～18％、1～4％及2～5％。
为了进一步优化本发明的技术方案，消泡剂包括硅树脂，且消泡剂在耐火涂层浆料中所占的比例为0.1～0.7％。
为了进一步优化本发明的技术方案，润湿剂选用JFC润湿剂，且润湿剂在耐火涂层浆料中所占的比例为0.1～0.7％。
其中，JFC润湿剂是指脂肪醇聚氧乙烯醚。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种三通阀体电渣熔铸成型装置，其特征在于，包括：变压器、结晶器和自耗电极；
所述变压器的两端分别连接所述结晶器和所述自耗电极，并且所述结晶器和所述自耗电极均通过导线与所述变压器进行连接；
所述结晶器的外壁上安装有冷却水进口和冷却水出口，内部设置有与所述三通阀体匹配的成型腔；所述成型腔的底部设置有存放熔渣的熔渣池；
所述自耗电极远离所述变压器的一端插入所述熔渣池；所述自耗电极的内部中心孔内吊设有吊杆，所述吊杆底端固定连接有中腔砂型，且所述中腔砂型插入所述成型腔内并与所述成型腔相匹配；
所述中腔砂型的制作步骤包括：
(1)准备所述中腔砂型制作时所需的原材料，所述原材料包括：砂型芯体和配制耐火涂层浆料的原料，其中配制耐火涂层浆料的原料包括：电熔刚玉砂、矿化剂、粘结剂、消泡剂和润湿剂；
(2)配制耐火涂层浆料：选取粒度为230～325目的电熔刚玉砂，并向电熔刚玉砂中添加矿化剂，并搅拌均匀，之后加入粘结剂并搅动，在搅动粘结剂的过程中再缓慢加入电熔刚玉砂和矿化剂，并搅拌25～35分钟，再加入消泡剂和润湿剂，并持续搅拌2.5～3.5个小时，静置1.5～2.5个小时，制得耐火涂层浆料；
(3)清洗砂型芯体的外表面：将乳化水清洗剂与水按照1:1的比例混合配制成清洗液，再将砂型芯体放入配制好的清洗液中清洗7～10秒，取出砂型芯体并用清水清洗，晾干备用；
(4)涂挂耐火涂层浆料：将经过步骤(3)的砂型芯体放入步骤(2)制得的耐火涂层浆料中静置10～15秒；
(5)将经过步骤(4)的砂型芯体取出，待流掉多余的浆料后，向砂型芯体外表面播撒电熔刚玉砂；
(6)将经过步骤(5)的砂型芯体进行干燥，干燥时间大于12小时，干燥的环境温度控制在20～24℃，环境湿度控制在30～50％；
(7)重复步骤(4)～(6)，直至砂型芯体外表面的耐火涂层达到15～30mm；
(8)将经过步骤(7)的砂型芯体外表面涂挂一遍耐火涂层浆料，完成表面封浆；
(9)将经过步骤(8)得到的砂型芯体送入加热炉中进行焙烧，获得中腔砂型。
2.根据权利要求1所述的三通阀体电渣熔铸成型装置，其特征在于，所述自耗电极为中空圆柱桶状结。
3.根据权利要求1所述的三通阀体电渣熔铸成型装置，其特征在于，所述结晶器包括：相互对称的左半结晶器和右半结晶器，且所述左半结晶器和所述右半结晶器通过螺栓固定成为一体。
4.根据权利要求1所述的三通阀体电渣熔铸成型装置，其特征在于，在步骤(9)中焙烧分为5个阶段，包括：
第一阶段：升温速度为为4～5℃/min，焙烧温度为250～300℃，保温时间为1～1.5h；
第二阶段：升温速度为3～4℃/min，焙烧温度为450～550℃，保温时间为1.5～2h；
第三阶段：升温速度为4～5℃/min，焙烧温度为700～750℃，保温时间为1.5～2h；
第四阶段：升温速度为3～4℃/min，焙烧温度为950～1350℃，保温时间为2～3h；
第五阶段：冷却至室温。
5.根据权利要求1所述的三通阀体电渣熔铸成型装置，其特征在于，在步骤(2)的耐火涂层浆料配制过程中，固液比控制在2.8～3.6之间，且pH值控制在8～10之间。
6.根据权利要求1所述的三通阀体电渣熔铸成型装置，其特征在于，所述粘结剂选用硅溶胶。
7.根据权利要求1所述的三通阀体电渣熔铸成型装置，其特征在于，所述矿化剂主要由高岭土、碳酸钙及硼酸制作而成，且高岭土、碳酸钙及硼酸在耐火涂层浆料中所占的比例分别为9～18％、1～4％及2～5％。
8.根据权利要求1所述的三通阀体电渣熔铸成型装置，其特征在于，所述消泡剂包括硅树脂，且消泡剂在耐火涂层浆料中所占的比例为0.1～0.7％。
9.根据权利要求1所述的三通阀体电渣熔铸成型装置，其特征在于，所述润湿剂选用JFC润湿剂，且润湿剂在耐火涂层浆料中所占的比例为0.1～0.7％。
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