CN108950433A - 一种大型单壳体渣浆泵分体式叶轮的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及渣浆泵技术领域，具体地，涉及一种大型单壳体渣浆泵分体式叶轮的制备方法，包括电炉冶炼步骤，浇铸模具制作步骤，浇铸步骤，采用淬火加回火处理工艺，本申请，在浇铸步骤中，金属熔液平稳地注入浇铸模具的型腔内，如此，避免了由于重力浇铸过程中产生飞溅、紊流，因而叶轮铸件不会产生夹渣、气孔、冷隔等铸造缺陷；在浇铸的过程中型腔中的气体很容易排出，排气效果很好，避免了叶轮铸件产生憋气、浇铸不足等铸造缺陷。

Description

一种大型单壳体渣浆泵分体式叶轮的制备方法
技术领域：
本发明涉及渣浆泵技术领域，具体地，涉及一种大型单壳体渣浆泵分体式叶轮的制备方法。
背景技术：
渣浆泵通常是指通过借助泵的叶轮的旋转作用使固、液混合介质能量增加的一种机械，主要用于矿山、电厂、疏浚、冶金、化工、建材及石油等行业领域。渣浆泵的运行原理是，在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮边缘进入蜗形泵壳。在蜗形泵壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。
渣浆泵的叶轮在运转过程中，由于受到高速高温并携带有硬质颗粒的矿浆浆料的冲刷，使得叶轮表面材料磨损严重，在如此苛刻的工况下，叶轮的寿命非常短，需要频繁的更换以确保渣浆泵的可靠、稳定运行，而叶轮的频繁更换必然会造成生产的中断，大大的降低了生产效率。由此，研究和开发耐磨材料来减少叶轮在使用过程中的磨损，延长渣浆泵叶轮的使用寿命是非常重要的课题，也是目前国内外技术人员研究的重要内容。
在现有的技术中，先后采用了普通白口铸铁、镍硬铸铁和高铬铸铁Cr15Mo3等耐磨材质，现在陶瓷材料、奥贝铸铁ADI、高分子材料和含Cr20％以上的高铬铸铁等新型材料也开始被局部使用。但是，已经研制出的硬镍、高铬、锰铜等合金铸铁，存在着以下不同的缺陷：(1)、低合金白口铸铁，成本低，使用寿命相对较短；(2)、镍硬铸铁，使用寿命长，镍资源少，价格高，不能大量使用；(3)、高铬铸铁，耐磨性高于合金白口铸铁，铬资源在丰富，价格适中，应用比较广泛；(4)、奥贝球铁ADI，综合性能优良，其硬度低于高铬铸铁，有优良的铸造性能，热处理工艺简单，重量轻，只用于小型渣浆泵；(5)、复合材料，具有优良的耐磨性、耐蚀性及耐冲击性，同时还具有制造成本低的特点，但生产工艺相对复杂；(6)、高分子材料，制备过程简单方便，节能，性能优越，但价格昂贵，生产成本会大幅提升。
发明内容：
本发明克服现有技术的缺陷，提供一种大型单壳体渣浆泵分体式叶轮的制备方法，克服现有技术中强度低，使用寿命低，更换频率高的问题，延长渣浆泵叶轮的使用寿命，提高渣浆泵叶轮的更换周期。
本身所要解决的技术问题采用以下技术方案实现：一种大型单壳体渣浆泵分体式叶轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)电炉冶炼步骤：将废钢和金属或合金加入电炉，化清，控制电炉中粗钢水化学成分达到C 1.20～1.60％，Mn 8.4～12.6％，P≤0.026％，S≤0.026％，Cr 16.0～18.0％，Ni 1.2～2.4％时备用；
(2)浇铸模具制作步骤：包括上型腔模和下型腔模加工工序、内腔砂芯制作工序、下芯工序以及合模工序，所述内腔砂芯制作工序包括上砂芯和下砂芯，所述下芯工序中，将上砂芯放入上型腔模的模腔内形成浇铸模具的上模，下砂芯放入下型腔模的模腔内，形成浇铸模具的下模，在将上模和下模合拢，完成合模工序后，上型腔模和所述下型腔模围成浇铸模具的型腔模，上型腔模的模腔表面和下型腔模的模腔表面形成所述型腔模的内表面，上砂芯和下砂芯合并成为所述浇铸模具的内腔砂芯，型腔模的内表面与内腔砂芯之间形成所述浇铸模具的型腔；下型腔模设置一个伸出型腔模的浇口杯；在型腔模内，沿型腔的两侧分别设置直流浇道，直流浇道轴向连通浇口杯，直流浇道径向通过内浇口连通所述型腔，型腔和浇口杯之间设置溢流冒口；
(3)浇铸步骤：将步骤(1)中的铁水控制在温度为1380～1420℃进行浇注，浇铸采用先快后慢的方式，浇铸速度为5～8kg/s，离心转速为640～660r/min；浇铸终了到停机是铸件的冷却过程，为防止早脱模造成变形，要冷却到铸件表面呈暗黑红色，温度为590℃～610℃停机、脱模；
(4)采用淬火加回火处理工艺，升温速度控制在32～35℃/h，在600～650℃温度区间，阶梯保温1～2小时，淬火温度为900～1100℃，保温时间为1～3小时；回火温度800℃，保温时间为3～5小时；
(5)待叶轮成型后，放置于处理窑内，处理窑内加热至30～35℃，保持100～120min，对叶轮进行预热处理；
(6)用猪毛刷沿叶轮的径向均匀涂刷包覆浆料，涂刷的厚度为1～1.6mm，然后以4～12℃/h升温速率将叶轮中心温度升至60～62℃；
(7)：将经由步骤(6)处理后的叶轮取出，用电动工具带400目砂纸轮打磨一道，除去覆盖在叶轮表面的覆膜，然后用猪毛刷沿叶轮径向方向均匀涂刷包覆浆料，涂刷的厚度为1～1.4mm，再放置在处理窑内以4～10℃/h升温速率将叶轮中心温度升至66～68℃；
(8)：将经由步骤(7)处理后的叶轮在处理窑内按照2～3℃/小时的速度降温至常温，取出放置在阴凉位置晾置3～4天，使包覆桨料完全和叶轮粘接一体，再将叶轮放置在120～140W超声仪器下超声60～70min，对叶轮进行去应力处理，提升叶轮的力学性能，得到所述的渣浆泵叶轮。
本申请中，所述步骤(1)中的废钢和金属或者合金包括回炉料30％、高碳铬铁16％、低碳铬铁14％、废钢30％、生铁10％，将上述原料加入到电炉中进行熔炼，待炉料熔清后进行取样化验，根据化验结果将铁水调整到要求的化学成分，将铁水升温到1490～1500℃，然后加入锰铁、硅铁进行脱氧，扒渣，最后加入钛铁、钒铁、稀土进行变质处理，用铝进行终脱氧。
本申请中，所述包覆浆料按重量份计，包括以下组份：聚乙烯吡咯烷酮20～35份、纳米颗粒42～54份、高温胶粘剂30～35份、表面活性剂3～8份、分散剂1～2份、
优选的，本申请中，所述高温胶粘剂为Na2O.3.1SiO2和10～25％环氧丙烯酸酯混合稠状胶体溶液。
优选的本申请中，所述的表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯-3醚、月桂酸聚氧乙烯-9脂、单十二烷基磷酸酯钾、卵磷脂、氨基酸型、甜菜碱型中一种或一种以上按任意比例的混合物。
本申请中，所述分散剂为木质素磺酸钙、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚磺酸盐和聚羧酸盐中的一种或一种以上的混合物。
本申请中，所述纳米颗粒包括：占纳米颗粒重量百分比30～45％的纳米Al2O3、50～60％纳米TiC、10～26％纳米SiO2。
本申请中，所述包覆浆料经由以下步骤制备：将聚乙烯吡咯烷酮，纳米颗粒，分散剂，溶剂，高温胶粘剂和表面活性剂放入到分散机内以快于16m/s的线速度进行分散，分散时间为20～30min，温度至少达到40℃，分散均匀后，将分散线速度降至4m/s，即为本发明所述的包覆浆料。
本申请中，所述的溶剂作为物料混合的载体，本发明对其没有特殊的要求，可以选用乙醇、甲醇、丙酮中的一种。
本发明中，表面活性剂的作用在于降低纳米Al2O3、纳米TiC、纳米SiO2的表面自由能，提高纳米颗粒分散性能；此外，所述的表面活性剂还能够进入到纳米Al2O3、纳米TiC、纳米SiO2的表面孔隙中，减少在灼烧时出现的孔的应力集中，避免出现起皮、开裂的现象。作为优选的，本发明所述的表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯-3醚、月桂酸聚氧乙烯-9脂、单十二烷基磷酸酯钾、卵磷脂、氨基酸型、甜菜碱型中一种或一种以上按任意比例的混合物。
本发明中，为了进一步的提高纳米Al2O3、纳米TiC、纳米SiO2的分散能力，用于形成耐腐蚀层的包覆浆料中还含有分散剂，所述的分散剂为木质素磺酸钙、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚磺酸盐和聚羧酸盐中的一种或一种以上的混合物。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
1、本申请，在浇铸步骤中，金属熔液平稳地注入浇铸模具的型腔内，避免了由于重力浇铸过程中产生飞溅、紊流，因而叶轮铸件不会产生夹渣、气孔、冷隔等铸造缺陷；在浇铸的过程中型腔中的气体很容易排出，排气效果很好，避免了叶轮铸件产生憋气、浇铸不足等铸造缺陷；
2、本申请中，进行回火处理是将由奥氏体相的相变得到马氏体进行回火，其目的是为了改善马氏体型不锈钢的拉伸性能和得到持久强度和屈服比，回火后在其基体中过饱和碳形成碳化物析出，且随时间的增长形成稳定的相，为了同时兼顾韧性、拉伸强度和耐应力腐蚀特性，本申请选用在800℃下回火，本申请中，也可以通过添加钼、钨等元素改善性能，从而使得叶轮具有更加优秀的力学特性，提升叶轮的强度和使用寿命；
3、本申请提供的包覆浆料易于喷涂施工，所得到的涂层表观细腻、致密、不开裂、不鼓泡，经高温烧结后具有较高地结合强度，良好的耐温性和抗氧化性，优良的耐磨性和耐腐蚀性能，能够有效提升叶轮的抗腐蚀性能，提升使用寿命；
4、本发明中的涂刷步骤中，首先是将叶轮置于处理窑内，对叶轮进行预热，一方面能够使叶轮内外温度均匀一致，避免骤升温度导致叶轮表面受热膨胀导致涂覆包覆浆料不稳定，另一方面提高对包覆浆料的吸收率，同时本申请中，反复进行上述工艺操作的处理能够加快包覆浆料和叶轮表面结合的速度，使之形成一体结构。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
实施例1：
一种大型单壳体渣浆泵分体式叶轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)电炉冶炼步骤：将废钢和金属或合金加入电炉，化清，控制电炉中粗钢水化学成分达到C 1.20～1.60％，Mn 8.4～12.6％，P≤0.026％，S≤0.026％，Cr 16.0～18.0％，Ni 1.2～2.4％时备用；
(2)浇铸模具制作步骤：包括上型腔模和下型腔模加工工序、内腔砂芯制作工序、下芯工序以及合模工序，所述内腔砂芯制作工序包括上砂芯和下砂芯，所述下芯工序中，将上砂芯放入上型腔模的模腔内形成浇铸模具的上模，下砂芯放入下型腔模的模腔内，形成浇铸模具的下模，在将上模和下模合拢，完成合模工序后，上型腔模和所述下型腔模围成浇铸模具的型腔模，上型腔模的模腔表面和下型腔模的模腔表面形成所述型腔模的内表面，上砂芯和下砂芯合并成为所述浇铸模具的内腔砂芯，型腔模的内表面与内腔砂芯之间形成所述浇铸模具的型腔；下型腔模设置一个伸出型腔模的浇口杯；在型腔模内，沿型腔的两侧分别设置直流浇道，直流浇道轴向连通浇口杯，直流浇道径向通过内浇口连通所述型腔，型腔和浇口杯之间设置溢流冒口；
(3)浇铸步骤：将步骤(1)中的铁水控制在温度为1380～1420℃进行浇注，浇铸采用先快后慢的方式，浇铸速度为5～8kg/s，离心转速为640～660r/min；浇铸终了到停机是铸件的冷却过程，为防止早脱模造成变形，要冷却到铸件表面呈暗黑红色，温度为590℃～610℃停机、脱模；
(4)采用淬火加回火处理工艺，升温速度控制在32～35℃/h，在600～650℃温度区间，阶梯保温1～2小时，淬火温度为900～1100℃，保温时间为1～3小时；回火温度800℃，保温时间为3～5小时；
(5)待叶轮成型后，放置于处理窑内，处理窑内加热至30～35℃，保持100～120min，对叶轮进行预热处理；
(6)用猪毛刷沿叶轮的径向均匀涂刷包覆浆料，涂刷的厚度为1～1.6mm，然后以4～12℃/h升温速率将叶轮中心温度升至60～62℃；
(7)：将经由步骤(6)处理后的叶轮取出，用电动工具带400目砂纸轮打磨一道，除去覆盖在叶轮表面的覆膜，然后用猪毛刷沿叶轮径向方向均匀涂刷包覆浆料，涂刷的厚度为1～1.4mm，再放置在处理窑内以4～10℃/h升温速率将叶轮中心温度升至66～68℃；
(8)：将经由步骤(7)处理后的叶轮在处理窑内按照2～3℃/小时的速度降温至常温，取出放置在阴凉位置晾置3～4天，使包覆桨料完全和叶轮粘接一体，再将叶轮放置在120～140W超声仪器下超声60～70min，对叶轮进行去应力处理，提升叶轮的力学性能，得到所述的渣浆泵叶轮。
所述步骤(1)中的废钢和金属或者合金包括回炉料30％、高碳铬铁16％、低碳铬铁14％、废钢30％、生铁10％，将上述原料加入到电炉中进行熔炼，待炉料熔清后进行取样化验，根据化验结果将铁水调整到要求的化学成分，将铁水升温到1490～1500℃，然后加入锰铁、硅铁进行脱氧，扒渣，最后加入钛铁、钒铁、稀土进行变质处理，用铝进行终脱氧。
实施例2：
本实施例内容和实施例1内容基本相同，相同之处不再重述，不同之处在于：所述包覆浆料，包括以下组份：聚乙烯吡咯烷酮20～35kg、纳米颗粒42～54kg、高温胶粘剂30～35kg、表面活性剂3～8kg、分散剂1～2kg、
所述高温胶粘剂为Na2O.3.1SiO2和10～25％环氧丙烯酸酯混合稠状胶体溶液；
表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯-3醚；
所述分散剂为木质素磺酸钙；
所述纳米颗粒包括：占纳米颗粒重量百分比30～45％的纳米Al2O3、50～60％纳米TiC、10～26％纳米SiO2；
所述包覆浆料经由以下步骤制备：将聚乙烯吡咯烷酮，纳米颗粒，分散剂，高温胶粘剂和表面活性剂放入到分散机内以快于16m/s的线速度进行分散，分散时间为20～30min，温度至少达到40℃，分散均匀后，将分散线速度降至4m/s，即为本发明所述的包覆浆料。
实施例3：
如图所示，本实施例结构与实施例2的结构基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：(4)采用淬火加回火处理工艺，升温速度控制在32～35℃/h，在600～650℃温度区间，阶梯保温1～2小时，淬火温度为900～1100℃，保温时间为1～3小时；回火温度750℃，保温时间为3～5小时。
实施例4
如图所示，本实施例结构与实施例2的结构基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：(4)采用淬火加回火处理工艺，升温速度控制在32～35℃/h，在600～650℃温度区间，阶梯保温1～2小时，淬火温度为900～1100℃，保温时间为1～3小时；回火温度850℃，保温时间为3～5小时。
对比例1：
本对比例内容和实施例2内容基本相同，相同之处不再重述，不同之处在于，不对叶轮进行淬火加回火处理工艺，制备得到所述叶轮。
对比例2：
本对比例内容和实施例2内容基本相同，相同之处不再重述，不同之处在于，不对叶轮进行涂覆包覆浆料，制备得到所述叶轮。
对比例3：
本对比例内容和实施例2内容基本相同，相同之处不再重述，不同之处在于，所述纳米颗粒中仅含纳米Al2O3，制备得到所述叶轮。
对比例4：
本对比例内容和实施例2内容基本相同，相同之处不再重述，不同之处在于，所述纳米颗粒中仅含纳米TiC，制备得到所述叶轮。
对比例5：
本对比例内容和实施例2内容基本相同，相同之处不再重述，不同之处在于，所述纳米颗粒中仅含纳米SiO2，制备得到所述叶轮。
对比例6：
本对比例内容和实施例2内容基本相同，相同之处不再重述，不同之处在于，所述纳米颗粒中仅含纳米Al2O3、纳米TiC，制备得到所述叶轮。
对比例7：
本对比例内容和实施例2内容基本相同，相同之处不再重述，不同之处在于，所述纳米颗粒中仅含纳米TiC、纳米SiO2，制备得到所述叶轮。
对比例8：
本对比例内容和实施例2内容基本相同，相同之处不再重述，不同之处在于，所述纳米颗粒中仅含纳米Al2O3、纳米SiO2，制备得到所述叶轮。
对上述实施例得到渣浆泵叶轮分别进行冲蚀磨损试验，冲蚀的条件为：冲蚀速度为10m/s、冲蚀角为70°、冲蚀时间为连续48小时，接着观察渣浆泵叶轮的表面情况，观察是否有剥离现象。
经过试验发现，实施例2制备得到的渣浆泵叶轮的表面完好，并无剥离现象；
所述的实施例3、4制备得到的渣浆泵叶轮在48小时后出现了少量的剥离现象；
所述的对比例1制备得到的渣浆泵叶轮在32小时后出现了少量的剥离现象；
所述的对比例2制备得到的渣浆泵叶轮在36小时后出现了少量的剥离现象；
所述的对比例3～6制备得到的渣浆泵叶轮均在在48小时后出现较多的剥离现象。
基于上述试验结果，本发明提供的渣浆泵叶轮具有优异的防冲击、耐腐蚀性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种大型单壳体渣浆泵分体式叶轮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)电炉冶炼步骤：将废钢和金属或合金加入电炉，化清，控制电炉中粗钢水化学成分达到C 1.20～1.60％，Mn 8.4～12.6％，P≤0.026％，S≤0.026％，Cr 16.0～18.0％，Ni1.2～2.4％时备用；
(2)浇铸模具制作步骤：包括上型腔模和下型腔模加工工序、内腔砂芯制作工序、下芯工序以及合模工序，所述内腔砂芯制作工序包括上砂芯和下砂芯，所述下芯工序中，将上砂芯放入上型腔模的模腔内形成浇铸模具的上模，下砂芯放入下型腔模的模腔内，形成浇铸模具的下模，在将上模和下模合拢，完成合模工序后，上型腔模和所述下型腔模围成浇铸模具的型腔模，上型腔模的模腔表面和下型腔模的模腔表面形成所述型腔模的内表面，上砂芯和下砂芯合并成为所述浇铸模具的内腔砂芯，型腔模的内表面与内腔砂芯之间形成所述浇铸模具的型腔；下型腔模设置一个伸出型腔模的浇口杯；在型腔模内，沿型腔的两侧分别设置直流浇道，直流浇道轴向连通浇口杯，直流浇道径向通过内浇口连通所述型腔，型腔和浇口杯之间设置溢流冒口；
(3)浇铸步骤：将步骤(1)中的铁水控制在温度为1380～1420℃进行浇注，浇铸采用先快后慢的方式，浇铸速度为5～8kg/s，离心转速为640～660r/min；浇铸终了到停机是铸件的冷却过程，为防止早脱模造成变形，要冷却到铸件表面呈暗黑红色，温度为590℃～610℃停机、脱模；
(4)采用淬火加回火处理工艺，升温速度控制在32～35℃/h，在600～650℃温度区间，阶梯保温1～2小时，淬火温度为900～1100℃，保温时间为1～3小时；回火温度800℃，保温时间为3～5小时；
(5)待叶轮成型后，放置于处理窑内，处理窑内加热至30～35℃，保持100～120min，对叶轮进行预热处理；
(6)用猪毛刷沿叶轮的径向均匀涂刷包覆浆料，涂刷的厚度为1～1.6mm，然后以4～12℃/h升温速率将叶轮中心温度升至60～62℃；
(7)将经由步骤(6)处理后的叶轮取出，用电动工具带400目砂纸轮打磨一道，除去覆盖在叶轮表面的覆膜，然后用猪毛刷沿叶轮径向方向均匀涂刷包覆浆料，涂刷的厚度为1～1.4mm，再放置在处理窑内以4～10℃/h升温速率将叶轮中心温度升至66～68℃；
(8)：将经由步骤(7)处理后的叶轮在处理窑内按照2～3℃/小时的速度降温至常温，取出放置在阴凉位置晾置3～4天，使包覆桨料完全和叶轮粘接一体，再将叶轮放置在120～140W超声仪器下超声60～70min，对叶轮进行去应力处理，提升叶轮的力学性能，得到所述的渣浆泵叶轮。
2.根据权利要求1所述的大型单壳体渣浆泵分体式叶轮的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的废钢和金属或者合金包括回炉料30％、高碳铬铁16％、低碳铬铁14％、废钢30％、生铁10％，将上述原料加入到电炉中进行熔炼，待炉料熔清后进行取样化验，根据化验结果将铁水调整到要求的化学成分，将铁水升温到1490～1500℃，然后加入锰铁、硅铁进行脱氧，扒渣，最后加入钛铁、钒铁、稀土进行变质处理，用铝进行终脱氧。
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