CN110052589A - 用于水平连铸球墨铸铁型材的等静压保温炉及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于水平连铸球墨铸铁型材的等静压保温炉及方法，该保温炉包括由上炉体和下炉体组成的炉体，上炉体侧壁上设置有保温炉的主浇口‑上浇注口。下炉体的侧壁上设置有辅助浇口‑下浇注口，该下浇注口兼有观察液面高度、测温以及施加喷火设备稳定温度的功能。上炉体和下炉体通过上炉体底部的底孔相通。使用本发明的保温炉时，第一包铁水从下浇注口浇注进入下炉体，之后每隔不超过10分钟，从上浇注口浇注后续铁水进入上炉体，铁水通过底孔持续进入下炉体，从结晶器出口开始拉拔。使用该保温炉生产时不容易产生结疤、嵌皮、鼓胀以及失圆等缺陷，可以获得高质量的球墨铸铁的型材。

Description

用于水平连铸球墨铸铁型材的等静压保温炉及方法

技术领域

本发明涉及水平连铸保温炉技术领域，尤其涉及用于水平连铸球墨铸铁型材的等静压保温炉及方法。

背景技术

水平连铸的保温炉是连铸设备中的关键设备之一，在生产球墨铸铁型材过程中，铁液在保温炉内形成的液面高度与压力的变化，直接对铁液在结晶器内凝固成形及出口后的膨胀有着直接的关系。由液态凝固成为具有坚固硬壳的红热棒料，根据截面的不同，型材往往在出口之后，其心部的液心仍将停留一段时间才能全部凝成固态，而出口之后结晶凝壳厚度的不均匀，特别是上面最薄，因受后期补充入铁液入保温炉内的压力及温度的变化，会在生产效率较高时，因结晶时石墨化的膨胀而形成失圆，或者是矩形棒料的上平面局部形成起伏与鼓涨，从而影响尺寸的精度，造成加工的难度，提高增加额外的成本。

申请号为201220140301.0的中国专利公开了一种连续补浇式连铸保温炉，包括保温炉、连续补浇装置和瞬时孕育剂添加机构；所述保温炉内径略大于结晶器入口直径，保温炉内筒轴线与炉底夹角小于或等于90度，在保温炉铁水入口处设置缓冲槽；所述连续补浇装置由保温包、液压回转油缸组成，其中：保温包上部安装有保温包盖，保温包内部包嘴一侧设置撇渣机构；液压回转机构将保温包底部托起，定时向保温炉内加注铁水；所述瞬时孕育剂添加机构设置在保温包导流嘴的上方，在补浇过程中均匀添加孕育剂。但是这种降温装置有以下缺点：该装置通过保温包和液压回转机构连续补浇铁水，需要先将铁水注入保温包，再启动液压回转机构将铁水注入保温炉内，操作复杂，另外由于液压回转机构的频繁使用，设备容易出现故障。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供用于水平连铸球墨铸铁型材的等静压保温炉及方法，能够使得后期补充的铁液传递给结晶器内的温度与压力相对恒定，从而克服掉铸铁在结晶过程中的失圆或者鼓涨倾向，且操作简单，设备成本降低。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

用于水平连铸球墨铸铁型材的等静压保温炉，包括炉体，在所述炉体一侧的中下部开设有的结晶器接口以及在所述结晶器接口上安装的结晶器，所述炉体由上炉体和下炉体组成，所述上炉体和下炉体通过底孔相通，所述底孔的一端设置在所述上炉体的底部，所述底孔的另一端设置在所述下炉体的顶部，所述底孔的横截面积均小于所述上炉体的底部面积和所述下炉体的顶部面积。

所述上炉体上与所述结晶器相对的侧壁上设置有上浇注口。

采用上述技术方案，当铁水包从上浇注口浇注进入上炉体时，上炉体能够承受铁水包快速浇注时的冲击力，不会像传统的保温炉那样将这种冲击力传递到结晶器内，造成前期结晶的冲破，形成结晶紊乱，上炉体内的铁液持续均匀补给下炉体，这使得下炉体内的铁液液面在生产过程中获得稳定的压力，纯净且相对恒定的温度，后续在连续生产过程中添加铁水时产生的静压力波动缩小，从而使得铁液中快速冷却过程中平稳快速，形成坚硬的硬壳，并具有很小的气隙，在此情况下稳定提高生产效率与生产质量。

作为本发明再进一步的方案：所述上炉体上铰接有炉盖。

采用上述技术方案，可以避免空气中的杂质进入炉体内，另外，铰接连接炉盖，则炉盖可以打开，也可以清除漂浮在上炉体内铁水表面的积渣。

作为本发明再进一步的方案：所述下炉体上与上浇注口同侧的侧壁上设置有下浇注口。

采用上述技术方案，当上炉体和下炉体相通的底孔出现意外堵塞，停止下泄铁水时，可以很方便地从同侧的下浇注口浇注铁水救急，该下浇注口是辅助浇口。另外通过设置下浇注口，可以通过该下浇注口观察下炉体内的液面高度和测量下炉体内的铁水温度，需要时可以施加喷火设备稳定下炉体内铁水的温度。

作为本发明再进一步的方案：所述下浇注口的浇口面积小于所述上浇注口的浇口面积。

采用上述技术方案，在实际操作中，当工作人员在上浇注口浇注铁水包时，因为下浇注口的浇口面积较小，从空间上，更方便工作人员的操作。

作为本发明再进一步的方案：所述上炉体的容积是每次补加铁水量的1.2倍。

采用上述技术方案，通过设置上炉体的容积，能保证上炉体的容积够大，铁水不会溢出上炉体；且在铸铁过程中，一般铁水补给浇注间隔不超过10分钟，可以保证上炉体内的液面最低高度保持在上炉体底孔的上方，上炉体表面的积渣漂浮在上炉体液面上，不会下泄入下炉体内。

作为本发明再进一步的方案：所述底孔是石墨孔。

采用上述技术方案，可以延长设备的使用时间，因为石墨具有耐高温性、热膨胀系数小、化学性质稳定以及抗热震性，能够满足生产需要。

作为本发明再进一步的方案：所述底孔是圆柱形。

采用上述技术方案，可以使底孔中通过的铁水对底孔内壁的受力更均匀，延长设备的使用时间，减少故障率。

作为本发明再进一步的方案：应用保温炉生产大断面球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料，将铸造生铁Q10、废钢、废棒/铁屑、95％增碳剂、锰铁、硅铁进行化学成分分析，然后按下列质量百分比称取上述原料：C：3.6-3.7％、Si：1.1-1.3％、Mn：0.25-0.35％、S＜0.05％、P＜0.07％，其余为Fe；

(2)熔炼，将称量好的铸造生铁、废钢、废棒/铁屑、95％增碳剂、锰铁、硅铁投入中频感应电炉熔炼，原料熔炼温度达到1520-1550℃后，铁水从中频感应电炉转入另一个保温炉内，与已经存在的铁水混合均匀，降温至1430-1450℃出炉；

(3)铁水球化处理，扒完渣，球化剂和孕育剂加入在铁水包表面，搅拌熔化，孕育的有效时间为10-12分钟，球化剂加入量为铁水质量的1.5-2.0％，孕育剂加入量为铁水质量的0.3-0.6％；

(4)检测，孕育处理后的铁水取样化验，控制铁水中除铁元素外的化学元素质量百分比为：C：3.5-3.6％、Si：2.5-2.9％、Mn：0.25-0.35％、S＜0.05％、P＜0.07％；

(5)水平连铸拉拔：扒完渣测温，铁水温度控制在1375-1390℃之间，转往保温炉浇注，倾入装有水冷结晶器的保温炉浇注，倾倒完成后控制保温炉内铁液温度在1335-1355℃；第一包铁水注入保温炉内之后停留3分钟，使得注入后的铁水包裹住牵引头，并结晶凝固成固态，使引锭杆子在牵引机组的牵引拉拔下，以步长35-50mm/步，并以拉-停-拉的方式启动，在拉拔过程中控制循环水的出水温度不高于50℃；待牵引机组启动稳定，红热的型材上辊后，根据拉出的步长显示的颜色，判定是否需要提速，确定牵引机组主控操作盘上拉拔与停留的正常生产的参数。

本发明的有益效果：本发明提供的用于水平连铸球墨铸铁型材的等静压保温炉及方法，通过设置上炉体和下炉体，铁水从上浇注口浇注进入保温炉，能够保证上炉体的最低液面在上炉体底孔以上，以及能够保持下炉体内的铁水温度、液面高度相对稳定，结晶器接口处的铁水温度和压力稳定，因此，生产时不容易产生结疤、嵌皮、鼓胀与失圆等缺陷，可以获得高质量的球墨铸铁的型材，并且生产效率提高，从而使得质和量都有很大的提高。

附图说明

图1为本发明提供的用于水平连铸球墨铸铁型材的等静压保温炉的正面示意图；

图2为本发明球墨铸铁型材硬度检测位点示意图；

图中：1-炉盖；2-上炉体；3-下炉体；4-结晶器接口；5-结晶器；6-上浇注口；7-下浇注口；8-底孔；9-断面中心；10-半径中心；11-直径八分之一。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

需说明的是，在本发明中，图中的上、下、左、右即视为本说明书中所述的用于水平连铸球墨铸铁型材的等静压保温炉的上、下、左、右。

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

实施例1：

参照图1所示，用于水平连铸球墨铸铁型材的等静压保温炉，包括炉体，所述炉体由上炉体2和下炉体3组成；所述上炉体2上铰接有炉盖1，上炉体2的侧壁上设置有上浇注口6，上炉体2的容积是每次补加铁水量的1.2倍。

所述下炉体3上与上浇注口6同侧的侧壁上设置有下浇注口7，所述下浇注口7的浇口面积小于所述上浇注口6的浇口面积。所述下炉体3与下浇注口7相对侧壁的中下部开设有的结晶器接口4以及在所述结晶器接口4上安装的结晶器5。

所述上炉体2和下炉体3通过底孔8相通，所述底孔8的一端设置在所述上炉体2的底部，所述底孔8的另一端设置在所述下炉体3的顶部，所述底孔8的横截面积均小于所述上炉体2的底部面积和所述下炉体3的顶部面积。所述底孔8是圆柱形的石墨孔。所述底孔8的流量是预定的产量值，与每次补加的铁水量匹配。

使用本发明，当铁水包从上浇注口6浇注进入上炉体2时，上炉体2能够承受铁水包快速浇注时的冲击力，不会像传统的保温炉那样将这种冲击力传递到结晶器5内，造成前期结晶的冲破，形成结晶紊乱，上炉体2内的铁液持续均匀补给下炉体3，这使得下炉体3内的铁液液面在生产过程中获得稳定的压力，纯净且相对恒定的温度，后续在连续生产过程中添加铁水时产生的静压力波动缩小，从而使得铁液中快速冷却过程中平稳快速，形成坚硬的硬壳，并具有很小的气隙。而且上炉体2内的液面最低高度保持在上炉体2的底孔8的上方，上炉体2表面的积渣漂浮在上炉体2液面上，不会下泄入下炉体3内。在此情况下稳定提高生产效率与生产质量。

本发明的工作原理如下：保温炉在使用前，先要进行烘烤，在下浇注口7位置探入喷火器，加热炉体的温度。然后向保温炉内灌注结晶用的铸铁铁水，当第一包铁水时，从下浇注口7浇注进入保温炉，并开始拉拔，待到拉拔已经由结晶器出口完成时，从上浇注口6浇注第二包铁水，铁水进入上炉体2后通过底孔8进入下炉体3，陆续从结晶器出口拉出。后续补充的铁水均由上浇注口6浇注进入保温炉体。

实施例2：

应用保温炉生产大断面球墨铸铁的制备方法，是通过以下步骤实现的：

(1)配料，将铸造生铁Q10、废钢、废棒/铁屑、95％增碳剂、锰铁、硅铁进行化学成分分析，然后按下列质量百分比称取上述原料：C：3.6-3.7％、Si：1.1-1.3％、Mn：0.25-0.35％、S＜0.05％、P＜0.07％，其余为Fe；

(2)熔炼，将称量好的铸造生铁、废钢、废棒/铁屑、95％增碳剂、锰铁、硅铁投入中频感应电炉熔炼，原料熔炼温度达到1520-1550℃后，铁水从中频感应电炉转入另一个保温炉内，与已经存在的铁水混合均匀，降温至1430-1450℃出炉；

(3)铁水球化处理，扒完渣，球化剂和孕育剂加入在铁水包表面，搅拌熔化，孕育的有效时间为10-12分钟，球化剂加入量为铁水质量的1.5-2.0％，孕育剂加入量为铁水质量的0.3-0.6％；

(4)检测，孕育处理后的铁水取样化验，控制铁水中除铁元素外的化学元素质量百分比为：C：3.5-3.6％、Si：2.5-2.9％、Mn：0.25-0.35％、S＜0.05％、P＜0.07％；

(5)水平连铸拉拔：扒完渣测温，铁水温度控制在1375-1390℃之间，转往保温炉浇注，倾入装有水冷结晶器的保温炉浇注，浇注过程要平稳，倾倒完成后控制保温炉内铁液温度在1335-1355℃；第一包铁水注入保温炉内之后停留3分钟，使得注入后的铁水包裹住牵引头，需要注意的是，生产前需严格按照生产型材的尺寸制作牵引头，且忌牵引头的粗制滥造，或者与石墨套的间隙过大或过小，过小无法排气，过大容易漏出铁水，都容易造成生产的失败。待结晶凝固成固态，高温的固态外壳经得住牵引杆的拖拽而不产生任何开裂，变形，使引锭杆子在牵引机组的牵引拉拔下，以步长35-50mm/步，并以拉-停-拉的方式启动，在拉拔过程中控制循环水的出水温度不高于50℃。待牵引机组启动稳定，红热的型材上辊后，根据拉出的步长显示的颜色，判定是否需要提速，确定牵引机组主控操作盘上拉拔与停留的正常生产的参数。

本实施例选择生产QT450-10材质的此型材截面断面较大；液心在拉拔出口之外很远的距离仍会存在。生产时切忌拉拔速度偏快，液面过低等，会影响断面组织的质量。

制作两股同时拉拔时，为了减少温度的波动与先期注入铁水的氧化，将结晶器与保温炉组合安装完毕后，使用天然气烘烤保温炉，约3-5个小时，生产前保温炉内的温度约是500-600度，呈红色。

熔炼采用6吨与10吨中频感应电炉熔炼，因为铁液硫含量并不太高，我们选用6-1球化剂，处理铁水一包在1.1.-1.2T，球化剂粒度10-30mm，覆盖用的硅铁15-35mm；孕育用3-8mm的硅钡孕育剂。球化处理完成后，彻底扒净渣，测量确认温度合适之后加入将孕育剂加入铁水包表面，并迅速进行搅拌。之后转移至浇注台浇注入保温炉。

浇注过程中，铁水包与入铁槽距离尽可能接近。避免补充铁水时形成的冲击力过大，传递至结晶器内的静压力波动造成结晶壳厚度不均匀，对拉拔过程中的质量稳定形成危害。

另外，为了达到稳产、高品质的目标，补给炉内铁水间隔时间必须严格控制在9-11分钟之内，本着勤补少补的原则，这样才能保持保温炉铁液的“新鲜度”，才能最大程度的降低保温炉内压力的波动，才能确保炉内的铁液具有很强的自发形核能力，这样在循环水的冷却促使下，在拉拔机组的牵引下，结晶器内的铁液迅速、均匀的冷却出具有稳定刚度、强度的型材，并且外部轮廓尺寸稳定，外表光洁，内在组织致密。

实施例3-8：

根据实施例2中的生产工艺应用保温炉制备大断面球墨铸铁型材，各元素成分见下表：

表1

实施例9：

我们知道，对于同一化学成分、同一工艺的铸铁型材来说，硬度的变化代表着组织的变化，硬度的均匀性代表着组织和性能的均匀性。

生产出来的型材，自拉拔锯断下来的型材上取下厚度为10mm的圆片，进行硬度检测，对比位置为断面中心9、半径中心10与直径八分之一11位置(如图2所示)。

对比例：

对比例采用现有技术生产的保温炉制备的铸铁型材，成分如表2所示。

表2

C(％)	Si(％)	Mn(％)	S(％)	P(％)	Fe(％)
						3.55	2.7	0.33	0.012	0.06	93.348

利用实施例3-8和对比例的型材，对其不同位点的硬度进行测试，从表3的结果可以看出，实施例3-8的技术指标远超过对比例。

表3实施例3-8与对比例在硬度性能上的比较

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.用于水平连铸球墨铸铁型材的等静压保温炉，包括炉体，在所述炉体一侧的中下部开设有的结晶器接口(4)以及在所述结晶器接口(4)上安装的结晶器(5)，其特征在于，所述炉体由上炉体(2)和下炉体(3)组成，所述上炉体(2)和下炉体(3)通过底孔(8)相通，所述底孔(8)的一端设置在所述上炉体(2)的底部，所述底孔(8)的另一端设置在所述下炉体(3)的顶部，所述底孔(8)的横截面积均小于所述上炉体(2)的底部面积和所述下炉体(3)的顶部面积；

所述上炉体(2)上与所述结晶器(5)相对的侧壁上设置有上浇注口(6)。

2.根据权利要求1所述的用于水平连铸球墨铸铁型材的等静压保温炉，其特征在于，所述上炉体(2)上铰接有炉盖(1)。

3.根据权利要求1所述的用于水平连铸球墨铸铁型材的等静压保温炉，其特征在于，所述下炉体(3)上与上浇注口(6)同侧的侧壁上设置有下浇注口(7)。

4.根据权利要求1所述的用于水平连铸球墨铸铁型材的等静压保温炉，其特征在于，所述下浇注口(7)的浇口面积小于所述上浇注口(6)的浇口面积。

5.根据权利要求1所述的用于水平连铸球墨铸铁型材的等静压保温炉，其特征在于，所述上炉体(2)的容积是每次补加铁水量的1.2倍。

6.根据权利要求1所述的用于水平连铸球墨铸铁型材的等静压保温炉，其特征在于，所述底孔(8)是石墨孔。

7.根据权利要求1所述的用于水平连铸球墨铸铁型材的等静压保温炉，其特征在于，所述底孔(8)是圆柱形。

8.基于权利要求1所述的应用保温炉生产大断面球墨铸铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)配料，将铸造生铁Q10、废钢、废棒/铁屑、95％增碳剂、锰铁、硅铁进行化学成分分析，然后按下列质量百分比称取上述原料：C：3.6-3.7％、Si：1.1-1.3％、Mn：0.25-0.35％、S＜0.05％、P＜0.07％，其余为Fe；

(2)熔炼，将称量好的铸造生铁、废钢、废棒/铁屑、95％增碳剂、锰铁、硅铁投入中频感应电炉熔炼，原料熔炼温度达到1520-1550℃后，铁水从中频感应电炉转入另一个保温炉内，与已经存在的铁水混合均匀，降温至1430-1450℃出炉；

(3)铁水球化处理，扒完渣，球化剂和孕育剂加入在铁水包表面，搅拌熔化，孕育的有效时间为10-12分钟，球化剂加入量为铁水质量的1.5-2.0％，孕育剂加入量为铁水质量的0.3-0.6％；

(4)检测，孕育处理后的铁水取样化验，控制铁水中除铁元素外的化学元素质量百分比为：C：3.5-3.6％、Si：2.5-2.9％、Mn：0.25-0.35％、S＜0.05％、P＜0.07％；

(5)水平连铸拉拔：扒完渣测温，铁水温度控制在1375-1390℃之间，转往保温炉浇注，倾入装有水冷结晶器的保温炉浇注，倾倒完成后控制保温炉内铁液温度在1335-1355℃；第一包铁水注入保温炉内之后停留3分钟，使得注入后的铁水包裹住牵引头，并结晶凝固成固态，使引锭杆子在牵引机组的牵引拉拔下，以步长35-50mm/步，并以拉-停-拉的方式启动，在拉拔过程中控制循环水的出水温度不高于50℃；待牵引机组启动稳定，红热的型材上辊后，根据拉出的步长显示的颜色，判定是否需要提速，确定牵引机组主控操作盘上拉拔与停留的正常生产的参数。