CN114101619B - 一种球墨铸管的离心铸造工艺 - Google Patents

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Abstract

一种球墨铸管的离心铸造工艺,包括步骤:S1、将铸造模具连接到离心铸造机的铸造室内,并将浇口杯连接铸造模具,密闭铸造室后抽真空;S2、将铸造原料放入中频感应熔炉内熔化,并抽取金属液进行成分化验,并按化验结果往金属液中加足所缺元素,确保金属液成分满足铸造需求,并进行球化;S3、开启离心铸造机,将熔炉内的金属液通过浇口杯倒入铸造模具内,离心铸造机带动模具旋转,由离心力将金属液快速浇注至铸造模具内腔,待成型凝固后,关闭离心铸造机,待铸件冷却后卸模将铸件取出;S4、对铸件进行后处理得到成品球墨铸管。本发明能够在浇注前后全过程对铸造合金液成分进行控制,避免铸管性能出现偏差,同时配合合理后处理工艺确保终铸件品质。

Description

一种球墨铸管的离心铸造工艺
技术领域
本发明涉及球墨铸管加工技术领域,具体涉及一种球墨铸管的离心铸造工艺。
背景技术
球墨铸管是指使用18号以上的铸造铁水经添加球化剂后,经过铸造形成的管材,简称为球管、球铁管等,主要用于流体或热力输送,离心铸造是最常用工艺,例如名称为“水冷金属型离心球墨铸铁管的生产工艺”的中国发明专利申请CN200910034455.4中详细列举了一种从高炉铁水冶炼到入库的全流程水冷金属型离心球墨铸铁管生产工艺:高炉铁水→中频炉调质→球化→浇铸→退火→喷锌→切环倒角→打磨校圆→水压→衬水泥→喷漆烘干→喷标式→打磨→入库。
目前在进行球墨铸管的离心铸造时,熔炉内金属液成分会随着各元素之间的化学或合金化反应而发生持续波动,受炉壁残留炉渣以及杂质等影响也会产生变化,每次放入的原料成分满足要求,在合金原料熔化后混合熔炉内部仍然会产生元素成分、含量改变,而在球化过程中以及球化之后也会发生例如球化元素的蒸发等原因导致的不良或退化。
如何能够在浇注前后的全过程对铸造时的合金液成分进行控制,避免球墨铸管铸造后性能出现偏差,是本领域需要综合解决的问题。
发明内容
为了能够在浇注前后的全过程对铸造时的合金液成分进行控制,避免球墨铸管铸造后性能出现偏差,同时配合合理后处理工艺确保终铸件品质,本发明的目的是提供一种球墨铸管的离心铸造工艺。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
一种球墨铸管的离心铸造工艺,包括如下步骤:
S1、将铸造模具连接到离心铸造机的铸造室内,并将浇口杯连接铸造模具,密闭铸造室后抽真空;
S2、将铸造原料放入中频感应熔炉内熔化,并抽取金属液进行成分化验,并按化验结果往金属液中加足所缺元素,确保金属液成分满足铸造需求,并进行球化;
S3、开启离心铸造机,将熔炉内的金属液通过浇口杯倒入铸造模具内,离心铸造机带动模具旋转,由离心力将金属液快速浇注至铸造模具内腔,待成型凝固后,关闭离心铸造机,待铸件冷却后卸模将铸件取出;
S4、对铸件进行后处理得到成品球墨铸管。
上述球墨铸管的离心铸造工艺优选为,步骤S2中,所述金属液进行成分化验要求关键元素如下:wC:3.2-3.6%,波动范围±0.05%;wSi:1.8-2.6%,波动范围±0.1%;wMn:0.2%-0.4%,波动范围±0.1%;碳当量wCE:4.0-4.4%,波动范围±0.1%;调整元素含量的方法为:当wC、wSi、wMn、wCE的任意含量超标时,向熔炉内加入铁原料,此时wC、wSi、wMn、wCE的整体含量均降低,当超标元素含量达标后,再依次向熔炉内加入对应元素材料,使得各元素达到浓度标准;若仅有部分元素浓度过低时,仅向熔炉内加入浓度低的元素材料,使得各元素满足要求。
上述球墨铸管的离心铸造工艺优选为,控制金属液成分时,同时应满足wSwCE≤0.015%,wP≤0.07%。
上述球墨铸管的离心铸造工艺优选为,步骤S1中,准备至少一套预置有球化材料的铸造模具,并安装到离心铸造机以备浇注,所述球化材料的预置方法是在铸造模具内壁涂层表面采用粘结剂粘结管/线状球化材料;步骤S3中,当因炉前金属液成分检验不合格或者因浇注等待时间超出设定时间而需要调整金属液成分时,选择安装有预置球化材料铸造模具的离心铸造机进行浇注。
上述球墨铸管的离心铸造工艺优选为,所述粘结的方式是轴向等距粘结。
上述球墨铸管的离心铸造工艺优选为,步骤S2中,球化处理方式为包底冲入法,采用的球化剂为镍镁球化剂和/或稀土硅镁球化剂。
上述球墨铸管的离心铸造工艺优选为,步骤S3中,所述浇口杯为漏斗形或盆形,斜入铸造模具的浇道倾角为15-30°。
上述球墨铸管的离心铸造工艺优选为,步骤S3中,浇铸前,将铸造模具预加热到600-850℃,浇铸时,结合铸管规格控制金属液温度和铸造模具的旋转速度。
上述球墨铸管的离心铸造工艺优选为,步骤S4中,对铸件进行后处理的方法为将铸件表面粘砂和涂料去除掉,再对铸件进行热处理。
上述球墨铸管的离心铸造工艺优选为,热处理采用链式退火炉,结合铸管规格控制链速以及加热段、保温段、冷却段温度。
本发明的有益效果在于:
本发明提供的球墨铸管的离心铸造工艺,能够在浇注前后的全过程对铸造时的合金液成分进行控制,避免球墨铸管铸造后性能出现偏差,同时配合合理后处理工艺确保终铸件品质,通过冶炼环节关键元素成分调节避免成分变化影响球化效果和铸件质量,通过浇注环节的模具敷设特制球化材料的预案缓解因浇注过程中的不确定因素影响带来的球化不良问题,避免球墨铸管铸造后性能出现偏差,另外,离心铸造中从模具和浇注系统的选择、模具预热、金属液精炼球化处理到浇注温度控制、冷却控制再到对铸件的后处理也都合理优化,一方面提高离心铸造时合金液在型腔内的分布,提高球墨铸管的厚度均匀性,一方面确保金属液顺序凝固,组织致密,内部无气孔,管壁粗糙度低,一方面在确保了每种规格铸管热透均匀性、组织转变均匀充分的基础上,提高效率、节约能源,生产流程中每一环工艺控制都为前一环和后一环提供了预案或保障,从而在一定程度上在冶炼、浇注等各环节质量不能达到预期时,弥补不足,通过工艺控制得到性能优良的球墨铸管终铸件。
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一些实施例,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,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种球墨铸管的离心铸造工艺设备安装图。
图2为本发明工艺流程图。
附图标记说明:1、铸造模具;2、浇口杯;3、离心铸造机;4、支撑辊。
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。
实施例1
如图1至图2所示,本发明提供了一种球墨铸管的离心铸造工艺,包括如下步骤:
S1、将铸造模具1连接到离心铸造机3的铸造室内,并将浇口杯2连接铸造模具1,密闭铸造室后抽真空;
S2、将铸造原料放入中频感应熔炉内熔化,并抽取金属液进行成分化验,并按化验结果往金属液中加足所缺元素,确保金属液成分满足铸造需求,并进行球化;
S3、开启离心铸造机3,将熔炉内的金属液通过浇口杯2倒入铸造模具1内,离心铸造机3带动模具旋转,由离心力将金属液快速浇注至铸造模具1内腔,待成型凝固后,关闭离心铸造机,待铸件冷却后卸模将铸件取出;
S4、对铸件进行后处理得到成品球墨铸管。
作为本实施例保证浇注前对铸造时的合金液成分进行控制,避免球墨铸管铸造后性能出现偏差的一个主要措施,步骤S2中,所述金属液进行成分化验要求关键元素如下:wC:3.2-3.6%,波动范围±0.05%;wSi:1.8-2.6%,波动范围±0.1%;wMn:0.2%-0.4%,波动范围±0.1%;碳当量wCE:4.0-4.4%,波动范围±0.1%。调整元素含量的方法为:当wC、wSi、wMn、wCE的任意含量超标时,向熔炉内加入铁原料,此时wC、wSi、wMn、wCE的整体含量均降低,当超标元素含量达标后,再依次向熔炉内加入对应元素材料,使得各元素达到浓度标准;若仅有部分元素浓度过低时,仅向熔炉内加入浓度低的元素材料,使得各元素满足要求。上述措施可以避免元素浓度影响球化效果,例如锰元素含量超标会导致铸管韧性和塑性降低。
另外,控制金属液成分时,同时应满足wSwCE≤0.015%,wP≤0.07%,硫元素含量过高会降低球化率并且浇铸容易形成夹渣、皮下气孔等缺陷,磷元素超标也会导致金属性能变脆。
作为本实施例在铸造环节对合金液球化质量进行控制的一个主要措施,为了缓解因浇注过程中的不确定因素可能带来的球化不良问题,避免球墨铸管铸造后性能出现偏差,上述球墨铸管的离心铸造工艺优选在步骤S1中,准备至少一套预置有球化材料的铸造模具1,并安装到离心铸造机3以备浇注,所述球化材料的预置方法是在铸造模具1内壁涂层表面采用粘结剂粘结管/线状球化材料。在步骤S3中,当因炉前金属液成分检验不合格或者因浇注等待时间超出设定时间而需要调整金属液成分时,选择安装有预置球化材料铸造模具1的离心铸造机进行浇注。这里所称的管/线状球化材料是专门订做的铁皮包芯材料,芯部是高品质球化剂,即可以达到浇注过程的缓冲目的,又便于敷设,敷设的方式是轴向等距粘结,数量可以结合铸后的品质检验和均匀度检验确定。
在上述措施的基础上,离心铸造中从模具和浇注系统的选择、模具预热、金属液精炼球化处理到浇注温度控制、冷却控制再到对铸件的后处理也都应当确保优化合理,在一定程度上,合理的后处理工艺可以弥补冶炼和浇注环节中的一些不足。
实施例2
一种球墨铸管的离心铸造工艺,包括如下步骤:
S1、将铸造模具1连接到离心铸造机3的铸造室内,并将浇口杯2连接铸造模具1,密闭铸造室后抽真空。该步骤中,铸造模具优选自由缩率为1%左右,受阻缩率为0.8%左右的模具,起模斜度可在20-30分,浇口杯2可以为漏斗形或盆形,斜入铸造模具的浇道倾角为15-30°,在尺寸上杯体高度优选不小于200mm,以上措施可有效提高合金液离心铸造时在型腔内的分布,提高球墨铸管的厚度均匀性。
S2、将铸造原料放入中频感应熔炉内熔化,并抽取金属液进行成分化验,并按化验结果往金属液中加足所缺元素,确保金属液成分满足铸造需求,并进行球化。该步骤中,中频感应熔炉将合金加热至1500-1700℃,球化处理方式为包底冲入法,采用的球化剂为镍镁球化剂,也可以全部或部分采用稀土硅镁球化剂。金属液进行成分化验要求关键元素如下:wC:3.2-3.6%,波动范围±0.05%;wSi:1.8-2.6%,波动范围±0.1%;wMn:0.2%-0.4%,波动范围±0.1%;碳当量wCE:4.0-4.4%,波动范围±0.1%。调整元素含量的方法为:当wC、wSi、wMn、wCE的任意含量超标时,向熔炉内加入铁原料,此时wC、wSi、wMn、wCE的整体含量均降低,当超标元素含量达标后,再依次向熔炉内加入对应元素材料,使得各元素达到浓度标准;若仅有部分元素浓度过低时,仅向熔炉内加入浓度低的元素材料,使得各元素满足要求。另外,控制金属液成分时,同时应满足wSwCE≤0.015%,wP≤0.07%。
S3、开启离心铸造机3,将熔炉内的金属液通过浇口杯2倒入铸造模具1内,离心铸造机3带动模具旋转,由离心力将金属液快速浇注至铸造模具1内腔,待成型凝固后,关闭离心铸造机,待铸件冷却后卸模将铸件取出。优选在该步骤中,浇铸前,通过电热圈将铸造模具预加热到600-850℃保持,浇铸时,结合铸管规格控制金属液温度和铸造模具的旋转速度,例如铸管直径在DN350-DN600时,金属液温度控制在1400-1450℃,铸造模具的旋转速度控制在280-340r/min;铸管直径在大于DN600时,金属液温度控制在1300-1350℃,铸造模具的旋转速度控制在200-280r/min。浇注时间优选控制在60s以内,金属液为连贯的浇铸过程,浇铸后,铸造模具持续旋转不小于20分钟。铸造结束后,铸件在模具内可以先自然冷却到800-900℃,然后卸模将铸件取出,空冷或者采用冷水将铸件冷却至室温,通过生产中反复验证,选择合理的经验参数确保了金属液顺序凝固,组织致密,内部无气孔,管壁粗糙度低。
S4、对铸件进行后处理得到成品球墨铸管。该步骤中,对铸件进行后处理的方法为将铸件表面粘砂和涂料去除掉,再对铸件进行热处理,热处理采用链式退火炉。较佳的,结合铸管规格控制链速以及加热段、保温段、冷却段温度,例如当铸管直径在DN350-DN600时,链速为0.8-1.9m/min,退火炉加热段温度为800-1050℃,保温段为850-950℃,冷却段为600-800℃;当铸管直径大于DN600时,链速为0.9-1.3m/min,退火炉加热段温度为850-1000℃,保温段为860-950℃,冷却段为600-750℃。合理的热处理制度可提高表面强度,消除内应力,减小裂纹倾向,提高使用寿命,结合铸管规格进行加热保温操作在确保了每种规格铸管热透均匀性、组织转变均匀充分的基础上,提高效率、节约能源,从而通过工艺控制得到性能优良的球墨铸管。
本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种球墨铸管的离心铸造工艺,其特征在于,包括如下步骤:
S1、将铸造模具(1)连接到离心铸造机(3)的铸造室内,并将浇口杯(2)连接铸造模具(1),密闭铸造室后抽真空;
S2、将铸造原料放入中频感应熔炉内熔化,并抽取金属液进行成分化验,并按化验结果往金属液中加足所缺元素,确保金属液成分满足铸造需求,并进行球化,球化处理方式为包底冲入法;
所述金属液进行成分化验要求关键元素如下:wC:3.2-3.6%,波动范围±0.05%;wSi:1.8-2.6%,波动范围±0.1%;wMn:0.2%-0.4%,波动范围±0.1%;碳当量wCE:4.0-4.4%,波动范围±0.1%;调整元素含量的方法为:当wC、wSi、wMn、wCE的任意含量超标时,向熔炉内加入铁原料,此时wC、wSi、wMn、wCE的整体含量均降低,当超标元素含量达标后,再依次向熔炉内加入对应元素材料,使得各元素达到浓度标准;若仅有部分元素浓度过低时,仅向熔炉内加入浓度低的元素材料,使得各元素满足要求;控制金属液成分时,同时应满足wSwCE≤0.015%,wP≤0.07%;
S3、开启离心铸造机(3),将熔炉内的金属液通过浇口杯(2)倒入铸造模具(1)内,离心铸造机(3)带动模具旋转,由离心力将金属液快速浇注至铸造模具(1)内腔,待成型凝固后,关闭离心铸造机,待铸件冷却后卸模将铸件取出;
S4、对铸件进行后处理得到成品球墨铸管;
其中,步骤S1中,准备至少一套预置有球化材料的铸造模具(1),并安装到离心铸造机(3)以备浇注,所述球化材料的预置方法是在铸造模具(1)内壁涂层表面采用粘结剂粘结管/线状球化材料,所述管/线状球化材料是铁皮包芯材料;步骤S3中,当因炉前金属液成分检验不合格或者因浇注等待时间超出设定时间而需要调整金属液成分时,选择安装有预置球化材料铸造模具(1)的离心铸造机进行浇注;所述粘结的方式是轴向等距粘结。
2.如权利要求1所述的一种球墨铸管的离心铸造工艺,其特征在于:步骤S2中,采用的球化剂为镍镁球化剂和/或稀土硅镁球化剂。
3.如权利要求1所述的一种球墨铸管的离心铸造工艺,其特征在于:步骤S3中,所述浇口杯(2)为漏斗形或盆形,斜入铸造模具(1)的浇道倾角为15-30°。
4.如权利要求1所述的一种球墨铸管的离心铸造工艺,其特征在于:步骤S3中,浇铸前,将铸造模具(1)预加热到600-850℃,浇铸时,结合铸管规格控制金属液温度和铸造模具(1)的旋转速度。
5.如权利要求1所述的一种球墨铸管的离心铸造工艺,其特征在于:步骤S4中,对铸件进行后处理的方法为将铸件表面粘砂和涂料去除掉,再对铸件进行热处理。
6.如权利要求5所述的一种球墨铸管的离心铸造工艺,其特征在于:热处理采用链式退火炉,结合铸管规格控制链速以及加热段、保温段、冷却段温度。
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