CN115261545B - 一种减少铸铁件松缩的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种减少铸铁件松缩的方法，包括以下步骤：将熔炼材料置于熔炉中熔化获得原铁水；利用取样装置对原铁水进行取样获得检测样品，对检测样品的C、Si含量进行检测，并计算出检测样品的实际碳当量CE1；判断检测样品的实际碳当量CE1是否等于理论碳当量CE2,如判断为是，则在原铁水中加入球化剂进行球化处理而得到球化铁水，将球化铁水浇注至铸型中并经冷却处理后获得铸铁件，否则，调整原铁水中的C、Si含量并重新进行取样检测。本发明可以有效地减少铸铁件发生松缩缺陷的几率，提高了铸铁件的合格率，也有效降低了生产成本。

Description

一种减少铸铁件松缩的方法
技术领域
本发明涉铸造技术领域，尤其是指一种减少铸铁件松缩的方法。
背景技术
球墨铸铁发生松缩的风险性高于灰铸铁，为了减少该松缩缺陷的发生，提高其铸造性能，一般采用以下方式：将球墨铸铁最终浇注铁水的碳当量应该处于微亚共晶或共晶状态，以使得结晶范围窄，从而提高石墨化膨胀的自补缩能力，降低缩松类铸造缺陷。
球墨铸铁碳当量的选择对铸件的质量起着至关重要的作用，其它条件相同时，碳当量对铸铁金相组织、铸造性能和机械性能有决定性影响。生产过程一般采用光谱仪和高频红外碳硫分析仪来检测铁水含碳量。在工业生产中，原铁水需要球化处理，其变质效果是一个动态非平衡状态函数。长期以来对于球墨铸铁，碳当量控制只以光谱仪分析的球化后铁水成分以及上炉前的经验来对碳当量进行近似判断，在实际生产中，这种方法需要在铁水球化后才能确定铁水是否合格，铁水碳当量的控制方法严重滞后，使得铸件仍然具有很大的缩松几率，合格率较低，对于不合格的球墨铸铁需重新回炉，这也会导致生产成本增加。
因此，现有技术无法快速有效地减少铸铁件的松缩缺陷，导致铸铁件的废品率较高，无法满足生产需求。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中无法快速有效地减少铸铁件的松缩缺陷，导致铸铁件的废品率较高的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种减少铸铁件松缩的方法，包括以下步骤：
S1)将熔炼材料置于熔炉中熔化获得原铁水；
S2)利用取样装置对原铁水进行取样获得检测样品，对检测样品的C、Si含量进行检测，并计算出检测样品的实际碳当量CE1；
S3)判断检测样品的实际碳当量CE1是否等于理论碳当量CE2,如判断为是，则执行步骤S4)，否则，调整原铁水中的C、Si含量，并返回步骤S2)；
S4)在原铁水中加入球化剂进行球化处理而得到球化铁水；
S5)将球化铁水浇注至铸型中并经冷却处理后获得铸铁件。
在本发明的一个实施例中，理论碳当量CE2＝CE-ΔSi；
其中，CE表示铸铁件的碳当量设计值，ΔSi表示球化处理后相较于球化处理前的Si含量变化值。
在本发明的一个实施例中，步骤S5)中将球化铁水浇注至铸型中时需控制浇筑温度为1310～1380°，浇注速度为30～60cm/s。
在本发明的一个实施例中，所述取样装置包括壳体，所述壳体内部设置有容置腔，所述容置腔内可滑移地连接有第一模板，所述第一模板将所述容置腔自上至下分隔为第一腔室和第二腔室，所述第二腔室内填充有第一填料，所述壳体侧面设置有第一进料口，第一进料口和第二腔室相连通，壳体底部设置有第一出料口，所述壳体上部设置有保压箱体，所述保压箱体的形状和所述容置腔的形状相适应，所述保压箱体用于插接在所述第一腔室中，所述保压箱体由升降装置驱动升降，所述升降装置通过立板和所述壳体相连接。
在本发明的一个实施例中，所述保压箱体内部连接有导热隔板，所述导热隔板将所述保压箱体自上至下分隔为第三腔室和第四腔室，所述第三腔室内填充有冷却液，所述第三腔室上设置有进液孔和出液孔，所述第四腔室内填充有第二填料。
在本发明的一个实施例中，所述壳体上设置有冷却槽，所述冷却槽环绕在所述容置腔的外部，所述保压箱体顶部可拆卸的连接有多个导热件，所述导热件用于插入在所述冷却槽中。
在本发明的一个实施例中，每个所述导热件上均设置有锥形凹槽，所述锥形凹槽插接在锥形凸起上，所述锥形凸起均设置在所述保压箱体的顶部。
在本发明的一个实施例中，所述立板可转动地连接在所述壳体上。
在本发明的一个实施例中，所述立板上铰接有定位杆，定位杆底部设置有弧形凸起，所述壳体上设置有弧形凹槽，弧形凸起用于插接在弧形凹槽中。
在本发明的一个实施例中，所述第一填料采用固体颗粒。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的减少铸铁件松缩的方法，可以有效地减少铸铁件发生松缩缺陷的几率，提高了铸铁件的合格率，也有效降低了生产成本。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，
图1是本发明的减少铸铁件松缩的方法的流程框图；
图2是本发明的取样装置的一实施例的结构示意图；
图3是图2中保压箱体的一实施例的结构示意图；
图4是图2中导热件的一实施例的结构示意图；
图5是图2中保压箱体的另一实施例的结构示意图；
图6是图2中导热件的另一实施例的结构示意图；
图7是图2中A处的局部放大图；
图8是图2中立板的结构示意图；
图9是本发明的取样装置的另一实施例的结构示意图；
说明书附图标记说明：1、第一填料；2、壳体；21、第一腔室；22、第二腔室；23、冷却槽；24、第一进料口；25、第一出料口；26、弧形凹槽；3、第一模板；4、第二模板；5、保压箱体；51、导热隔板；52、第三腔室；53、第四腔室；54、锥形凸起；6、冷却液；7、第二填料；8、导热件；81、锥形凹槽；82、缺口；9、立板；91、圆柱部；92、定位杆；921、弧形凸起；10、相变材料层；11、滑移杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1所示，本实施例公开了一种减少铸铁件松缩的方法，包括以下步骤：
S1)将熔炼材料置于熔炉中熔化获得原铁水；
上述熔炼材料包括生铁、废钢和回炉铁中的一种或多种；例如，熔炼材料配比(重量百分比)为：50％废钢、40％回炉铁和10％生铁。
S2)利用取样装置对原铁水进行取样获得检测样品，对检测样品的C、Si含量进行检测，并根据检测样品的C、Si含量计算出检测样品的实际碳当量CE1；
对检测样品的C、Si含量进行检测时，可采用光谱分析或高频红外碳硫分析仪对检测样品进行检测；
S3)判断检测样品的实际碳当量CE1是否等于理论碳当量CE2,如判断为是，则执行步骤S4)，否则，调整原铁水中的C、Si含量，并返回步骤S2)；
S4)在原铁水中加入球化剂进行球化处理而得到球化铁水；
S5)将球化铁水浇注至铸型中并经冷却处理后获得铸铁件，得到的铸铁件为球墨铸铁类铸铁件。
上述方法中，通过在球化处理前对原铁水成分进行检测，并根据原铁水的实际碳当量CE1与理论碳当量CE2的比较来进行C、Si含量的准确调整，使得球化前铁水的碳当量CE1可以有效控制在理论碳当量CE2处，从而可以快速准确地调整原铁水碳当量至共晶点，从而有效提高了球化后的铁水的合格率，有效地减少了最终铸铁件-球墨铸铁发生松缩缺陷而回炉，有效降低生产成本。上述方式避免了现有技术中只能根据球化后铁水成分以及上炉前经验来对碳当量进行大致估算而使得碳当量控制滞后和无法实现精确控制的问题，有效提高了最终铸铁件的合格率。
进一步地，理论碳当量CE2满足以下公式：CE2＝CE-ΔSi；
其中，CE表示铸铁件的碳当量设计值，ΔSi表示球化处理后相较于球化处理前的Si含量变化值。
由于原铁水中含硫量与铁水温度等为可控的因素，铁水处理剂加入量为定量，那么Si含量变化为定值ΔSi。例如，某铸铁件要求C：3.96％，Si：1.8％，由此可得计算碳当量CE＝C+Si/3＝4.56％，由于铁水处理剂加入量为定量，可得出ΔSi＝0.54％，所以原铁水理论碳当量CE2＝CE-ΔSi/3＝4.38％。那么只需调整原铁水中的C、Si含量，使得实际碳当量CE1基本等于理论碳当量CE2＝4.38％即可。
在其中一个实施方式中,步骤S5)中将球化铁水浇注至铸型中时需控制浇筑温度为1310～1380°，浇注速度为30～60cm/s。通过浇注温度以及浇注速度的控制,可以有效降低了最终铸铁件发生粘砂、缩孔、变形等铸造缺陷的几率，使得铁水均匀地充满铸型中，从而得到机械性能更佳的球磨铸铁产品。
在其中一个实施方式中,步骤S4)中的球化剂包括以下重量百分比的各组分：
Si：40％-45％，Mg：5％-8％，Ca：3％-5％，Re：1％-5％，Al：0.5％-1％，Ba：0.4％-1.6％，其余为Fe。该成分和配比的球化剂能够对铁水起到更好的的球化效果,提高最终铸铁件的质量。
在其中一个实施方式中，参阅图2，取样装置包括壳体2，壳体2内部设置有容置腔，容置腔内可滑移地连接有第一模板3，第一模板3将容置腔自上至下分隔为第一腔室21和第二腔室22，第二腔室22内填充有第一填料1，壳体2侧面设置有第一进料口24，第一进料口24和第二腔室22相连通，用于向第二腔室22内填充第一填料1，壳体2底部设置有第一出料口25，用于排出第一填料1，壳体2上部设置有保压箱体5，保压箱体5的形状和容置腔的形状相适应，保压箱体5用于插接在第一腔室21中，保压箱体5由升降装置驱动升降，升降装置通过立板9和壳体2相连接。
利用上述取样装置的进行取样的方法为:利用升降装置驱动保压箱体5上升，然后利用铁水取样勺取出熔炼后获得的原铁水并倒入第一腔室21内，接着，利用升降装置驱动保压箱体5下降至第一腔室21中，使得保压箱体5底部挤压第一腔室21内的原铁水，保持挤压状态一定时间，此时，第一模板3顶面和保压箱体5底面之间的原铁水逐渐形成一定厚度的检测样品，检测样品厚度为第一模板3顶面和保压箱体5底面之间距离；挤压结束后，利用升降装置驱动保压箱体5上升至脱离第一腔体，然后通过第一进料口24向第二腔室22内增加第一填料1，从而带动第一模板3和第一模板3上的检测样品一起上升，直至达到第一腔体顶部，此时取出检测样品即可。可以理解的，第二腔室22内填料结束后，需将第一进料口24和第一出料口25进行封堵。
上述过程中，通过保压箱体5可以对第一腔室21中的原铁水进行挤压处理，从而可以有效减少检测样品出现表面缺陷的情况，提高了检测样品的白口化程度，使得检测样品的白口化更加均均匀，从而有效提升了后续检测精度；另外，通过第一填料1的填料量的控制，可以有效控制第一模板3的高度，不仅便于取出检测样品，同时，通过第一模板3高度的调整，还可以有效控制检测样品的厚度，可以不同检测需求，例如，将原铁水倒入第一腔室21之前，若减少第一填料1的填料量，会降低第一模板3的高度，在保压箱体5保持固定的下降位置的情况下，第一模板3顶面和保压箱体5底面之间的距离增加，也即使得检测样品的厚度增加。
另外，采用控制第一填料1的填料量的方式驱动第一模板3升降，不易因受铁水高温影响而发生损坏，同时，第一填料1可对第一模板3进行均匀承压，从而可以更好的保证所形成的检测样品的质量，保证其均匀度；第一填料1也可以起到一定的吸热作用，从而起到辅助冷却作用。
通过上述取样装置可以快速方便的获取检测样品，并可以有效保证检测样品质量，检测样品质量直接影响碳当量的检测精度，通过上述取样装置使得检测样品表面无渣和空洞，且有效满足样品的白口化程度，从而较好的满足化学分析的需要，进而有效提高了后续对检测样品中进行检测的精度，避免因检测样品质量而导致碳含量分析波动较大的问题，提高了碳当量计算的准确度。
在其中一个实施方式中，保压箱体5内部连接有导热隔板51，导热隔板51将保压箱体5自上至下分隔为第三腔室52和第四腔室53，第三腔室52内填充有冷却液6，第三腔室52上设置有进液孔和出液孔，冷却液6从进液孔进入第三腔室52，从出液孔排出，第四腔室53内填充有第二填料7。第三腔室52可以通过进液孔和出液孔实现冷却液6的更换或循环流动，可以将第三腔室52和外界冷却循环系统相连接。
上述结构中保压箱体5分为上下两层，下部第四腔室53中的第二填料7的设置，可以保证保压箱体5对原铁水的挤压均匀度，上部第三腔室52内的冷却液6用于使得第四腔室53的第二填料7起到冷却作用，保压箱体5挤压原铁水的同时，第二填料7会吸收部分铁水热量，第三腔室52内的冷却液6则可以及时吸收第二填料7的热量，从而保证保压箱体5挤压原铁水的同时，还可以快速均匀的实现铁水的散热，提高其冷却速度和冷却面积，从而使得第一腔室21中的检测样品快速形成白口化，减免游离石墨的析出，提高白口化程度，使得检测样品的白口化均匀，密度均一。
在其中一个实施方式中，壳体2上设置有冷却槽23，冷却槽23环绕在容置腔的外部，保压箱体5顶部可拆卸的连接有多个导热件8，导热件8用于插入在冷却槽23中,以使得第一腔室21内的加速散热。
在其中一个实施方式中，参阅图2-图6，每个导热件8上均设置有锥形凹槽81，锥形凹槽81插接在锥形凸起54上，锥形凸起54均设置在保压箱体5的顶部，该方式既可以保证定位可靠性，也便于拆卸。具体使用时，可以更根据实际散热需求安装对应数量的导热件8。
在其中一个实施方式中，参阅图2，导热件8的上部内壁贴合在保压箱体5外壁上，具体的，可以贴合在第三腔室52处的保压箱体5外壁上，以加速换热。
在其中一个实施方式中，导热件8横截面的形状与冷却槽23的形状相适应，例如，若冷却槽23为矩形，那么如图4所示，导热件8的横截面也呈矩形，若冷却槽23为环形，那么如图6所示，导热件8的横截面呈弧形。
在其中一个实施方式中，如图4所示，导热件8的底部设置缺口82,以便于避让其他部件，例如，第一进料口24处设置进料管道，进料管道插入在第一进料口24处，导热件8插入后，进料管道可以直接通过导热件8的缺口82处，从而避免进料管道。
在其中一个实施方式中，保压箱体5的形状和容置腔的形状是相适应的，若容置腔形状是矩形，此时如图3所示，保压箱体5的形状也是矩形；若容置腔形状是圆柱形，此时如图5所示，保压箱体5的形状也是圆柱形。
在其中一个实施方式中，立板9可转动地连接在壳体2上，以便于调整保压箱体5的角度。
进一步的，如图8所示，立板9底部设置有圆柱部91，圆柱部91通过轴承和壳体2相连接。
在其中一个实施方式中，如图7-图8所示，立板9上铰接有定位杆92，定位杆92底部设置有弧形凸起921，壳体2上设置有弧形凹槽26，弧形凸起921用于插接在弧形凹槽26中，以在立板9转动至设定位置后防止立板9再发生旋转。定位杆92起到准确定位保压箱体5的作用，例如，在向第一腔室21内浇注原铁水前，先转动定位杆92，使得弧形凸起921和弧形凹槽26相脱离，接着转动立板9，使得保压箱体5转动至一侧，暴露第一腔体，然后向第一腔体内注入原铁水，注入完毕后，再反向转动立板9，直至定位杆92转动至弧形凹槽26上方，将弧形凸起921插接在弧形凹槽26中，此时立板9所在位置使得保压箱体5位于第一箱体的正上方，也即，定位杆92的固定位置正好可以保证保压箱体5和第一箱体的对准，使得保压箱体5的定位更加准确、方便。
在其中一个实施方式中，第一填料1采用固体颗粒，例如可采用砂土颗粒。第二填料7也采用固体颗粒，例如可采用砂土颗粒。
进一步地，第二腔室22底部还设置有相变材料层10，使得第一填料1位于相变材料层10的上部，以通过相变材料层10更好的吸收第一填料1的热量，加速第一模板3的散热。
例如，先通过第一填料1口向第二腔室22内填充相变胶囊以形成相变材料层10，再通过第一填料1口向第二腔室22内填充第一填料1，使得第一填料1位于相变材料层10的上部。
在其中一个实施方式中，保压箱体5通过滑移杆11和升降装置(图中未示出)相连接，升降装置采用丝杠螺母传动机构，包括丝杠和旋合在丝杠上的传动螺母，丝杠由电机驱动旋转，由丝杠旋转带动传动螺母做上下直线运动，传动螺母和滑移杆11相连接，由传动螺母带动滑移杆11一起运动。
进一步地，立板9和滑移杆11均采用隔热材料制成，保压箱体5采用导热材料制成。
在其中一个实施方式中，第一模板3为平面板，第一模板3和保压箱体5底面之间形成的检测样品为平板型样品。
在其中一个实施方式中，在需要特殊形状的检测样品时，如图9所示，可在保压箱体5的底部连接第二模板4，以便于在保压箱体5插入第一腔体后，使得第一模板3和第二模板4之间形成取样空间。例如，第一模板3和第二模板4均呈弧形，则可以获得弧形的检测样品。
可以理解的，特殊形状的第一模板3置于第一填料1上时，第一填料1可以自动适应第一模板3的形状，包裹在第一模板3底部，可以方便的实现第一模板3的定位。
在其中一个实施方式中,取料装置的壳体2采用耐火材料制成,例如,可采用高温熔融石英材料烧结制成。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种减少铸铁件松缩的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1)将熔炼材料置于熔炉中熔化获得原铁水；
S2)利用取样装置对原铁水进行取样获得检测样品，对检测样品的C、Si含量进行检测，并计算出检测样品的实际碳当量CE1；
S3)判断检测样品的实际碳当量CE1是否等于理论碳当量CE2,如判断为是，则执行步骤S4)，否则，调整原铁水中的C、Si含量，并返回步骤S2)；
S4)在原铁水中加入球化剂进行球化处理而得到球化铁水；
S5)将球化铁水浇注至铸型中并经冷却处理后获得铸铁件；
所述取样装置包括壳体，所述壳体内部设置有容置腔，所述容置腔内可滑移地连接有第一模板，所述第一模板将所述容置腔自上至下分隔为第一腔室和第二腔室，所述第二腔室内填充有第一填料，所述壳体侧面设置有第一进料口，第一进料口和第二腔室相连通，壳体底部设置有第一出料口，所述壳体上部设置有保压箱体，所述保压箱体的形状和所述容置腔的形状相适应，所述保压箱体用于插接在所述第一腔室中，所述保压箱体由升降装置驱动升降，所述升降装置通过立板和所述壳体相连接；
所述立板可转动地连接在所述壳体上。
2.根据权利要求1所述的减少铸铁件松缩的方法，其特征在于：理论碳当量CE2＝CE-ΔSi；
其中，CE表示铸铁件的碳当量设计值，ΔSi表示球化处理后相较于球化处理前的Si含量变化值。
3.根据权利要求1所述的减少铸铁件松缩的方法，其特征在于：步骤S5)中将球化铁水浇注至铸型中时需控制浇注温度为1310～1380℃，浇注速度为30～60cm/s。
4.根据权利要求1所述的减少铸铁件松缩的方法，其特征在于：所述保压箱体内部连接有导热隔板，所述导热隔板将所述保压箱体自上至下分隔为第三腔室和第四腔室，所述第三腔室内填充有冷却液，所述第三腔室上设置有进液孔和出液孔，所述第四腔室内填充有第二填料。
5.根据权利要求4所述的减少铸铁件松缩的方法，其特征在于：所述壳体上设置有冷却槽，所述冷却槽环绕在所述容置腔的外部，所述保压箱体顶部可拆卸的连接有多个导热件，所述导热件用于插入在所述冷却槽中。
6.根据权利要求5所述的减少铸铁件松缩的方法，其特征在于：每个所述导热件上均设置有锥形凹槽，所述锥形凹槽插接在锥形凸起上，所述锥形凸起均设置在所述保压箱体的顶部。
7.根据权利要求1所述的减少铸铁件松缩的方法，其特征在于：所述立板上铰接有定位杆，定位杆底部设置有弧形凸起，所述壳体上设置有弧形凹槽，弧形凸起用于插接在所述弧形凹槽中。
8.根据权利要求1所述的减少铸铁件松缩的方法，其特征在于：所述第一填料采用固体颗粒。
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