CN118060492A - 一种垃圾焚烧用复杂薄壁弧形炉排片的消失模铸造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垃圾焚烧用复杂薄壁弧形炉排片的消失模铸造工艺，包括：制作泡沫模样：将最大珠粒直径小于待铸造的炉排片铸件的最小壁厚的泡沫珠粒进行预发泡，然后将预发泡后的泡沫珠粒在熟化仓中熟化，再用料枪将熟化后的泡沫珠粒填充到发泡模具的型腔内，发泡模具的型腔与待铸造的炉排片铸件形状一致，通过过热蒸汽将泡沫珠粒加热进行二次发泡，再经冷却脱模形成泡沫模样；泡沫模样的干燥与稳定化；泡沫模样的涂覆及烘干：在泡沫模样表面涂覆一层涂覆液，然后在50~60℃下烘干，烘房的湿度为15%；造型；浇注；冷却清理。本发明能有效减小炉排片铸造缺陷，提高铸造精度和成品率。

Description

一种垃圾焚烧用复杂薄壁弧形炉排片的消失模铸造工艺

技术领域

本发明属于模具铸造技术领域，特别涉及一种垃圾焚烧用复杂薄壁弧形炉排片的消失模铸造工艺。

背景技术

消失模铸造(又称实型铸造)是将与铸件尺寸形状相似的石蜡或泡沫模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。消失模铸造方法具有铸件尺寸精度高、表面粗糙度低、生产工序简单、材料消耗少等优点，对传统的砂型铸造而言，消失模铸造以其技术上的灵活性、生产过程中的环保性、产品质量上的可靠性被应用到了越来越多的生产制造领域。

炉排片是用来堆积燃料并使之充分燃烧的重要部件，复杂薄壁弧形炉排片本身属于中大型铸件，其结构较复杂，存在较多难成型部位，就铸造工艺性方面来看，铸件的最小壁厚为3 mm，最大壁厚为40 mm，最小铸出孔直径为16 mm，目前该铸件在成型过程中主要存在以下三个难点：

（1）整体大面出现扭曲变形，内腔阴角处塌箱粘砂，弧形面粗糙，息肉和气塞印记。

（2）各部分壁厚尺寸大小不均匀，且存在厚壁部位，这些部位容易出现缩孔、缩松等常见的铸造缺陷；

（3）炉排片部分较薄，其主要尺寸介于3~10 mm之间，在合金流动性较差的情况下容易出现冷隔、浇注不足等情况。

采用现有铸造工艺，铸造得到的复杂薄壁弧形炉排片的缺陷多、表面质量差，成品率低。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种垃圾焚烧用复杂薄壁弧形炉排片的消失模铸造工艺，本发明能有效减小炉排片铸造缺陷，提高铸造精度和成品率。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种垃圾焚烧用复杂薄壁弧形炉排片的消失模铸造工艺，具体包括以下步骤：

S1、制作泡沫模样：将最大珠粒直径小于待铸造的炉排片铸件的最小壁厚的泡沫珠粒进行预发泡，然后将预发泡后的泡沫珠粒在熟化仓中熟化，再用料枪将熟化后的泡沫珠粒填充到发泡模具的型腔内，发泡模具的型腔与待铸造的炉排片铸件形状一致，通过过热蒸汽将泡沫珠粒加热进行二次发泡，再经冷却脱模形成泡沫模样；

S2、泡沫模样的干燥与稳定化：将步骤S1的泡沫模样置于烘房进行烘烤干燥，干燥温度为45~50 ℃，干燥后的泡沫模样水分含量低于1%；

S3、泡沫模样的涂覆及烘干：在泡沫模样表面涂覆一层涂覆液，然后在50~60 ℃下烘干，烘房的湿度为15%；

S4、造型：先将砂箱底部铺上一层高度为300~350 mm的干型砂，振实后将泡沫模样连通用于浇注的浇注道泡沫模样放入砂箱中，然后加入高度为100~150mm的干型砂，刮平，同时筋板阴角处手动填砂后振实；再加入高度为100~150 mm的干型砂，刮平，筋板阴角处手动填砂后振实；然后加入高度为100~150 mm的干型砂，刮平，筋板阴角处手动填砂后振实；再加干型砂并控制加干型砂后的高度在浇口下端50 mm，刮平振实，在砂箱表面盖塑料薄膜进行密封处理，然后加入高度≥50 mm的干型砂，刮平，并浇口杯处放铁圈并用水玻璃砂进行充填并固化；

S5、浇注：在负压状态下，将钢液由浇注道浇注到砂型中，直到完成浇注；

S6、冷却清理：利用翻箱倾倒装置，从砂箱中倒出砂和炉排片铸件，对炉排片铸件进行落砂清理，并将分离出来的干型砂处理后重复使用。

进一步地，步骤S1中，所述泡沫珠粒为采用可发性聚苯乙烯制作的泡沫珠粒，其最大珠粒的直径为待铸造的炉排片铸件的最小壁厚的1/8～1/10，具体预发泡时，每次加料1kg，采用间歇式蒸汽预发泡机，预发泡温度为100~150 ℃，预发泡时间为30~45 s，蒸汽压力为0.10~0.12 MPa，预发泡密度控制在16~24 g/L。

进一步地，步骤S2中，泡沫模样干燥24小时后随机抽取10件为1组进行称量记录，再进入烘房烘烤干燥，4小时后再进行称重，如重量无变化可判定已烘干可出库，否则继续烘烤以4小时，直至相邻两次重量无变化。

进一步地，泡沫模样弧形面变形≤1 mm。

进一步地，涂覆液由粉质和水混合而成，所述粉质由氧化铝、锆英粉、二氧化硅和复合粘结剂组成，具体采用浸涂方式进行涂覆，具体方法如下：第一次浸涂，涂覆液波美度为55~65°Bé，双手斜压泡沫模样入涂槽内，缓慢浸入赶出气泡，双手端紧，翻转180°晃动，慢脱出，放入架上滴淌，涂层厚度一般为0.4～0.6 mm；挂涂件烘烤摆放侧面朝下，烘烤温度50～60℃，时间＞12小时；第二次浸涂，涂覆液波美度为60-65°Bé，采用同样方法进行浸涂，保证厚度1.5～2 mm，浸涂件摆放与第一次浸涂方向相反；烘烤温度50～60℃，时间＞20小时。

进一步地，还包括补涂，采用波美度≥65 °Bé的涂覆液以对泡沫模样的易粘砂部位进行补涂，以保证涂层全面均匀。

进一步地，步骤S4中，第一次振实时，振幅为55 HZ，第二次和第三次振实时，振幅为35 HZ，第四次和第五次振实时，振幅为30 HZ。

进一步地，步骤S5中，钢液出炉温度为1600~1650 ℃，浇注温度为1570~1600 ℃，浇注时间≤40 s，浇注负压为0.05~0.07 MPa，持压时间为5 min。

进一步地，步骤S1中，发泡模具的型腔的表面粗糙度小于Ra 6.3 um，发泡模样脱模前需将发泡模具冷却到40~50℃；发泡模具排气孔的面积为型腔总面积的1%~2%。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过在模具设计时，金属模具上设计反变形余量，反变形量设计范围在2-3%，白模生产时自动具有反变形余量，过多则影响后续产品尺寸，过少达不到反变形要求。白模挂涂定型时采用专用定位烘烤架保持绝对平整，控制大面变形。阴角增强挂涂厚度，挂涂厚度是正常部位的1.5倍，同时在装箱振动频率进行调整，振动频率55HZ，相对类似产品延长5~8秒振动时间，确保装箱后阴角的紧实度达到要求，从而使得铸件整体大面不会出现扭曲变形，内腔阴角无塌模粘砂现象，其弧形面表面质量好，无息肉和气塞印记。

2、本发明通过白模挂涂后装入砂箱前，将产品浇注系统设计成阶梯组型方式。对厚大部位采用明冒口补缩以增加补缩能力。产品挂涂阶段使用自制专用高强透气涂料。由于高铬钢液流动性差，冶炼浇注时，浇注温度提高浇注20~50℃，保钢液充型良好等措施有效解决了复杂薄壁弧形铸件因各部分壁厚尺寸大小不均匀，厚壁部位容易出现缩孔、缩松等铸造缺陷的问题，以及解决了复杂薄壁弧形炉排片部分较薄，尺寸介于3~10mm时，合金流动性较差的情况下容易出现冷隔、浇注不足的问题。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

一种垃圾焚烧用复杂薄壁弧形炉排片的消失模铸造工艺，具体包括以下步骤：

S1、制作泡沫模样：将最大珠粒直径小于待铸造的炉排片铸件的最小壁厚的泡沫珠粒进行预发泡，然后将预发泡后的泡沫珠粒在熟化仓中熟化，再用料枪将熟化后的泡沫珠粒填充到发泡模具的型腔内，发泡模具的型腔与待铸造的炉排片铸件形状一致，通过过热蒸汽将泡沫珠粒加热进行二次发泡，再经冷却脱模形成泡沫模样；

S2、泡沫模样的干燥与稳定化：将步骤S1的泡沫模样置于烘房进行烘烤干燥，干燥温度为45~50 ℃，干燥后的泡沫模样水分含量低于1%；

S3、泡沫模样的涂覆及烘干：在泡沫模样表面涂覆一层涂覆液，然后在50~60 ℃下烘干，烘房的湿度为15%；

S4、造型：先将砂箱底部铺上一层高度为300~350 mm的干型砂，振实后将泡沫模样连通用于浇注的浇注道泡沫模样放入砂箱中，然后加入高度为100~150mm的干型砂，刮平，同时筋板阴角处手动填砂后振实；再加入高度为100~150 mm的干型砂，刮平，筋板阴角处手动填砂后振实；然后加入高度为100~150 mm的干型砂，刮平，筋板阴角处手动填砂后振实；再加干型砂并控制加干型砂后的高度在浇口下端50 mm，刮平振实，在砂箱表面盖塑料薄膜进行密封处理，然后加入高度≥50 mm的干型砂，刮平，并浇口杯处放铁圈并用水玻璃砂进行充填并固化；

S5、浇注：在负压状态下，将钢液由浇注道浇注到砂型中，直到完成浇注；

S6、冷却清理：利用翻箱倾倒装置，从砂箱中倒出砂和炉排片铸件，对炉排片铸件进行落砂清理，并将分离出来的干型砂处理后重复使用。

这样，采用这样的成型工艺，并使干燥后的泡沫模样水分含量低于1%，以保证发泡成型过程中带入的多与水分被充分排除以提高其抗裂性能。在干燥期间，干燥室的温度控制在45~50℃之间，这样不仅能达到在常温下自然熟化2~3天的效果，还能进一步保证白模的尺寸精度，充分补偿由于前期水分和发泡剂的蒸发所引起的应力松弛从而对白模出型后的尺寸造成的不良影响。同时，控制烘房湿度为15%，如果湿度过高，泡沫模样内部水份不能及时挥发，影响泡沫模样烘烤时间。如果湿度过低，泡沫模样表面迅速干燥，但内部水份不能充分挥发，造成内部水份过多，有烘干假象，后续浇注产品时水份易形成气孔，造成产品缺陷。按上述造型工艺，能确保确保了泡沫模样在砂箱内部定型稳定，距离砂箱内部距离布局合理，产品各个面排气均匀，产品成材率较高，质量较好。如此，使白模烘烤干燥度最佳，烘烤变形量较小易控制，白模低温慢干方式能让白模心部也能干燥，达到内外干燥度一直，确保浇注时无任何水汽产生，无返喷，产品无气孔等缺陷。

具体实施时，步骤S1中，所述泡沫珠粒为采用可发性聚苯乙烯（EPS）制作的泡沫珠粒，其最大珠粒的直径为待铸造的炉排片铸件的最小壁厚的1/8～1/10，具体预发泡时，每次加料1 kg，采用间歇式蒸汽预发泡机，预发泡温度为100~150 ℃，预发泡时间为30~45 s，蒸汽压力为0.10~0.12MPa，预发泡密度控制在16~24 g/L。

这样，每次加料1kg，可以在保证预发效率的同时，使各泡沫珠粒能充分与过热蒸汽接触实现充分预发泡，防止由于一次性加料过多所造成的部分珠粒欠预发的不良现象。预发泡温度控制在100～150℃，可以达到加快预发泡速度和避免泡沫珠粒过度预发、结块等缺陷的目的。将预发泡时间控制在30～45s，蒸汽压力控制在0.01～0.12MPa，可以避免过高的夹套蒸气压和过长的预发泡时间所造成的过度预发以及发泡剂损失过多的现象，以保证后续发泡成型的质量。预发泡密度控制在16~24g/L，可以防止珠粒表面凹凸不平或由于珠壁被发泡剂冲破而造成的不规律收缩和瘪塌现象，以保证白模的表面光洁度提高其表面质量。

具体实施时，步骤S2中，泡沫模样干燥24小时后随机抽取10件为1组进行称量记录，再进入烘房烘烤干燥，4小时后再进行称重，如重量无变化可判定已烘干可出库，否则继续烘烤以4小时，直至相邻两次重量无变化。

因泡沫模样烘烤后，水汽含量比例较低，且不易检测，这里采用重量对比法，能够快速估测泡沫模样水份含量的水质，方便易操作。

具体实施时，泡沫模样弧形面变形≤1 mm。

这里对泡沫模样弧形面变形进行控制，能保证产品精度，同时能有效减少加工余量，甚至不用加工，从而能有效节约成本。

具体实施时，步骤S3中，涂覆液由粉质和水混合而成，所述粉质由氧化铝、锆英粉、二氧化硅和复合粘结剂组成，具体采用浸涂方式进行涂覆，具体方法如下：第一次浸涂，涂覆液波美度为55~65°Bé，双手斜压泡沫模样入涂槽内，缓慢浸入赶出气泡，双手端紧，翻转180°晃动，慢脱出，放入架上滴淌，涂层厚度一般为0.4～0.6 mm；挂涂件烘烤摆放侧面朝下，烘烤温度50～60℃，时间＞12小时；第二次浸涂，涂覆液波美度为60-65°Bé，采用同样方法进行浸涂，保证厚度1.5～2 mm，浸涂件摆放与第一次浸涂方向相反；烘烤温度50～60℃，时间＞20小时。同时根据两次厚度情况，可以采用补涂，补涂时采用的涂覆液的波美度为65°Bé以上进行局部均匀涂刷，特别是尖棱角和内腔阴角处等易粘砂部位，以保证涂层全面均匀。

第一次浸涂厚度为0.4~0.6 mm，能避免在泡沫模样表面形成气泡等缺陷，第二次浸涂厚度为1.5~2 mm，能增加泡沫模样表面形成壳的厚度，增强泡沫模样的整体强度。

具体实施时，步骤S4中，第一次振实时，振幅为55 HZ，第二次和第三次振实时，振幅为35 HZ，第四次和第五次振实时，振幅为30 HZ。

本实施例中，在装箱过程中，先加入300~350 mm厚的底砂，刮平振实，振幅为55HZ，振实15 s；然后摆放组型件，每组间距≥100 mm；再加入100~150 mm厚的砂，刮平，筋板阴角处手动填砂后振实，振幅35 HZ，振实35 s；然后加入100~150 mm厚的砂，刮平，筋板阴角处手动填砂后振实，振幅35 HZ，振实35 s；再加入100~150 mm厚的砂，刮平，筋板阴角处手动填砂后振实，振幅30 HZ，振实35 s；然后加砂控制在浇口下端50 mm左右，刮平振实，振幅30HZ，振实35 s，盖塑料薄膜2层，再加面砂≥50 mm厚，刮平；最后在浇口杯处放铁圈并用水玻璃砂进行充填并固化。

具体实施时，步骤S5中，钢液出炉温度为1600~1650℃，浇注温度为1570~1600 ℃，浇注时间≤40 s，浇注负压为0.05~0.07 MPa，持压时间为5 min，浇注8小时后落砂。

这样，钢液出炉温度为1600~1650℃，浇注温度为1570~1600℃，浇注时间≤40 s，可以补偿由于白模汽化所造成的热损失，提高液态金属的充型性能，防止铸件产生冷隔、浇注不足以及夹渣、皱皮等铸造缺陷。浇注时保持负压0.05~0.07MPa，保压时间为5 min，可以保证型砂间隙中的空气、白模于高温金属液的热作用下迅速分解气化产生的大量气体以及浇注瞬间由直浇道引入的气体能够被及时并充分地被排出成型系统。

具体实施时，步骤S1中，发泡模具的型腔的表面粗糙度小于Ra 6.3 um，发泡模样脱模前需将发泡模具冷却到40~50℃；发泡模具排气孔的面积为型腔总面积的1%~2%。

这样，较小的表面粗糙度可以保证最终成型出来的铸件表面质量达到图样要求的精度范围；脱模前将模具冷却到40~50 ℃，可以在抑制白模第三次膨胀的同时确保白模温度达到发泡材料的软化点以下，实现硬化定型，保证其形状以及尺寸精度。发泡模具排气孔的面积为型腔总面积的1%~2%，可以使模样紧实且实现均匀受热和均匀冷却。

最后需要说明的是，本发明的上述实施例仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。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他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种垃圾焚烧用复杂薄壁弧形炉排片的消失模铸造工艺，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、制作泡沫模样：将最大珠粒直径小于待铸造的炉排片铸件的最小壁厚的泡沫珠粒进行预发泡，然后将预发泡后的泡沫珠粒在熟化仓中熟化，再用料枪将熟化后的泡沫珠粒填充到发泡模具的型腔内，发泡模具的型腔与待铸造的炉排片铸件形状一致，通过过热蒸汽将泡沫珠粒加热进行二次发泡，再经冷却脱模形成泡沫模样；

S2、泡沫模样的干燥与稳定化：将步骤S1的泡沫模样置于烘房进行烘烤干燥，干燥温度为45~50 ℃，干燥后的泡沫模样水分含量低于1%；

S3、泡沫模样的涂覆及烘干：在泡沫模样表面涂覆一层涂覆液，然后在50~60 ℃下烘干，烘房的湿度为15%；

S4、造型：先将砂箱底部铺上一层高度为300~350 mm的干型砂，振实后将泡沫模样连通用于浇注的浇注道泡沫模样放入砂箱中，然后加入高度为100~150 mm的干型砂，刮平，同时筋板阴角处手动填砂后振实；再加入高度为100~150 mm的干型砂，刮平，筋板阴角处手动填砂后振实；然后加入高度为100~150 mm的干型砂，刮平，筋板阴角处手动填砂后振实；再加干型砂并控制加干型砂后的高度在浇口下端50 mm，刮平振实，在砂箱表面盖塑料薄膜进行密封处理，然后加入高度≥50 mm的干型砂，刮平，并浇口杯处放铁圈并用水玻璃砂进行充填并固化；

S5、浇注：在负压状态下，将钢液由浇注道浇注到砂型中，直到完成浇注；

S6、冷却清理：利用翻箱倾倒装置，从砂箱中倒出砂和炉排片铸件，对炉排片铸件进行落砂清理，并将分离出来的干型砂处理后重复使用。

2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧用复杂薄壁弧形炉排片的消失模铸造工艺，其特征在于，步骤S1中，所述泡沫珠粒为采用可发性聚苯乙烯制作的泡沫珠粒，其最大珠粒的直径为待铸造的炉排片铸件的最小壁厚的1/8～1/10，具体预发泡时，每次加料1 kg，采用间歇式蒸汽预发泡机，预发泡温度为100~150 ℃，预发泡时间为30~45 s，蒸汽压力为0.10~0.12 MPa，预发泡密度控制在16~24 g/L。

3.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧用复杂薄壁弧形炉排片的消失模铸造工艺，其特征在于，步骤S2中，泡沫模样干燥24小时后随机抽取10件为1组进行称量记录，再进入烘房烘烤干燥，4小时后再进行称重，如重量无变化可判定已烘干可出库，否则继续烘烤以4小时，直至相邻两次重量无变化。

4.根据权利要求1或3所述的一种垃圾焚烧用复杂薄壁弧形炉排片的消失模铸造工艺，其特征在于，泡沫模样弧形面变形≤1 mm。

5.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧用复杂薄壁弧形炉排片的消失模铸造工艺，其特征在于，涂覆液由粉质和水混合而成，所述粉质由氧化铝、锆英粉、二氧化硅和复合粘结剂组成，具体采用浸涂方式进行涂覆，具体方法如下：第一次浸涂，涂覆液波美度为55~65°Bé，双手斜压泡沫模样入涂槽内，缓慢浸入赶出气泡，双手端紧，翻转180°晃动，慢脱出，放入架上滴淌，涂层厚度一般为0.4～0.6 mm；挂涂件烘烤摆放侧面朝下，烘烤温度50～60℃，时间＞12小时；第二次浸涂，涂覆液波美度为60-65°Bé，采用同样方法进行浸涂，保证厚度1.5～2 mm，浸涂件摆放与第一次浸涂方向相反；烘烤温度50～60℃，时间＞20小时。

6.根据权利要求5所述的一种垃圾焚烧用复杂薄壁弧形炉排片的消失模铸造工艺，其特征在于，还包括补涂，采用波美度≥65 °Bé的涂覆液以对泡沫模样的易粘砂部位进行补涂，以保证涂层全面均匀。

7.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧用复杂薄壁弧形炉排片的消失模铸造工艺，其特征在于，步骤S4中，第一次振实时，振幅为55 HZ，第二次和第三次振实时，振幅为35 HZ，第四次和第五次振实时，振幅为30 HZ。

8.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧用复杂薄壁弧形炉排片的消失模铸造工艺，其特征在于，步骤S5中，钢液出炉温度为1600~1650 ℃，浇注温度为1570~1600 ℃，浇注时间≤40 s，浇注负压为0.05~0.07 MPa，持压时间为5 min。

9.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧用复杂薄壁弧形炉排片的消失模铸造工艺，其特征在于，步骤S1中，发泡模具的型腔的表面粗糙度小于Ra 6.3 um，发泡模样脱模前需将发泡模具冷却到40~50 ℃；发泡模具排气孔的面积为型腔总面积的1%~2%。