CN88101692A - 金属球连续铸造工艺及铸型 - Google Patents

Abstract

本发明为一种金属球连续铸造工艺及铸型，通过不同类型的铸型串叠组合及其运动而实现金属球的连续浇注。浇注过程中，后继铸球作为先行铸球的补缩冒口，省去了额外的浇注系统和冒口，从而获得很高的工艺出品率，可达95％以上。由于是连续浇铸且工艺条件稳定，因而生产率高，铸球的组织均匀，并可利用余热进行正火或淬火，省去了热处理工序，改善了劳动强度和劳动条件。

Description

本发明涉及的是特种铸造工艺中金属球的铸造工艺及铸型，特别是金属球的连续铸造工艺及铸型。

当前金属球的铸造方法为砂型铸造或金属型铸造。由于球形铸件的比表面积小，散热慢，在铸造过程中补缩困难，所需的补缩系统较大，因而工艺出品率（即铸件重量占铁水总重量的百分数）较低。对于φ100毫米的铸球，砂型铸造的工艺出品率低于65%。小球的工艺出品率则更低。金属型铸球具有尺寸精度高，组织细化，劳动生产率高等优点，近年来正在普及。

现有的金属型铸球工艺可归纳为以下三类：

1.垂直分型，一型多铸。由于每一型可铸出多个球，生产效率高。采用串铸方式，工艺出品率可达75%。

2.水平分型，一型多铸。为了开型取球及补缩的方便，上型的浇口部位一般需放置砂套或其他类型的保温套，有时设置保温冒口。加保温冒口有利于避免缩孔及缩松，且能提高工艺出品率;但操作工序较多，劳动生产率一般低于上述垂直分型。

3.一型单铸，加保温浇口。其优点是能够有效地防止缩孔及缩松，操作较为简便。不足之处是劳动生产率低，不适宜铸造小球。

上述各种工艺由于均采用单型间断浇注，不可避免地要采用浇冒系统，从而限制了铸球的工艺出品率，一般低于75%。

在特种铸造领域内，连续铸造技术虽然已被用来制造管件和棒件等易于从固定的结晶器或铸型中抽动的铸件，但仍未被用于铸球，这是因为铸球不易从固定的模具中取出，且不易保持连续性。

球形铸件的连续铸造在国内外文献中尚无报道。最近检索了Derwent公司所收集的，从1963年至1987年关于各种球的制造方法及设备方面的专利文献，也未发现。

本发明的目的在于提供一种连续的铸球工艺及铸型它不仅提高铸球的工艺出品率，降低能源和原材料的消耗;而且提高铸球的内在质量，并且可以利用余热进行热处理;同时提高劳动生产率，降低劳动强度，改善生产条件。

本发明铸球工艺为连续浇注过程，在连续浇注过程中，将若干副铸型串叠组合，其可作垂直向下运动，也可在垂直平面内做圆周运动，按照合型浇注工位，冷却凝固工段，开型工位，铸球推出工位，冷却清整工位，铸型进入合型浇注预备工段等如此循环，便可实现连续浇注。浇注过程中，浇注通道起补缩通道即冒口颈的作用，补缩铸球所需的金属液由后继铸型提供。每副铸型内不同尺寸的球串铸，大球作为小球的补缩冒口，自小球至大球顺序凝固。

本发明设计的铸型由型腔，浇注通道，排气槽等构成;其可以有三种类型，第一种是每型有一个球坑，球坑的上下端分别与浇注通道相联，第二种类型是每型有大小多个球坑，大球坑的上下端分别与浇注通道相连，大球坑的两侧或一侧通过内浇道再串接依次渐小的球坑;第三种类型是每型设置专用浇注补缩通道，通道的两侧或一侧通过内浇道连接一个球坑也可再向外侧串接依次渐小的球坑。

下面结合附图对本发明进行详细描述

图1是第一种铸型主视图

图2是第一种铸型俯视图

图3是第一种铸型侧视图

图4是第二种铸型主视图

图5是第二种铸型俯视图

图6是第二种铸型侧视图

图7是第三种铸型主视图

图8是第三种铸型俯视图

图9是第三种铸型侧视图

图10是本发明连续铸造工艺流程主视示意图（铸型在垂直平面内作圆周运动）

图11是图10中G向局部和I向局部示意图

图12是图10中H向局部开型示意图

图13是图10中H向局部合型示意图

图14是本发明连续铸造工艺流程主视示意图（铸型向下垂直运动）

图15是图14的侧视示意图

图中，（1）是浇包，（2）是铸型，（3）是铸球，（4）是浇注通道亦即补缩通道，（5）是型腔即球坑，（5a）是小球坑，（6）是内浇道，（7）是排气槽，（8）是铸型分型面。连续铸球工艺所用的铸型及浇注系统可以有以下三种类型的单元组合而成。

1.如图1、图2、图3所示，每型一个球坑。每副铸型（2）由两个形状完全相同的半型组成，垂直分型。型腔为一个球坑（5），其上下端分别连接一柱状或其他形状的浇注通道（4）。在连续浇注过程中，每副铸型每个循环周期仅铸一个球。

2.如图4、图5、图6所示，每型有大小多个球坑。每副铸型（2）由两个形状完全相同的半型组成，垂直分型。型腔中部为浇注通道（4）及大球坑（5），两侧分别用内浇道（6）串接直径小于大球坑（5）的球坑（5a），在两侧球坑（5a）的外侧也可由内浇道再串接出直径更小的球坑。这样，在连续浇注过程中，每副铸型自中部向外侧大小球串铸，铸球自两侧小球至中间大球顺序凝固，中部大球作为两侧小球的补缩通道，大球自身的补缩金属液靠后继铸型内的铸球提供。这种铸型每次可铸出多个直径不同的球。这种铸型也可以仅在大球坑（5）的一侧设置小球坑（5a），另一侧不设置，如图10中所示的铸型（2）。

3.如图7、图8、图9所示，设置专用浇注补缩通道。每副铸型仍由两个形状完全相同的半型组成，垂直分型。浇注通道（4）为圆柱形或其他棱柱形，两侧或一侧通过内浇道（6）与球坑（5）相通，球坑（5）的外侧也可再设置直径较小的球坑。这种铸型中部的浇注通道（4）起浇道和补缩通道或冒口颈的作用，补缩的金属液仍由后继铸型中的铸球提供。这种铸型及浇注系统的工艺出品率略低于前两种类型，但由于不用冒口，工艺出品率仍可达到85%～90%，远高于一般的铸造工艺。

上述三种类型铸型及浇注系统中的柱状浇注通道（4）均沟通铸型（2）的上下端面，其断面尺寸较小，仅与现有铸造工艺中同等大小铸球的冒口颈的尺寸相当。内浇道（6）均沿铸型（2）的分型面（8）与浇注通道（4）和球坑（5和5a）相通。铸型（2）的分型面上开有水平方向的排气槽（7）。

连续铸球工艺可由上述浇注系统三种类型的铸型（2）按图10、图14所示的方式组合、运动来实现，它们可以是同一类型组合，也可以是三种类型交叉组合。每副铸型（2）由两个形状完全相同的半型组成，垂直分型。铸型可以垂直方式串叠组合，浇注时沿垂直方向运动;也可以组成圆环状，在垂直平面内作圆周运动，垂直于运动方向分型。铸型（2）的支承和驱动可由液压机构或其他机构完成。在整个浇注系统的工作过程中，整串铸型（2）的运动速度应和金属液的浇注速度相协调。

金属球连续铸造工艺流程如图10，图14所示，图中，A处为铸型（2）合型浇注工位，AC为铸型（2）串叠组合工段，B处为开型工位，C处为铸球（3）推出工位，CD段为铸型（2）冷却工段，DE为铸型清整工段，EA之间为铸型进入合型浇注预备阶段。

下面按照铸型沿垂直平面内做圆盘运动方式说明其连续铸球过程。

参见图10、图11、图12、图13、（1）是浇包，（2）是铸型，（3）是铸球，（9）是合型油缸，（10）是支承油缸，（11）是弹簧，（12）是铸球推出油缸，（13）是推球杆，（14）是驱动机构，（15）是辊道夹紧机构，（16）是铸型支承杆，（17）是主轴，（18）是开型卡手，（19）是开型油缸，（20）是开型凸块，（21）主导盘机构。铸型在轨道上呈辐射状均匀分布，通过支承杆（11）绞接在主导盘（21）上，主导盘由主轴（17）支承，并在驱动机构的作用下在垂直平面内做间歇式旋转，每次的转动量恰好使铸型移动一个铸型的厚度，或使金属型作连续旋转运动，各种动作全部采用液压驱动，或其它机械驱动。

在开始浇注之前，AC段铸型皆处于闭合状态。控制浇包（1）内铁水的高度，使金属液以恒定的速度浇入铸型（2），液流的断面直径约为铸型浇口直径的一半，不会出现漏铁水现象。待即将注满时，a处铸型迅速移至b处，同时新的一副铸型（2）闭合，占据已注满的原来铸型的位置。在换型过程中，浇注连续进行。每副铸型（2）内的铸球自小球向大球顺序凝固，而后一铸型的大球则可作为前一铸型的补缩冒口。如此连续进行，便使得所有的铸球都在运动中得到补缩，省去了其他浇冒系统，得到了接近于100%的工艺出品率。

图10中，AB之间为冷却凝固工段，至B处之前各铸球已完全凝固，温度降至900℃左右。此间铸型（2）在如图11中辊道夹紧机构（18）和如图13中辊道夹紧机构（18）的夹持下，保持紧闭合状态。

图10中，B处为开型工位。如图11中I向局部视图所示，在旋转过程中，支承杆（16）上的凸块（20）进入开型机构的卡手（18）内，被一组开型油缸（19）在相对圆周运动的垂直方向上拉开。如图12中所示，在弹簧（5）的作用下，铸型（2）保持开启状态，经图10中的C、D、E至A处闭合。

图10中C处为铸球推出工位。在铸球推出油缸（12）的作用下，脱型的铸球被杆（13）推出。

图10中CD之间为铸型（2）冷却工段，通过喷水使其温度降至300℃以下。

图10中DE之间为铸型（2）清整工段，必要时可喷刷涂料。

图1中EA之间为铸型（2）进入合型浇注预备状态。如此循环，便实现了连续铸球。

同样原理，铸型（2）也可在垂直方向上串叠组合，做垂直向下运动，见图14，图15，在铸球冷却，开型脱出后，做水平，提升，水平运动，形成一个工作循环。

上述铸型及浇注系统中各部分的尺寸，浇注速度、铸型运动速度、开型时间等具体工艺参数以及流程中自浇注工位到开型工位之间所串叠的铸型层数取决于金属液的种类、浇注温度、铸球的大小、热处理温度、铸型的材质等因素;铸型自开型工位到合型浇注工位进入下一工作循环所需的时间，以及在该段内所用的铸型数，取决于铸型冷却条件、开型温度、浇注的金属材质、铸型材质等因素。所用的铸型最好是金属型，也可以是砂型，或是铁模覆砂等。对于金属型，在与球坑连续的浇注通道上可喷刷涂料或其他保温材料，以利于延长该部分金属液的凝固时间。

本发明的铸球工艺出品率大大高于现有的砂型和金属型铸造，达95%以上，从而节约了大量能源和降低了原材料的消耗。例如仅铸造广泛用于矿山、水泥、发电等行业制粉的磨球一项，国内每年要消耗约50万吨，若采用连续铸球工艺，则每年可节约优质合金铁水20万吨以上。由于是连续浇注，生产率显著提高;且使于自动化或机械化操作。又由于连续浇铸工艺条件稳定，铸球的组织均匀一致，避免了因保温冒口而引起的局部组织粗化，从而提高了铸球的质量。还可以利用余热进行正火或淬火，省去了热处理工序。同时减轻了劳动强度，改善了劳动条件。

Claims (5)

1、一种金属球连续铸造工艺，在铸型内浇注金属液，其特征是

(1)浇注为连续过程，其工作循环包括有合型浇注，冷却凝固、开型、铸球推出，冷却清整，铸型进入合型浇注预备等工位。

(2)若干副铸型(2)串叠组合，可在垂直平面内作圆周运动，形成一个工作循环。

(3)若干副铸型串叠组合，可作垂直向下运动，在铸球冷却、开型脱出后，作水平、提升、水平运动，形成一个工作循环。

(4)补缩铸球所需的金属液由后继铸型提供。

2、按照权利要求1所述金属球连续铸造工艺，其特征是，每副铸型内不同尺寸的球串铸，大球作为小球的补缩冒口，自小球至大球顺序凝固。

3、一种金属球连续铸造所用铸型，由型腔，浇注通道（4）排气槽（7）等构成，可分为两个半型完全相同，其特征有三种类型;

（1）每型一个球坑其上下端分别与浇注通道相连。

（2）每型有大小多个球坑，大球坑的上下端分别与浇注通道相连，大球坑的两侧或一侧通过内浇道6再串接依次渐小的球坑。

（3）每型设置专用浇注、补缩通道，通道的两侧或一侧通过内浇道连接一个球坑，也可向外侧串接依次渐小的球坑。

4、按权利要求3所述铸型，其特征是，浇注通道沟通铸型的上下端面。

5、按权利要求3或4所述铸型，其特征是，浇注通道的断面尺寸与现有铸造工艺中同等大小铸球的冒口颈的尺寸相当。

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