專利名稱：大長度球墨鑄鐵空心型材的連續(xù)鑄造方法及局部連續(xù)加熱后彎曲成弧形的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大長度球墨鑄鐵空心型材的連續(xù)鑄造方法及局部加 熱彎曲成弧形的方法
背景技術(shù)：
球墨鑄鐵彎管的砂鑄生產(chǎn)已有50余年歷史，它的局限性在于1、鑄 態(tài)組織中夾渣、夾砂、氣孔、縮松缺陷多，故機(jī)械力學(xué)性能低下，只能作 為普通的輸水、輸氣的管道連接件使用，不可用來制造其他零件；2、受沙 箱體積尺寸的限制，彎管弧長的長度有限， 一般在1.5米以下，大于2米 的很少。
然而在工業(yè)生產(chǎn)中的有些場合，需要高致密、高性能、大長度的球墨 鑄鐵弧形彎管。例如，電解鋁工業(yè)為了節(jié)能降耗，設(shè)備容量越來越大型化， 120KA以下的電解鋁槽已經(jīng)在淘汰之列，150直到350KA的電解鋁槽將成 為主導(dǎo)設(shè)備。電解槽大型化要求真空抬包的大型化，從而要求吸鋁管加粗 加長。200KA以上的電解鋁槽配置的吸鋁管，弧長4-6米。理論分析和實 踐結(jié)果都表明，用球墨鑄鐵弧形彎管代替鋼管制作的吸鋁管，避免了管材 與高溫鋁液間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，使用壽命將延長幾倍。但是，大長度的弧 形鑄管卻很難生產(chǎn)，事實上，即使2-3米長的吸鋁管，傳統(tǒng)上也是用1米 左右長度的砂鑄管節(jié)拼接而成。拼接處發(fā)生的縫隙腐蝕往往是吸鋁管首先 報廢的原因，此外，砂鑄件中大量存在的夾渣、夾砂、氣孔和縮松缺陷， 也是鋁液對管材腐蝕破壞的萌生源。
連續(xù)鑄造的鑄鐵空心型材，成形時比重大的鐵水與比重小的浮渣、砂 子和氣體雙向分離，液柱心部的鐵水又持續(xù)不斷地補(bǔ)縮著冷凝管殼的體積 收縮，這就從凝固成形原理上杜絕了夾渣、夾砂、氣孔與縮松的產(chǎn)生，得 到了極其致密的鑄態(tài)組織。對于長度4-6米的弧形鑄管，砂鑄很難作出，離心鑄造又無法生產(chǎn)。連續(xù)鑄造能輕而易舉的解決長度問題，但如何彎曲 成形卻比較困難，因為對塑性極低的鑄鐵管材來說，幾乎不可能進(jìn)行彎曲 變形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供大長度球墨鑄鐵空心型材的連續(xù)鑄造方法及局部 連續(xù)加熱后彎曲成弧形的制作方法，它一是提供一種高致密、高塑性、大 長度的球墨鑄鐵空心型材，二是解決球墨鑄鐵管進(jìn)行熱塑性彎曲變形的難 題，從而突破鑄鐵材料熱塑性變形的禁區(qū)。 本發(fā)明的目的是這樣來實現(xiàn)的
一種高致密、零缺陷的大長度球墨鑄鐵空心型材，由C、 Si、 Mn、 S、 P、 Fe組成:其特征在于其重量(%)比是C: 3.4-3.6， Si: 2.8-3.2， Mn: 0.40-0.60， S《0.1， P《0.1， Fe:余量。
所述的大長度球墨鑄鐵空心型材的連續(xù)鑄造方法，是通過以下步驟實現(xiàn)
的
采用感應(yīng)電爐熔煉的方式熔煉工藝包括
用快速熱分析儀測量控制原鐵水的碳、硅含量(重量百分比)C: 3.4-3.6%, Si: 2.2-2.6%;
鐵水熔煉溫度1450-150(TC;
堤壩式球化法，球化劑用量1. 0-1. 5%，球化劑持續(xù)時間10-12分鐘； 孕育劑隨流加入保溫爐內(nèi)，每隔三分鐘加一次，孕育劑用量0. 4-0. 8%,孕 育劑粒度《12mm，孕育持續(xù)時間8-10分鐘；
將鐵水澆入特制的保溫爐內(nèi)，在垂直上引牽引機(jī)構(gòu)的操作下進(jìn)行連續(xù) 鑄造拉拔，拉拔過程中通過調(diào)整進(jìn)出結(jié)晶器的冷卻水的流量、壓力和出水 溫度，以及拉拔時間和停止時間的比例與拉拔步長，來控制型材管壁厚度。
所述的大長度球墨鑄鐵空心型材局部連續(xù)加熱后彎曲成弧形的制作方 法，是在中頻透熱彎管機(jī)上通過以下步驟實現(xiàn)的
將熱彎機(jī)的管頭夾持臂調(diào)至所需長度，此長度是彎管的曲率半徑，應(yīng) 等于或大于管材外徑的IO倍以上；
將截好長度的球墨鑄鐵空心型材放置在彎管機(jī)架上，頭部套裝感應(yīng)圈，感應(yīng)圈連接在中頻變壓器上；
用彎管夾持器夾緊空心管的頭部，用推力夾持座夾緊空心管的尾端； 啟動中頻電源，感應(yīng)圈對所包圍區(qū)段的空心管進(jìn)行加熱，待溫度達(dá)到 850-90(TC時，啟動電機(jī)，帶動減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動推力夾持座緩慢運(yùn)動，運(yùn)動速 度快慢以空心管被加熱區(qū)段上的溫度保持恒定(卯(TC左右)為準(zhǔn)；
當(dāng)空心管被推動時，頭部在彎管夾持器、夾持臂和旋轉(zhuǎn)中心座的強(qiáng)制 牽引下，沿圓弧線前進(jìn)，由此產(chǎn)生力矩，此力矩使得被加熱至高溫的空心 管區(qū)段發(fā)生熱塑性變形。感應(yīng)圈上斜噴出的圓形水簾對已經(jīng)塑性變形的空 心管進(jìn)行冷卻；
得到所需弧長的彎管后，先停止推力電機(jī)，后停止中頻加熱電源。 本發(fā)明把鑄鐵空心型材連續(xù)鑄造技術(shù)與中頻煨制彎管技術(shù)結(jié)合起來，
生產(chǎn)出大長度(>2米)的細(xì)直徑(《300ram)鑄鐵弧形管，突破了多年來
形成的"鑄鐵管無法進(jìn)行熱塑性變形"的認(rèn)識，解決了離心鑄造無法生產(chǎn)、
砂型鑄造難以生產(chǎn)的技術(shù)難題，為市場提供一類新型產(chǎn)品。這種高致密零
缺陷的空心型材，可以應(yīng)用在大型和超大型的機(jī)械裝備上，例如冶金吸鑄
設(shè)備的弧形管件。由于具備耐腐蝕性能，使用壽命可以成倍提高。
四

附圖1為本發(fā)明在中頻透熱彎管機(jī)上實現(xiàn)熱彎曲變形步驟圖。 其中:—推力夾持座2——空心型材3——固定導(dǎo)向器 4——中頻變壓器5-—感應(yīng)圈6--彎管夾持器7--夾持臂 8—--旋轉(zhuǎn)中心座
五具體實施例方式
本發(fā)明的具體實現(xiàn)方式 1、用生鐵(70%)、廢鋼(15%)、回爐料(15%)熔煉、配制適合于連續(xù)
鑄造工藝的特殊^分的鐵水。材料最終的成分比例如下C: 3.4-3.6， Si: 2.8-3.2, Mn: 0.40-0.60， S《0.1， P《0.1， Fe:余量。其中原鐵水的硅含 量2.2-2.6%，剩余部分靠隨流孕育補(bǔ)充。 2、鐵水感應(yīng)熔煉溫度1450-1500"。3、 1.3%左右的球化劑放入堤壩式鐵水包底部，用球鐵屑覆蓋、搗實。
4、 將熔煉好的鐵水澆入鐵水包，進(jìn)行球化反應(yīng)。
5、 將鐵水包內(nèi)的鐵水澆入特制的連鑄保溫爐內(nèi)，其爐體結(jié)構(gòu)和連鑄拉 拔方法。
6、 拉制出》4000mm、壁厚合適的空心管材(2)后，基體組織為99% 的鐵素體后，根據(jù)弧形管零件尺寸截取長度。
7、 在中頻透熱彎管機(jī)上通過以下步驟實現(xiàn)熱彎曲變形 將熱彎機(jī)的管頭夾持臂(7)調(diào)至所需長度，此長度即是彎管的曲率半
徑，應(yīng)等于或大于管材外徑的10倍以上。
將球墨鑄鐵空心型材(2)放置在彎管機(jī)架上，頭部套裝感應(yīng)圈(5)， 感應(yīng)圈柄部連接在中頻變壓器(4)上。 ，
用彎管夾持器(6)夾緊空心管的頭部，用推力夾持座(1)夾緊空心 管的尾端。
啟動中頻電源，感應(yīng)圈對所包圍區(qū)段的空心管進(jìn)行加熱，待溫度達(dá)到 850-卯(TC時，啟動電機(jī)，帶動減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動推力夾持座緩慢運(yùn)動，運(yùn)動速 度快慢以空心管被加熱區(qū)段上的溫度保持恒定(90(TC左右)為準(zhǔn)。
當(dāng)空心管被推動時，頭部在彎管夾持器(6)、夾持臂(7)和旋轉(zhuǎn)中心 座(8)的強(qiáng)制牽引下，沿圓弧線前進(jìn)，由此產(chǎn)生力矩，此力矩使得被加熱 至高溫的空心管區(qū)段發(fā)生熱塑性變形。感應(yīng)圈(5)上斜噴出的圓形水簾對 已經(jīng)塑性變形的空心管進(jìn)行冷卻。
得到所需弧長的彎管后，先停止推力電機(jī)，后停止中頻加熱電源。
權(quán)利要求
1、一種高致密、零缺陷的大長度球墨鑄鐵空心型材，由C、Si、Mn、S、P、Fe組成其特征在于其重量(％)比是C3.4-3.6，Si2.8-3.2，Mn0.40-0.60，S≤0.1，P≤0.1，F(xiàn)e余量。
2、如權(quán)利要求1所述的大長度球墨鑄鐵空心型材的連續(xù)鑄造方法，是 通過以下步驟實現(xiàn)的采用感應(yīng)電爐熔煉的方式熔煉工藝包括用快速熱分析儀測量控制原鐵水的碳、硅含量(重量百分比)C:3.4-3.6%, Si: 2.2-2.60/0;鐵水熔煉溫度1450-150(TC;堤壩式球化法，球化劑用量1. 0-1. 5%，球化劑持續(xù)時間10-12分鐘； 孕育劑隨流加入保溫爐內(nèi)，每隔三分鐘加一次，孕育劑用量0.4-0. 8%，孕 育劑粒度《12mm，孕育持續(xù)時間8-IO分鐘；將鐵水澆入特制的保溫爐內(nèi)，在垂直上引牽引機(jī)構(gòu)的操作下進(jìn)行連續(xù) 鑄造拉拔，拉拔過程中通過調(diào)整進(jìn)出結(jié)晶器的冷卻水的流量、壓力和出水 溫度，以及拉拔時間和停止時間的比例與拉拔步長，來控制型材管壁厚度。
3、如權(quán)利要求1所述的大長度球墨鑄鐵空心型材局部連續(xù)加熱后彎曲 成弧形的制作方法，是在中頻透熱彎管機(jī)上通過以下步驟實現(xiàn)的將熱彎機(jī)的管頭夾持臂調(diào)至所需長度，此長度是彎管的曲率半徑，應(yīng) 等于或大于管材外徑的10倍以上；將截好長度的球墨鑄鐵空心型材放置在彎管機(jī)架上，頭部套裝感應(yīng)圈， 感應(yīng)圈連接在中頻變壓器上；用彎管夾持器夾緊空心管的頭部，用推力夾持座夾緊空心管的尾端；啟動中頻電源，感應(yīng)圈對所包圍區(qū)段的空心管進(jìn)行加熱，待溫度達(dá)到 850-900。C時，啟動電機(jī)，帶動減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動推力夾持座緩慢運(yùn)動，運(yùn)動速 度快慢以空心管被加熱區(qū)段上的溫度保持恒定(90(TC左右)為準(zhǔn)；當(dāng)空心管被推動時，頭部在彎管夾持器、夾持臂和旋轉(zhuǎn)中心座的強(qiáng)制 牽引下，沿圓弧線前進(jìn)，由此產(chǎn)生力矩，此力矩使得被加熱至高溫的空心 管區(qū)段發(fā)生熱塑性變形。感應(yīng)圈上斜噴出的圓形水簾對己經(jīng)塑性變形的空心管進(jìn)行冷卻；'得到所需弧長的彎管后，先停止推力電機(jī)，后停止中頻加熱電源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大長度球墨鑄鐵空心型材的連續(xù)鑄造方法及局部連續(xù)加熱后彎曲成弧形的制作方法。材料成分由C、Si、Mn、S、P、Fe組成，其重量(％)比是C3.4-3.6，Si2.8-3.2，Mn0.40-0.60，S≤0.1，P≤0.1，F(xiàn)e余量，鐵水經(jīng)由復(fù)合物理場約束成形連續(xù)鑄造而成為空心型材。由于保溫爐內(nèi)鐵水與浮渣、砂子和氣體雙向分離，徹底消除了夾渣、夾砂與氣孔缺陷；結(jié)晶器內(nèi)液柱心部對冷凝管殼進(jìn)行持續(xù)不斷的補(bǔ)縮，消除了管壁內(nèi)部縮松的可能性，從而得到了高致密的(鐵素體基體+圓整球狀石墨)的鑄態(tài)組織，剔除了隨后將進(jìn)行的熱塑性變形中的裂紋萌生源；結(jié)晶器內(nèi)強(qiáng)烈的冷卻速度，使得共晶團(tuán)的體積只有傳統(tǒng)砂鑄的1/15-1/25，石墨球密度達(dá)到500個/mm²左右，塑性變形中微觀滑移取向增加，韌性增強(qiáng)，使得鑄鐵空心型材可經(jīng)過中頻感應(yīng)煨制方法彎曲成弧形。
文檔編號C22C37/10GK101638748SQ20091002364
公開日2010年2月3日 申請日期2009年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月15日
發(fā)明者晹 許 申請人:陜西同心連鑄管業(yè)科技有限公司