專利名稱：空心管坯水冷鑄造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是關(guān)于一種空心管坯的鑄造裝置，尤其是一種空心管坯水冷鑄造裝置，涉及冶金制管、機(jī)械制造制環(huán)技術(shù)領(lǐng)域的坯料制備；特別涉及超大型空心管坯水冷鑄造的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要大型厚壁無(wú)縫鋼管、大型厚壁環(huán)件(重型機(jī)械軸承圈、風(fēng)電托圈、環(huán)形齒圈等)需求不斷增加，以往傳統(tǒng)工藝通常 制造工藝采用鑄造大型實(shí)心錠(坯)一通過(guò)沖孔一擴(kuò)孔一鍛軋來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品坯料的加工。近年來(lái)隨著技術(shù)及配套技術(shù)的不斷革新，特別是大規(guī)格及超大規(guī)格制管、環(huán)形制件出現(xiàn)了一種新的工藝方法空心鑄錠一空心鍛制一成品加工；該方法生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量高(鍛制后)、工序短(簡(jiǎn)化了沖孔、穿孔)，正在得到迅速推廣?，F(xiàn)有空心鑄造技術(shù)包括離心鑄造法、靜態(tài)砂芯鑄造法、空冷鋼套芯鑄造法以及空心管連續(xù)鑄造法。離心鑄造法，具有鑄件外層組織細(xì)密，工藝簡(jiǎn)便、鑄件收得率高等優(yōu)點(diǎn)，但其內(nèi)表面10 40mm范圍內(nèi)存在夾渣、縮孔、疏松層，因此鑄后必須在冷狀態(tài)下采用機(jī)械加工的辦法進(jìn)行處理，而且離心設(shè)備一次投資高。靜態(tài)砂芯鑄造法，投資小工藝簡(jiǎn)單，但鑄件冷卻時(shí)，外表面冷卻速度大大快于內(nèi)表面的冷卻速度，即鑄件的外部較內(nèi)部凝固得快，圖9為示意性地表示了采用靜態(tài)砂芯鑄造方法制造的鑄件凝固過(guò)程固相分?jǐn)?shù)變化CAE仿真結(jié)果，以a、b、c、d、e五個(gè)圖分別表示鑄件的不同階段，圖中，淺色區(qū)域表示未凝固區(qū)域Al，其外部的深色區(qū)域表示已凝固層BI。從圖中可以清楚地看到，采用該方法制造空心管鑄件時(shí)，外表面首先凝固，內(nèi)表面最后凝固，即圖9a為凝固開(kāi)始，圖9b為凝固初期，圖9c為凝固中期，圖9d為凝固后期，圖9e為結(jié)束(全部凝固)，通過(guò)各圖表示了金屬液(末凝固區(qū)域Al)及已凝固層BI的變化過(guò)程。如圖9c所示，在此階段空心管的內(nèi)表面仍未凝固(存在淺色的末凝固區(qū)域Al)，由圖9d至圖9e金屬液才全部凝固，即空心管的內(nèi)表面C、以及頂部區(qū)域D為最后凝固區(qū)。該方法的特點(diǎn)是凝固后期液芯較窄、且深，因此易出現(xiàn)補(bǔ)縮不暢，使鑄件內(nèi)表面組織相對(duì)機(jī)大，靠近砂芯的內(nèi)表面會(huì)存在一層在鍛制加熱過(guò)程中容易氧化難以去除的疏松層，對(duì)于使用條件稍苛刻的產(chǎn)品也需對(duì)內(nèi)表面先進(jìn)行一下處理。空冷鋼套芯鑄造法，是目前國(guó)內(nèi)外采用較多的方法，在短機(jī)的大型空心鋼錠制造中較為成熟，但對(duì)于細(xì)長(zhǎng)筒狀的鑄管坯制造，該方法很難避免筒狀鑄件中心出現(xiàn)疏松，如圖10所示為采用空冷鋼套芯鑄造方法制造的鑄件凝固過(guò)程固相分?jǐn)?shù)變化CAE仿真結(jié)果示意圖，以a、b、C、d、e五個(gè)圖分別表示鑄件的不同階段，圖中，淺色區(qū)域表示未凝固區(qū)域A2，其外部的深色區(qū)域表示已凝固層B2。即圖IOa為凝固開(kāi)始，圖IOb為凝固初期，圖IOc為凝固中期，圖IOd為凝固后期，圖IOe為結(jié)束(全部凝固)，通過(guò)各圖表示了金屬液(末凝固區(qū)域A2)及已凝固層B2的變化過(guò)程。從圖中可以清楚地看到，采用該空冷鋼套芯鑄造方法同樣存在上述靜態(tài)砂芯鑄造法的問(wèn)題，凝固后期液芯較窄、且深，因此易出現(xiàn)補(bǔ)縮不暢，嚴(yán)重時(shí)鑄件可能會(huì)出現(xiàn)二次縮孔，該方法在每次制造時(shí)需要制作一個(gè)直接與鋼液接觸的鋼板一起熔到鑄件中。空心管連續(xù)鑄造法，包括垂直型空心管連鑄法以及水平空心管連鑄法，其特點(diǎn)是采用一個(gè)水冷結(jié)晶器做外型，用一個(gè)石墨實(shí)心棒做芯子，通過(guò)連續(xù)拉拔鑄造實(shí)現(xiàn)空心管坯的制備，由于技術(shù)等原因目前該方法儀限于外圓直徑規(guī)格較小O500mm以下、而且壁厚較薄IOOmm以下的小型鑄管生產(chǎn)，其生產(chǎn)效率高、設(shè)備一次投資大。為尋找一種適合大規(guī)格(直徑> 1000 2000mm、壁厚> 300 600_、高度彡2000 6000mm)厚壁管還的制造方法,本實(shí)用新型人結(jié)合多年從事鑄造加工的經(jīng)驗(yàn),研制出本實(shí)用新型的空心管坯水冷鑄造裝置，通過(guò)采用上薄下厚變厚度金屬型，加上金屬型內(nèi)掛上厚下薄變厚度涂層，并借助水冷強(qiáng)制順序冷卻技術(shù)，通過(guò)控制水冷順序(由下而上逐漸推進(jìn))，達(dá)到改善順序凝固徹底消除縮孔、疏松細(xì)化組織的目的。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種空心管坯鑄造裝置，尤其是一種空心管坯水冷鑄造裝置，利用上薄下厚變厚度金屬型，并通過(guò)控制水冷順序(由下而上逐漸推進(jìn))，達(dá)到改善順序凝固徹底消除縮孔、疏松細(xì)化組織的目的。本實(shí)用新型提出的一種空心管坯水冷鑄造裝置，包括筒狀水冷外金屬型，設(shè)置在其內(nèi)的筒狀水冷內(nèi)金屬型，所述水冷內(nèi)、外金屬型之間形成環(huán)形的鑄件型腔；所述水冷外金屬型和水冷內(nèi)金屬型的頂部設(shè)有冒口鑄型；水冷底箱設(shè)置在所述水冷外金屬型和水冷內(nèi)金屬型下部，金屬液自澆口經(jīng)水冷底箱進(jìn)入所述型腔；其中，所述澆口為切線橫澆口，金屬液由所述澆口沿切向進(jìn)入所述水冷底箱，借助切線橫澆口出口速度的推動(dòng)，使鋼液自所述型腔的下方呈圓周旋轉(zhuǎn)方式上升，以得到純凈的鑄件表面；所述水冷外金屬型、水冷內(nèi)金屬型的縱斷面形狀為上薄下厚帶錐度的金屬型，所述型腔內(nèi)上方的金屬液相對(duì)凝固時(shí)間較下方得到推遲，使金屬液順序冷卻。如上所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其中，所述水冷外金屬型內(nèi)設(shè)有多組水冷盤管，所述水冷盤管設(shè)置在自所述水冷外金屬型底端向上2/3的高度范圍內(nèi)，其進(jìn)水管、出水管分別延伸至所述水冷外金屬型的外部。如上所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其中，所述水冷盤管設(shè)置在靠近所述水冷外金屬型內(nèi)表面30 80mm處。如上所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其中，在所述水冷外金屬型的2/3高度范圍內(nèi)，設(shè)有2 5組所述水冷盤管。如上所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其中，所述水冷外金屬型自頂端向下的1/3高度范圍內(nèi)，在其外表面圍設(shè)有耐火絕熱層。如上所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其中，所述水冷外金屬型、水冷內(nèi)金屬型均為分節(jié)組合式金屬型，沿高度方向分別由2 3節(jié)構(gòu)成，相鄰的兩節(jié)金屬型之間通過(guò)公母止口定位自然落放連接。如上所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其中，每節(jié)所述水冷外金屬型內(nèi)均設(shè)有至少一組所述水冷盤管。[0017]如上所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其中，一中心冷卻水管穿過(guò)所述冒口鑄型伸入所述水冷內(nèi)金屬型的底部，且所述中心冷卻水管被架固在所述冒口鑄型上。如上所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其中，所述中心冷卻水管設(shè)置在所述水冷內(nèi)金屬型的中心線上；且設(shè)置在所述水冷內(nèi)金屬型內(nèi)的所述中心冷卻水管上，沿高度方向均布著多層氣霧噴嘴，在每層的圓周方向環(huán)設(shè)均布著4 8個(gè)噴嘴,能自下而上依次打開(kāi)每層的噴嘴，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)金屬型自下而上的順序冷卻。如上所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其中，所述中心冷卻水管的底部設(shè)有出水口。如上所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其中，所述空心管坯水冷鑄造裝置進(jìn)一步還包括液位檢測(cè)裝置，所述液位檢測(cè)裝置的包括液位計(jì)、液位計(jì)浮漂，所述液位計(jì)浮漂設(shè)置在所述水冷內(nèi)金屬型內(nèi)，通過(guò)鋼絲繩與所述液位計(jì)相連接。如上所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其中，所述水冷內(nèi)金屬型為可變直徑金屬型，且該水冷內(nèi)金屬型在高度方向由2 3節(jié)構(gòu)成，相鄰的兩節(jié)金屬型之間通過(guò)公母止口定位 自然落放連接。如上所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其中，每節(jié)所述水冷內(nèi)金屬型具有沿徑向分開(kāi)的多個(gè)內(nèi)金屬型單元，每個(gè)內(nèi)金屬型單元的上、下兩端分別與上法蘭和下法蘭相連接，形成一個(gè)完整的所述水冷內(nèi)金屬型，且各所述內(nèi)金屬型單元均能相對(duì)所述上、下法蘭沿徑向移動(dòng)。如上所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其中，每節(jié)所述水冷內(nèi)金屬型由上法蘭、下法蘭、以及4 8個(gè)內(nèi)金屬型單元構(gòu)成，每?jī)蓚€(gè)相鄰的內(nèi)金屬型單元之間具有間隙；所述上法蘭和下法蘭上沿半徑方向設(shè)有呈放射狀置的連接所述內(nèi)金屬型單元的長(zhǎng)螺栓孔，每個(gè)所述內(nèi)金屬型單元通過(guò)設(shè)置在所述長(zhǎng)螺栓孔內(nèi)的螺栓分別與所述上法蘭和下法蘭相連接，當(dāng)受到鑄件收縮的擠壓時(shí)連接法蘭的螺栓能沿長(zhǎng)螺栓孔滑動(dòng)，相鄰內(nèi)金屬型單元之間的間隙被壓減小，實(shí)現(xiàn)變徑、以防止鑄件收縮裂紋、防止鑄件與內(nèi)金屬型抱死。如上所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其中，相鄰的兩個(gè)所述內(nèi)金屬型單元之間的間隙內(nèi)填充有填料，所述填料為可縮性耐火材料，以防止?jié)茶T初期向所述間隙內(nèi)鉆鋼。如上所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其中，所述水冷內(nèi)金屬型的內(nèi)壁接縫處均設(shè)有一寬度大于所述間隙寬度的擋板，每個(gè)所述擋板與相鄰的兩個(gè)內(nèi)金屬型單元相連接，并能隨該金屬型本體的收縮進(jìn)行滑動(dòng)。如上所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其中，所述水冷外金屬型內(nèi)表面、水冷內(nèi)金屬型外表面均設(shè)有高溫耐火材料涂層；所述高溫耐火材料涂層為上厚下薄的楔形變厚度涂層，使涂覆了所述涂料層的所述型腔形成為大致圓柱體。如上所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其中，所述高溫耐火材料涂層的厚度范圍為0. I 20mm,由涂料層和砂層構(gòu)成。如上所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其中，所述高溫耐火材料涂層包括涂覆在所述水冷外金屬型內(nèi)壁面和水冷內(nèi)金屬型外壁面的鉻礦砂層，以及涂覆在所述鉻礦砂層上的鋯英粉涂料層。如上所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其中，所述水冷底箱包括外箱體，設(shè)置在所述外箱體內(nèi)的內(nèi)水冷環(huán)形套，所述外箱體與所述內(nèi)水冷環(huán)形套之間形成與所述型腔相連通的U形腔體；所述外箱體、內(nèi)水冷環(huán)形套的下端與底箱板固定連接，所述外箱體的上端面設(shè)有與所述水冷外金屬型的下端相接的定位止口 ；所述外箱體包括圓柱形的本體，以及沿圓柱形外箱體的切線方向形成的瓢把部，構(gòu)成瓢把形水冷底箱。如上所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其中，所述水冷底箱的外箱體由壁厚為30 IOOmm的鑄鋼或鑄鐵制成。如上所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其中，所述內(nèi)水冷環(huán)形套由直徑較小的圓柱狀上環(huán)套和直徑較大的圓柱狀下環(huán) 套構(gòu)成，形成一凸柱體；所述內(nèi)水冷環(huán)形套內(nèi)設(shè)有圓柱狀貫通內(nèi)孔，外表面由小直徑的上環(huán)套外圓柱面和大直徑的下環(huán)套上圓環(huán)面組成一L形的回轉(zhuǎn)面，一環(huán)形冷鐵套裝設(shè)置在所述下環(huán)套上圓環(huán)面上，該環(huán)形冷鐵的內(nèi)周面與所述L形的回轉(zhuǎn)面構(gòu)成所述U形腔體，在所述U形腔體的豎直面和底面砌筑有耐火磚內(nèi)襯。如上所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其中，所述內(nèi)水冷環(huán)形套內(nèi)距所述L形回轉(zhuǎn)面30 50mm處埋設(shè)有冷卻水盤管，所述冷卻水盤管的進(jìn)、出水口均由所述貫通內(nèi)孔的內(nèi)表面引出，經(jīng)所述底箱板中心透孔延伸到所述水冷底箱外部。如上所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其中，所述瓢把部?jī)?nèi)設(shè)有耐火磚管，所述耐火磚管具有橫澆道，所述橫澆道的一端水平延伸至所述U形腔體，并構(gòu)成所述切線橫澆口，所述橫澆道的另一端通過(guò)90°拐角磚豎直向上形成直澆道。如上所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其中，所述瓢把部?jī)?nèi)設(shè)有耐火磚管，所述耐火磚管具有橫澆道，所述橫澆道的一端水平延伸，貫穿所述外環(huán)形冷鐵、環(huán)形耐火磚內(nèi)襯與U形腔體連通，并構(gòu)成所述切線橫澆口，所述橫澆道的另一端通過(guò)90°拐角磚豎直向上形成直澆道。如上所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其中，所述冒口鑄型包括冒口箱，設(shè)置在其內(nèi)的空心環(huán)形砂芯；所述冒口箱的內(nèi)壁設(shè)有保溫耐火材料層，所述空心環(huán)形砂芯的內(nèi)壁設(shè)有絕熱耐火棉層，且所述空心環(huán)形砂芯的內(nèi)腔與水冷內(nèi)金屬型的內(nèi)腔相連通。與公知技術(shù)相比，本實(shí)用新型的空心管坯水冷鑄造裝置具有以下特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)I、由于本實(shí)用新型的筒狀水冷外金屬型、筒狀水冷內(nèi)金屬型的縱斷面選用上薄下厚帶錐度的金屬型，人為使金屬型具有了下方大的蓄熱量、上方小的蓄熱量，使得金屬型受金屬液加熱后上方迅速升溫至較高溫度隨之冷卻強(qiáng)度迅速降低，從而起到推遲凝固作用，起到順序凝固的目的。2、由于水冷外金屬型沿高度方向獨(dú)立設(shè)置了多組冷卻水盤管使得金屬型強(qiáng)制冷卻以及順序冷卻成為可能，強(qiáng)制冷卻的應(yīng)用相對(duì)加大了自下而上的順序冷卻能力。3、由于在水冷外金屬型頂端以下高度的1/3范圍內(nèi)外表面圍設(shè)有耐火絕熱保溫棉質(zhì)絕熱層，大大降低了金屬型上部傳熱熱損失，大大延長(zhǎng)和推遲了上方凝固時(shí)間，為順序凝固創(chuàng)造了更加有力條件。4、水冷外金屬型、水冷內(nèi)金屬采用分節(jié)組合結(jié)構(gòu)使模具制造難度降低，使模具高度可調(diào)，更換高度規(guī)格變得更靈活。5、通過(guò)在水冷內(nèi)金屬內(nèi)腔設(shè)置帶有冷卻水噴嘴的中心冷卻水管，使得水冷內(nèi)金屬型強(qiáng)制冷卻成為可能；水冷噴嘴自下而上順序打開(kāi)使水冷內(nèi)金屬型的順序冷卻得以實(shí)現(xiàn)。6、水冷內(nèi)金屬型制作成底封閉的U形結(jié)構(gòu)，鑄件形成坯殼后直接向內(nèi)腔通水，通過(guò)控制水位高度實(shí)現(xiàn)自下而上的順序冷卻方法更為簡(jiǎn)單。7、由于水冷內(nèi)金屬型為可變直徑結(jié)構(gòu)，徹底解決了鑄件凝固收縮受阻可能導(dǎo)致的裂紋問(wèn)題，芯子抱死開(kāi)不出箱來(lái)等問(wèn)題。8、金屬澆鑄型腔內(nèi)設(shè)制的上厚下薄涂料層，起到了調(diào)整上下金屬液向金屬型的傳熱能力，推遲上方金屬液凝固時(shí)間，強(qiáng)化上下順序凝固作用。9、具有切線式澆口的環(huán)形水冷底箱的使用，使金屬液能旋轉(zhuǎn)進(jìn)入型腔，使金屬液在圓周方向分布更加均勻，可大大降低鑄件表面夾渣、氣孔等表面缺陷的產(chǎn)生，有利于提高鑄件表面質(zhì)量。10、通過(guò)在水冷底箱的U形腔體內(nèi)設(shè)置耐火磚內(nèi)襯，大大提高了鑄型抗沖刷能力，底箱內(nèi)水冷環(huán)形套以及外環(huán)形冷鐵的的使用，可大大提高底箱凝固期間的冷卻能力，避免水冷底箱部位出現(xiàn)疏松、縮孔的可能性，提高鑄件底部的成材率，降低不必要的切頭損耗。11、冒口箱、空心環(huán)形砂芯構(gòu)成的冒口鑄型中，絕熱耐火棉層的使用大大降低了冒 口的熱損失，提高了冒口補(bǔ)縮能力，降低冒口切頭損耗，提高鑄件成材率。本實(shí)用新型提出的空心管坯水冷鑄造裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)超大空心管坯的水冷鑄造，通過(guò)順序冷卻、順序凝固鑄造方法能夠獲得高質(zhì)量的超大規(guī)格、大的高厚比的筒狀鑄件，能有效避免大型、高厚比的筒狀鑄件內(nèi)部縮孔、疏松缺陷的發(fā)生，提高了成材率。

以下附圖儀旨在于對(duì)本實(shí)用新型做示意性說(shuō)明和解釋，并不限定本實(shí)用新型的范圍。其中，圖I為本實(shí)用新型的空心管坯水冷鑄造裝置一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的空心管坯水冷鑄造裝置另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，示意性地表示了液位檢測(cè)裝置；圖3A為本實(shí)用新型的空心管坯水冷鑄造裝置的可變徑水冷內(nèi)金屬型立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3B為可變徑水冷內(nèi)金屬型的上法蘭、下法蘭和擋板的結(jié)構(gòu)位置；圖3C為構(gòu)成一個(gè)水冷內(nèi)金屬型的一組圓弧形內(nèi)金屬型單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4A為本實(shí)用新型的空心管坯水冷鑄造裝置的水冷內(nèi)金屬型的主視示意圖；圖4B為圖4A的左視示意圖；圖4C為圖4A的右視示意圖；圖5為本實(shí)用新型的空心管坯水冷鑄造裝置的水冷底箱剖視示意圖；圖6為本實(shí)用新型的空心管坯水冷鑄造裝置的水冷底箱府視示意圖；圖7為采用本實(shí)用新型的空心管坯水冷鑄造裝置生產(chǎn)的鑄件順序冷卻示意圖
(一)，其中a、冷卻初期；b、冷卻中期；c、冷卻后期；圖8為采用本實(shí)用新型的空心管坯水冷鑄造裝置生產(chǎn)的鑄件順序冷卻示意圖
(二)，表示了在冷卻過(guò)程中液位檢測(cè)裝置的位置，其中a、冷卻初期；b、冷卻中期；c、冷卻后期；圖9為采用公知的靜態(tài)砂芯鑄造方法的鑄件凝固過(guò)程固相分?jǐn)?shù)變化CAE仿真結(jié)果顯示圖；圖10為采用公知的空冷鋼套芯鑄造方法的鑄件凝固過(guò)程固相分?jǐn)?shù)變化CAE仿真結(jié)果顯示圖；[0064]圖11為采用本實(shí)用新型的水冷鑄造裝置生產(chǎn)鑄件的凝固過(guò)程固相分?jǐn)?shù)變化CAE仿真結(jié)果顯示圖；圖12是采用不同鑄造方法的鑄件CAE仿真缺陷預(yù)測(cè)結(jié)果顯示對(duì)比圖，其中，al、a2是采用公知的靜態(tài)砂芯鑄造方法的鑄件缺陷預(yù)測(cè)，bl、b2是采用公知的空冷鋼套芯鑄造方法的鑄件缺陷預(yù)測(cè)，c是采用本實(shí)用新型的水冷鑄造裝置生產(chǎn)的鑄件缺陷預(yù)測(cè)。附圖標(biāo)號(hào)I、冒口鑄型101、冒口箱2、空心環(huán)形砂芯 3、水冷外金屬
型31、水冷盤管4、水冷內(nèi)金屬型 401、上法蘭402、擋板403、下法蘭404、長(zhǎng)螺栓孔 405、螺栓406、內(nèi)金屬型
單元407、螺紋孔408、止409、收縮縫410、耐火填料411、內(nèi)腔體412、隔板5、水冷底箱500、澆口501、外箱體502、內(nèi)水冷環(huán)形套5021、上環(huán)套5022、下環(huán)套 5023、貫通內(nèi)孔5024、冷卻水盤管 503、外環(huán)形冷鐵 504、底箱板505、環(huán)形耐火磚內(nèi)襯 506、橫澆道507、直澆道508、瓢把部509、襯砂510、U形腔體6、澆道7、澆鑄管8、中心冷卻水管80、噴嘴81、出水口9、鑄件10、耐火絕熱層11、澆口杯12、保溫劑13、液位計(jì)浮漂14、液位計(jì)15、鋼絲繩16、滑輪S、間隙具體實(shí)施方式
為了對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，
以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的空心管坯水冷鑄造裝置的具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及功效，詳細(xì)說(shuō)明如后。另外，通過(guò)具體實(shí)施方式
的說(shuō)明，當(dāng)可對(duì)本實(shí)用新型為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效得以更加深入具體的了解，然而所附圖儀是提供參考與說(shuō)明用，并非用來(lái)對(duì)本實(shí)用新型加以限制。如圖I所示，本實(shí)用新型的一種空心管坯水冷鑄造裝置，包括筒狀水冷外金屬型3，設(shè)置在其內(nèi)的筒狀水冷內(nèi)金屬型4，所述水冷內(nèi)、外金屬型4、3之間形成環(huán)形的鑄件型腔；所述水冷外金屬型3和水冷內(nèi)金屬型4的頂部設(shè)有冒口鑄型I ;水冷底箱5設(shè)置在所述水冷外金屬型3和水冷內(nèi)金屬型4下部，金屬液自澆口 500經(jīng)水冷底箱5進(jìn)入所述型腔。其中，所述澆口 500為切線橫澆口，金屬液由所述澆口 500沿切向進(jìn)入所述水冷底箱5，借助切線橫澆口出口速度的推動(dòng)，使鋼液自所述型腔的下方呈圓周旋轉(zhuǎn)方式上升，以得到純凈的鑄件表面。所述水冷外金屬型3、水冷內(nèi)金屬型4的縱斷面形狀為上薄下厚帶錐度的金屬型，所述型腔內(nèi)上方的金屬液相對(duì)凝固時(shí)間能較下方得到推遲，使金屬液順序冷卻。所述鑄件例如為空心管坯。進(jìn)一步地，所述水冷外金屬型3內(nèi)設(shè)有多組水冷盤管31，所述水冷盤管31設(shè)置在自所述水冷外金屬型3底端向上2/3的高度范圍內(nèi)，其進(jìn)水管、出水管分別延伸至所述水冷外金屬型3的外部。為便于設(shè)計(jì)加工，可以將每組所述水冷盤管31的高度設(shè)置為相等，當(dāng)然，每組水冷盤管31的高度可以不相等，可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置每組水冷盤管31的高度。優(yōu)選的方案是，所述水冷盤管31設(shè)置在靠近所述水冷外金屬型3內(nèi)表面30 80mm 處。本實(shí)用新型的水冷外金屬型和水冷內(nèi)金屬的厚度為上薄、下厚，具有下方大的蓄熱量、上方小的蓄熱量，使得金屬型受金屬液加熱后上方迅速升溫至較高溫度隨之冷卻強(qiáng)度迅速降低，從而起到推遲凝固作用，起到順序凝固的目的，而下部較厚的金屬型一方面可維持較大的蓄熱量和冷卻強(qiáng)度，同時(shí)給下部埋設(shè)冷卻水管創(chuàng)造了條件。此外，在所述水冷外金屬型3的2/3高度范圍內(nèi)，設(shè)有2 5組所述水冷盤管31。一個(gè)可行的技術(shù)方案是，所述水冷外金屬型3自頂端向下的1/3高度范圍內(nèi)，在其外表面圍設(shè)有耐火絕熱層10，該絕熱層采用絕熱保溫棉材質(zhì)制成，從而大大降低了水冷外金屬型3上部傳熱熱損失，大大延長(zhǎng)和推遲了上方凝固時(shí)間，更有利于型腔內(nèi)的金屬液自下而上順序凝固。另一個(gè)可行的技術(shù)方案是，所述水冷外金屬型3、水冷內(nèi)金屬型4均為分節(jié)組合式金屬型，分別由2 3節(jié)構(gòu)成，在每節(jié)金屬型間設(shè)有公母止口定位自然落放連接。采用分節(jié)組合結(jié)構(gòu)的金屬，降低了模具的制造難度，可根據(jù)鑄件9的長(zhǎng)度要求調(diào)整模具高度，使更換模具的高度規(guī)格變得更靈活。當(dāng)采用多節(jié)組合式金屬型時(shí)，每節(jié)所述水冷外金屬型3內(nèi)均設(shè)有至少一組所述水冷盤管31。在圖I所示的一個(gè)具體實(shí)施例中，每節(jié)水冷外金屬型3內(nèi)均設(shè)置了一組水冷盤管31。進(jìn)一步地，在水冷內(nèi)金屬型內(nèi)還設(shè)有冷卻裝置，具體是，一中心冷卻水管8穿過(guò)所述冒口鑄型I伸入所述水冷內(nèi)金屬型4的底部,且所述中心冷卻水管8被架固在所述冒口鑄型I上。在一個(gè)優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述中心冷卻水管8設(shè)置在所述水冷內(nèi)金屬型4的中心線上；且設(shè)置在所述水冷內(nèi)金屬型4內(nèi)的所述中心冷卻水管8上，沿高度方向均布著多層氣霧噴嘴80,在每層的圓周方向環(huán)設(shè)均布著4 8個(gè)噴嘴80,能自下而上依次打開(kāi)每層的噴嘴80，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)金屬型自下而上的順序冷卻。完成澆鑄后，自下而上依次打開(kāi)每一組水冷盤管31的進(jìn)出水口、每一層的噴嘴80，自下而上對(duì)型腔內(nèi)的澆鑄進(jìn)行外部和內(nèi)部同時(shí)冷卻。噴嘴80噴出的冷卻水受到水冷內(nèi)金屬型4的加熱而蒸發(fā)，從而起到對(duì)該下部水冷內(nèi)金屬型4冷卻以及對(duì)下方鑄件冷卻的作用。隨著金屬液自下而上凝固的向上推移，對(duì)應(yīng)逐層打開(kāi)噴嘴80和與其對(duì)應(yīng)的水冷盤管31，直到金屬凝固至冒口下沿，關(guān)閉中心冷卻水管，殘存內(nèi)腔的水繼續(xù)蒸發(fā)至完全蒸干。如圖2所示，在另一個(gè)具體實(shí)施例中，中心冷卻水管8的出水口在水管最下方，完成澆鑄后，自下而上依次打開(kāi)每一組水冷盤管31的進(jìn)水口，同時(shí)打開(kāi)中心冷卻水管8的出水口 81，冷卻水被注入到水冷內(nèi)金屬型4內(nèi)腔體411的下部一定高度，受到水冷內(nèi)金屬型4加熱的冷卻水被升溫、蒸發(fā)，從而起到對(duì)該下部水冷內(nèi)金屬型4冷卻以及對(duì)下方鑄件冷卻的作用，隨著金屬液的自下而上凝固的向上推移，通過(guò)液位檢測(cè)裝置控制內(nèi)部的冷卻水面不斷上升且與注入冷卻水的所述水冷盤管31的同高，直到金屬凝固至冒口下沿，關(guān)閉中心冷卻水管，殘存內(nèi)腔的水繼續(xù)蒸發(fā)至完全蒸干。所述內(nèi)腔體411由水冷內(nèi)金屬型4的內(nèi)壁面和設(shè)置在其底部與水冷底箱5的貫通內(nèi)孔5023上部的隔板412構(gòu)成。其中，所述液位檢測(cè)裝置包括液位計(jì)14、液位計(jì)浮漂13，所述液位計(jì)浮漂13設(shè)置在所述水冷內(nèi)金屬型4內(nèi)，通過(guò)鋼絲繩15與所述液位計(jì)14相連接。如圖2所示，在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述中心冷卻水管8的上部設(shè)有第一滑輪17，在所述金屬型的外部設(shè)有第二滑輪16，鋼絲繩15繞設(shè)在所述第一、第二滑輪17、16。所述液位計(jì)浮漂13套設(shè)于所述中心冷卻水管8，通過(guò)鋼絲繩15將所述液位計(jì)浮漂13與液位計(jì)14相連接。所述液位計(jì)浮漂13隨著水冷內(nèi)金屬型4內(nèi)的冷卻水位的升降而升降，并帶動(dòng)液位計(jì)14 一起升降，以隨時(shí)指示水冷內(nèi)金屬型4內(nèi)的冷卻水位的高度。請(qǐng)配合參見(jiàn)圖I、圖3A、圖3B、圖3C、圖4A、圖4B、圖4C，在一個(gè)可行的技術(shù)方案中，所述水冷內(nèi)金屬型4構(gòu)成為可變直徑金屬型，且該可變直徑的水冷內(nèi)金屬型4在高度方向由2 3節(jié)構(gòu)成,在每節(jié)金屬型間設(shè)有公母止口定位自然落放連接。 在一個(gè)具體實(shí)施例中，每節(jié)所述水冷內(nèi)金屬型4具有沿徑向分開(kāi)的多個(gè)內(nèi)金屬型單元406，每個(gè)內(nèi)金屬型單元406的上、下兩端分別與上法蘭401和下法蘭403相連接，形成一個(gè)完整的所述水冷內(nèi)金屬型4，且各所述內(nèi)金屬型單元406均能相對(duì)所述上、下法蘭401、403沿徑向移動(dòng)。其中，相鄰的上、下法蘭分別形成公母止口定位，通過(guò)自然落放將各節(jié)水冷內(nèi)金屬型相連接。本實(shí)用新型的筒狀水冷內(nèi)金屬型4可隨金屬液凝固收縮的進(jìn)行，直徑發(fā)生變化，鑄件9凝固收縮時(shí)，可變化直徑的內(nèi)金屬型4不會(huì)將鑄件撐裂，且鑄件9凝固收縮后期不會(huì)使水冷內(nèi)金屬型4抱死，鑄件9易于出箱。具體的是，每節(jié)所述水冷內(nèi)金屬型4由上法蘭401、下法蘭403、以及4 8個(gè)1/4 1/8的內(nèi)金屬型單元406構(gòu)成，如圖3、圖4所示，在該具體實(shí)施例中，水冷內(nèi)金屬型4被4等分，由4個(gè)1/4圓弧形內(nèi)金屬型單元406組成，當(dāng)然，也可以將所述水冷內(nèi)金屬型6等分或8等分，其等分的數(shù)量不加以限定，可根據(jù)金屬型的直徑尺寸確定。每?jī)蓚€(gè)相鄰的內(nèi)金屬型單元406之間具有間隙S，每個(gè)內(nèi)金屬型單元406的頂部、底部與上、下法蘭401、403之間具有收縮縫409。每個(gè)內(nèi)金屬型單元406通過(guò)螺栓405分別與所述上法蘭401和下法蘭403相連接，所述上法蘭401和下法蘭403上沿半徑方向設(shè)有呈放射狀置的連接所述內(nèi)金屬型單元406的長(zhǎng)螺栓孔404，每個(gè)所述內(nèi)金屬型單元通過(guò)設(shè)置在所述長(zhǎng)螺栓孔內(nèi)的螺栓分別與所述上法蘭和下法蘭相連接，當(dāng)受到鑄件9收縮的擠壓時(shí)連接法蘭的螺栓405能在長(zhǎng)螺栓孔404內(nèi)沿徑向向外側(cè)滑動(dòng)，相鄰內(nèi)金屬型單元406之間的間隙S被壓減小，水冷內(nèi)金屬型4的內(nèi)徑變小，即實(shí)現(xiàn)了水冷內(nèi)金屬型的變徑，能有效地防止鑄件產(chǎn)生收縮裂紋，并能防止鑄件9與內(nèi)金屬型抱死。例如，在一個(gè)具體實(shí)施例中，當(dāng)鑄坯內(nèi)孔徑直徑為0800_時(shí)，該間隙S可設(shè)置為8 10_，圓周共設(shè)6個(gè)間隙S。該間隙S的尺寸及所述內(nèi)金屬型單元406的設(shè)置數(shù)量不做具體限定，根據(jù)需要澆鑄的鑄件尺寸而定。所述收縮縫409的尺寸與所設(shè)置的間隙S的尺寸相匹配。進(jìn)一步，相鄰的兩個(gè)所述內(nèi)金屬型單元406之間的間隙S內(nèi)填充有填料410，所述填料410為可縮性耐火材料，從而能防止?jié)茶T初期向所述間隙S內(nèi)鉆鋼。其中，所述可縮性耐火材料可以由耐火纖維棉+耐火粘土 +石墨構(gòu)成。此外，構(gòu)成所述水冷內(nèi)金屬型4的相鄰的兩個(gè)內(nèi)金屬型單元406的內(nèi)壁接縫處均設(shè)有一寬度大于所述間隙S寬度的擋板402，每個(gè)所述擋板402與相鄰的兩個(gè)內(nèi)金屬型單元406相連接，并能隨該內(nèi)金屬型單元406的收縮進(jìn)行滑動(dòng)。例如，在所述擋板402上可以設(shè)置橫向的長(zhǎng)槽孔，螺栓穿過(guò)該長(zhǎng)槽孔將所述擋板402與金屬型本體相連接，當(dāng)受到鑄件9收縮的擠壓所述水冷內(nèi)金屬型4的內(nèi)徑變大，即金屬型本體沿徑向向外側(cè)滑動(dòng)時(shí)，則連接擋板和金屬型本體的螺栓則在橫向長(zhǎng)槽孔內(nèi)滑動(dòng)，使所述擋板402能夠隨金屬型本體一起滑動(dòng)。一個(gè)具體的技術(shù)方案是，在所述水冷外金屬型3的內(nèi)表面、水冷內(nèi)金屬型4的外表面均設(shè)有高溫耐火材料涂層，該涂層由涂料層和砂層構(gòu)成；所述高溫耐火材料涂層為上厚下薄的楔形變厚度涂層，使涂覆了所述高溫耐火材料涂層的所述型腔形成為大致圓柱體。進(jìn)一步地，所述高溫耐火材料涂層的厚度范圍為0. I 20mm，在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述高溫耐火材料涂層包括涂覆在所述水冷外金屬型內(nèi)壁面和水冷內(nèi)金屬型外壁面的鉻礦砂層，以及涂覆在所述鉻礦砂層上的鋯英粉涂料層。如圖5、圖6所示，本實(shí)用新型的空心管坯水冷鑄造裝置的水冷底箱5包括外箱體501，設(shè)置在所述外箱體501內(nèi)的內(nèi)水冷環(huán)形套502，所述外箱體501與所述內(nèi)水冷環(huán)形套502之間形成U形腔體510，所述U形腔體510位于所述水冷外金屬型3和水冷內(nèi)金屬型4之間形成的環(huán)形的鑄件型腔下部，并與之相連通。所述外箱體501、內(nèi)水冷環(huán)形套502的下端與底箱板504固定連接，所述外箱體501的上端面設(shè)有與所述水冷外金屬型3的下端相接的定位止口。所述外箱體501包括圓柱形的本體，以及沿圓柱形外箱體的切線方向形成的瓢把部508，構(gòu)成瓢把形水冷底箱。其中，所述水冷底箱5的外箱體501由壁厚為30 IOOmm的鑄鋼或鑄鐵制成。在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述內(nèi)水冷環(huán)形套502由直徑較小的圓柱狀上環(huán)套5021和直徑較大的圓柱狀下環(huán)套5022構(gòu)成，形成一凸柱體。所述內(nèi)水冷環(huán)形套502內(nèi)設(shè)有圓柱狀貫通內(nèi)孔5023，外表面由小直徑的上環(huán)套5021外圓柱面和大直徑的下環(huán)套5022上圓環(huán)面組成一 L形的回轉(zhuǎn)面，一外環(huán)形冷鐵503套裝設(shè)置在所述下環(huán)套5022上圓環(huán)面上，該外環(huán)形冷鐵503的內(nèi)周面與所述L形的回轉(zhuǎn)面構(gòu)成所述U形腔體510，在所述U形腔體510的豎直面和底面砌筑有環(huán)形耐火磚內(nèi)襯505。進(jìn)一步地，所述內(nèi)水冷環(huán)形套502內(nèi)距所述L形回轉(zhuǎn)面30 50mm處埋設(shè)有冷卻水盤管5024，所述冷卻水盤管5024的進(jìn)、出水口均由所述貫通內(nèi)孔5023的內(nèi)表面引出，經(jīng)所述底箱板504中心透孔延伸到水冷底箱5外部。一個(gè)具體的方案是，所述瓢把部508內(nèi)設(shè)有耐火磚管，所述耐火磚管具有橫澆道506，所述橫澆道506的一端水平延伸至所述U形腔體510，并構(gòu)成所述切線橫澆口 500，所述橫澆道506的另一端通過(guò)90°拐角磚豎直向上形成直澆道507。且所述外箱體501與外環(huán)形冷鐵503、下環(huán)套5022的外周面之間，以及瓢把部508內(nèi)填充有保溫襯砂509。如圖5所不,在一個(gè)具體實(shí)施例中所述橫燒道506的一端水平延伸，貫穿所述外環(huán)形冷鐵503、環(huán)形耐火磚內(nèi)襯505與U形腔體510連通，在所述外環(huán)形冷鐵503的內(nèi)壁形成切線橫澆口 500，且所述切線橫澆口 500貫穿所述環(huán)形耐火磚內(nèi)襯505。本實(shí)用新型的所述冒口鑄型I包括冒口箱101，設(shè)置在其內(nèi)的空心環(huán)形砂芯2 ；所述冒口箱101的內(nèi)壁設(shè)有保溫耐火材料層，所述空心環(huán)形砂芯2的內(nèi)壁設(shè)有絕熱耐火棉層，且所述空心環(huán)形砂芯2的內(nèi)腔與水冷內(nèi)金屬型4的內(nèi)腔體411相連通。利用本實(shí)用新型上述的空心管坯水冷鑄造裝置，按模具組裝、澆鑄、控制、開(kāi)箱的步驟進(jìn)行作業(yè)。具體包括模具的準(zhǔn)備包括環(huán)形水冷底箱的造型、水冷內(nèi)外金屬型的清理掛砂、冒口外箱、冒口砂芯的造型；干燥等。下面儀以水冷內(nèi)金屬型的掛砂造型做一說(shuō)明首先，將水冷內(nèi)金屬型4的下法蘭403平放到工作臺(tái)架上，然后分別將各1/4等分的內(nèi)金屬型單元406擺放到對(duì)應(yīng)下法蘭403的位置，將下法蘭403上的T形長(zhǎng)螺栓孔404與內(nèi)金屬型單元406的螺紋孔對(duì)正，穿上緊固螺栓405及墊片，調(diào)整所需的初始水冷內(nèi)金屬型直徑(保證與下法蘭403同心)，安裝上法蘭401后對(duì)上、下法蘭401、403的螺栓進(jìn)行預(yù)緊，力度要適中(力過(guò)大將影響鑄件9的收縮，過(guò)小結(jié)構(gòu)形狀無(wú)法保證)，然后，安裝膨脹縫的擋板402，向膨脹縫(間隙S)中塞入可縮性耐火填料410，對(duì)水冷內(nèi)金屬型4筒體的外表面按要求掛涂上厚下薄的變厚度高溫耐火材料涂層，包括膨脹縫部位，完畢后進(jìn)行干燥、修正待澆前合箱。 模具的組裝首先，將準(zhǔn)備好的環(huán)形水冷底箱5擺放到澆鑄場(chǎng)地，地面鋪平著實(shí)，引出水冷管進(jìn)出水管；然后在水冷底箱5上落放水冷內(nèi)金屬型4的下節(jié)、上節(jié)、冒口砂芯；將接縫處用醇基涂料稿修平，點(diǎn)燃自干；將水冷外金屬型3的上下節(jié)合到一起，將接縫用醇基涂料稿修平，點(diǎn)燃自干后整體吊裝(上下節(jié)不得再發(fā)生錯(cuò)動(dòng))，對(duì)中水冷內(nèi)金屬型4緩慢組裝到水冷底箱5外箱子口上；合上冒口鑄型I ;安裝直澆鑄管7及澆口杯11 ;用吸塵器吹掃并吸去型腔內(nèi)砂粒雜質(zhì)；安裝水冷內(nèi)金屬型4內(nèi)的中心冷卻水管8 ;將中心冷卻水管8、水冷盤管31的進(jìn)、出水口與冷卻水系統(tǒng)相連接。鑄件澆鑄、控制冷卻及開(kāi)箱首先，檢查管路是否接好，打開(kāi)與水冷盤管31、中心冷卻水管8、冷卻水盤管5024相連接的回水管路，并保持回水管路的暢通；將金屬液由與直澆道507相連通的澆鑄管7進(jìn)入所述直澆道507、橫澆道506、沿水冷底箱5的切線設(shè)置的切線橫澆口 500注入U(xiǎn)形腔體510內(nèi)，借助切線出口速度的推動(dòng)，使鋼液呈圓周旋轉(zhuǎn)方式在型腔內(nèi)上升，充滿上薄下厚的金屬型構(gòu)成的型腔；打開(kāi)控制水冷底箱5冷卻水盤管5024的進(jìn)水口閥門，對(duì)所述水冷底箱5內(nèi)的金屬液實(shí)施強(qiáng)制冷卻；然后，自下而上依次打開(kāi)控制水冷外金屬型3內(nèi)的水冷盤管31的進(jìn)水口閥門，同時(shí)打開(kāi)控制設(shè)置在水冷內(nèi)金屬型4內(nèi)的中心冷卻水管8的閥門，對(duì)所述型腔內(nèi)的鑄件進(jìn)行外、內(nèi)同時(shí)冷卻；所述金屬液由水冷底箱5開(kāi)始冷卻凝固，依次經(jīng)由水冷內(nèi)、外金屬型4、3構(gòu)成的型腔的下部、中部、上部，直至冒口完全凝固；關(guān)閉所述冷卻水進(jìn)水閥門，繼續(xù)保持所以回水管路暢通，隨著鑄件9繼續(xù)冷卻殘存在管路的水分繼續(xù)蒸發(fā)，直至蒸干為止；拆除中心冷卻水管；開(kāi)箱，對(duì)鑄件進(jìn)行清理。在一個(gè)具體實(shí)施例中，在水冷底箱5上設(shè)有澆鑄管7，該澆鑄管7的頂部設(shè)有澆口杯11，所述澆口杯11、澆鑄管7的澆道6與水冷底箱5的直澆道507相連通。根據(jù)工藝要求，將合格的金屬液由經(jīng)澆口杯11和澆鑄管7的澆道、直澆道507、橫澆道506沿切線注入水冷底箱5的U形腔體510 ;鋼液旋轉(zhuǎn)著由水冷底箱5進(jìn)入水冷內(nèi)、外金屬型4、3構(gòu)成的型腔的底部、中部、上部，進(jìn)入冒口鑄型1，直至距冒口箱101上沿IOOmm停止?jié)茶T。[0121]進(jìn)一步地，所述冒口鑄型I的冒口內(nèi)的金屬液面上覆蓋有起到絕熱覆蓋作用的保溫劑12。為了進(jìn)一步提高保溫效果，一個(gè)優(yōu)選的技術(shù)方案是，在冒口內(nèi)的金屬液面上覆蓋有發(fā)熱劑，在所述發(fā)熱劑上進(jìn)一步覆蓋保溫劑12。如圖I所示，在一個(gè)可行的方案中，在進(jìn)行冷卻時(shí)，自下而上打開(kāi)設(shè)置在水冷外金屬型3內(nèi)下部的第一組水冷盤管31的進(jìn)水口、出水口，同時(shí)，逐層打開(kāi)所述冷中心卻水管8上的噴嘴80，保持鑄件內(nèi)、外的冷卻區(qū)域相對(duì)應(yīng)，并使所述冷卻區(qū)域逐同步上升。如圖2所示，在另一個(gè)可行的方案中，在進(jìn)行冷卻時(shí)，自下而上依次打開(kāi)設(shè)置在水冷外金屬型內(nèi)各組水冷盤管的進(jìn)水口、出水口，同時(shí)，打開(kāi)所述中心冷卻水管8底部的出水口 81，并根據(jù)液位計(jì)14的檢測(cè)結(jié)果保持所述水冷內(nèi)金屬型4內(nèi)的水位高度與所述第一組水冷盤管31同高；隨后再自下而上依次打開(kāi)各組所述水冷盤管31，同時(shí)保持對(duì)應(yīng)水冷內(nèi)金屬型4內(nèi)的水位同步提聞。如圖7、圖8所示，圖中分別示意性地表示了采用兩種中心冷卻水管結(jié)構(gòu)時(shí)順序冷卻的鑄件在各冷卻初期內(nèi)的變化。具體是，完成澆鑄作業(yè)后，首先打開(kāi)水冷底箱5的冷卻水盤管5024的閥門，對(duì)水冷底箱5內(nèi)的金屬液實(shí)施強(qiáng)制冷卻；然后，打開(kāi)水冷外金屬型3下部第一組水冷盤管31的閥門，在圖7所示的一個(gè)實(shí)施例中，同時(shí)逐層打開(kāi)水冷內(nèi)金屬型4內(nèi)的中心冷卻水管8的噴嘴80，并保持水冷內(nèi)金屬型4內(nèi)噴射的冷卻水高度與所述第一組水冷盤管31相同。隨著金屬液的凝固，逐步打開(kāi)第二組、第三……水冷盤管31，及中心冷卻水管8上與其相對(duì)應(yīng)的各層噴嘴80，以保持鑄件內(nèi)、外的冷卻區(qū)域相對(duì)應(yīng)，并使所述冷卻區(qū)域逐同步上升。在圖8所示的另一個(gè)實(shí)施例中，與圖7不同之處儀在于中心冷卻水管8上不設(shè)有噴嘴80，而是底部設(shè)有出水口 81，在打開(kāi)水冷外金屬型3下部第一組水冷盤管31的閥門的同時(shí)，打開(kāi)中心冷卻水管8的出水口 81，并借助于液位檢測(cè)裝置控制內(nèi)部的冷卻水面不斷上升，保持水冷內(nèi)金屬型4內(nèi)的水位高度與所對(duì)應(yīng)的第一組水管同高；在隨后向第二組、第三組水冷盤管31內(nèi)注入冷卻水的同時(shí)，應(yīng)保持對(duì)應(yīng)內(nèi)金屬型內(nèi)水位同步提高，以保持鑄件內(nèi)、外的冷卻區(qū)域相對(duì)應(yīng)，并使所述冷卻區(qū)域逐同步上升。本實(shí)用新型強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)鑄件9由底箱迅速冷卻凝固，依次經(jīng)型腔的下部、中部、上部，直至冒口完全凝固。待鑄件9完全凝固后，關(guān)閉所述冷卻水進(jìn)水閥門，繼續(xù)保持所述回水管路暢通，隨著鑄件9繼續(xù)冷卻，殘存在管路、水冷內(nèi)金屬型內(nèi)部的水分繼續(xù)蒸發(fā)，直至蒸干為止。最后，拆除中心冷卻水管。然后，進(jìn)入開(kāi)箱工序首先開(kāi)去冒口鑄型I的冒口箱101、空心環(huán)形砂芯2，然后開(kāi)去水冷外金屬型3，去掉澆鑄管7，將澆道6割除；將水冷內(nèi)金屬型4、鑄件9、水冷底箱5 —并調(diào)至開(kāi)箱落砂場(chǎng)地，脫去底箱板504、割去橫澆道506，拆除外環(huán)形冷鐵503、內(nèi)水冷環(huán)形套502 ;逐個(gè)拆除水冷內(nèi)金屬型4 ;對(duì)鑄件9進(jìn)行清理、外觀檢查，運(yùn)至下道工序，完成整個(gè)
鑄造工序。本實(shí)用新型是采用底鑄法、自澆口 500沿切線進(jìn)入環(huán)形腔體下方，借助切線出口速度的推動(dòng)，使金屬液呈圓周旋轉(zhuǎn)方式上升，使得金屬液面前沿形成的氣泡、雜質(zhì)不能在鑄件9表面停留，請(qǐng)配合參見(jiàn)圖11，因此可以得到比較純凈的鑄件表面質(zhì)量。進(jìn)入具有上薄下厚縱截面結(jié)構(gòu)的水冷外金屬型3、水冷內(nèi)金屬型4構(gòu)成的環(huán)形型腔內(nèi)的金屬液，如圖a、b、c、d所示，表示了鑄件冷卻的不同階段，圖中，淺色區(qū)域表示未凝固區(qū)域A3，其外部的深色區(qū)域表示已凝固層B3。即圖Ila為凝固開(kāi)始，圖Ilb為凝固初期，圖Ilc為凝固中期，圖Ild為凝固后期，圖lie為結(jié)束(全部凝固)，通過(guò)各圖表示了金屬液(末凝固區(qū)域A3)及已凝固層B3的變化過(guò)程。本方法的特點(diǎn)是凝固后期液芯下窄上寬、且淺，因此補(bǔ)縮通暢。采用本實(shí)用新型的裝置制造鑄件時(shí)，首先受到鑄型表面的冷卻開(kāi)始凝固形成凝固坯殼，位于水冷底箱5內(nèi)的金屬液受到內(nèi)水冷環(huán)形套502、外環(huán)形冷鐵503構(gòu)成的3個(gè)方向上的強(qiáng)制冷卻優(yōu)先凝固，并推動(dòng)凝固前沿由下向上推移。位于水冷內(nèi)、外金屬型4、3下方的金屬液受下方厚壁金屬型冷卻，以及后續(xù)強(qiáng)制水冷的作用，承接水冷底箱5內(nèi)金屬液的凝固繼續(xù)推動(dòng)凝固前沿由下向上發(fā)展；上方的金屬型由于較薄的壁厚即較低的鑄型蓄熱能力，在受到 金屬液加熱后很快溫度極具上升，致使該處的凝固停滯，再加上上厚下薄的涂料層使得金屬液向鑄型的熱傳輸阻力越靠上越大，致使金屬型上方的金屬液相對(duì)凝固時(shí)間較下方得到推遲，即構(gòu)成了強(qiáng)制順序冷卻和順序冷卻引發(fā)的順序凝固，直至冒口。位于冒內(nèi)的金屬液外表面與冒口鑄型I的保溫絕熱耐火材料相接觸、內(nèi)表面與保溫絕熱耐火材料制成的芯部砂芯接觸、上表面與保溫劑12相接觸，具有極佳的保溫環(huán)境，因此可以較長(zhǎng)時(shí)間的維持金屬液的過(guò)熱狀態(tài)，直至順序凝固推到冒口凝固結(jié)束；因此避免了該大型、高厚比的筒狀鑄件內(nèi)部縮孔、疏松缺陷的發(fā)生，如圖11中的圖e所示，采用本實(shí)用新型的裝置生產(chǎn)的鑄件，其鑄造缺陷集中在冒口和鑄件壁厚的中部，且缺陷級(jí)別較輕，通過(guò)后續(xù)的鍛造作業(yè)能夠較為容易地克服該鑄造缺陷。本實(shí)用新型特別適用于管坯厚度100 600mm、直徑800 2000mm、高度2000 6000mm的大型厚壁管還的制造。圖12是采用不同鑄造方法的鑄件CAE仿真缺陷預(yù)測(cè)結(jié)果顯示對(duì)比圖，其中，圖12al、a2是采用公知的靜態(tài)砂芯鑄造方法的鑄件缺陷預(yù)測(cè)，如圖所示，顏色較深處表示缺陷F很嚴(yán)重，且集中在內(nèi)表面；圖12bl、b2是采用公知的空冷鋼套芯鑄造方法的鑄件缺陷預(yù)測(cè)，如圖所示，顏色較深處表示缺陷F’嚴(yán)重，且位于表層以里；圖12c是采用本實(shí)用新型的水冷鑄造裝置生產(chǎn)的鑄件缺陷預(yù)測(cè)，如圖所示，鑄件中部的虛線表示缺陷F”，其顏色較淺表示缺陷輕，且該缺陷位于鑄件壁厚的中部，通過(guò)后續(xù)的鍛造加工，易于克服該缺陷。因此，采用本實(shí)用新型的裝置生產(chǎn)的鑄件與公知技術(shù)相比大大降低了鑄造缺陷，提高了成材率。以上所述儀為本實(shí)用新型示意性的具體實(shí)施方式
，并非用以限定本實(shí)用新型的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。而且需要說(shuō)明的是，本實(shí)用新型的各組成部分并不儀限于上述整體應(yīng)用，本實(shí)用新型的說(shuō)明書(shū)中描述的各技術(shù)特征可以根據(jù)實(shí)際需要選擇一項(xiàng)單獨(dú)采用或選擇多項(xiàng)組合起來(lái)使用，因此，本實(shí)用新型理所當(dāng)然地涵蓋了與本案發(fā)明點(diǎn)有關(guān)的其它組合及具體應(yīng)用。
權(quán)利要求1.一種空心管坯水冷鑄造裝置，其特征在于，所述鑄造裝置包括筒狀水冷外金屬型，設(shè)置在其內(nèi)的筒狀水冷內(nèi)金屬型，所述水冷內(nèi)、外金屬型之間形成環(huán)形的鑄件型腔；所述水冷外金屬型和水冷內(nèi)金屬型的頂部設(shè)有冒口鑄型；水冷底箱設(shè)置在所述水冷外金屬型和水冷內(nèi)金屬型下部，金屬液自澆口經(jīng)水冷底箱進(jìn)入所述型腔；其中，所述澆口為切線橫澆口，金屬液由所述澆口沿切向進(jìn)入所述水冷底箱，借助切線橫澆口出口速度的推動(dòng)，使鋼液自所述型腔的下方呈圓周旋轉(zhuǎn)方式上升，以得到純凈的鑄件表面；所述水冷外金屬型、水冷內(nèi)金屬型的縱斷面形狀為上薄下厚帶錐度的金屬型，所述型腔內(nèi)上方的金屬液相對(duì)凝固時(shí)間較下方得到推遲，使金屬液順序冷卻。
2.如權(quán)利要求I所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其特征在于，所述水冷外金屬型內(nèi)設(shè)有多組水冷盤管，所述水冷盤管設(shè)置在自所述水冷外金屬型底端向上2/3的高度范圍內(nèi)，其進(jìn)水管、出水管分別延伸至所述水冷外金屬型的外部。
3.如權(quán)利要求2所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其特征在于，所述水冷盤管設(shè)置在靠近所述水冷外金屬型內(nèi)表面30 80mm處。
4.如權(quán)利要求2所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其特征在于，在所述水冷外金屬型的2/3高度范圍內(nèi)，設(shè)有2 5組所述水冷盤管。
5.如權(quán)利要求I所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其特征在于，所述水冷外金屬型自頂端向下的1/3高度范圍內(nèi)，在其外表面圍設(shè)有耐火絕熱層。
6.如權(quán)利要求I至5任一項(xiàng)所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其特征在于，所述水冷外金屬型、水冷內(nèi)金屬型均為分節(jié)組合式金屬型，沿高度方向分別由2 3節(jié)構(gòu)成，相鄰的兩節(jié)金屬型之間通過(guò)公母止口定位自然落放連接。
7.如權(quán)利要求6所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其特征在于，每節(jié)所述水冷外金屬型內(nèi)均設(shè)有至少一組所述水冷盤管。
8.如權(quán)利要求I所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其特征在于，一中心冷卻水管穿過(guò)所述冒口鑄型伸入所述水冷內(nèi)金屬型的底部，且所述中心冷卻水管被架固在所述冒口鑄型上。
9.如權(quán)利要求8所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其特征在于，所述中心冷卻水管設(shè)置在所述水冷內(nèi)金屬型的中心線上；且設(shè)置在所述水冷內(nèi)金屬型內(nèi)的所述中心冷卻水管上，沿高度方向均布著多層氣霧噴嘴，在每層的圓周方向環(huán)設(shè)均布著4 8個(gè)噴嘴,能自下而上依次打開(kāi)每層的噴嘴，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)金屬型自下而上的順序冷卻。
10.如權(quán)利要求8所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其特征在于，所述中心冷卻水管的底部設(shè)有出水口。
11.如權(quán)利要求10所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其特征在于，所述空心管坯水冷鑄造裝置進(jìn)一步還包括液位檢測(cè)裝置，所述液位檢測(cè)裝置的包括液位計(jì)、液位計(jì)浮漂，所述液位計(jì)浮漂設(shè)置在所述水冷內(nèi)金屬型內(nèi)，通過(guò)鋼絲繩與所述液位計(jì)相連接。
12.如權(quán)利要求I所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其特征在于，所述水冷內(nèi)金屬型為可變直徑金屬型，且該水冷內(nèi)金屬型在高度方向由2 3節(jié)構(gòu)成，相鄰的兩節(jié)金屬型之間通過(guò)公母止口定位自然落放連接。
13.如權(quán)利要求12所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其特征在于，每節(jié)所述水冷內(nèi)金屬型具有沿徑向分開(kāi)的多個(gè)內(nèi)金屬型單元，每個(gè)內(nèi)金屬型單元的上、下兩端分別與上法蘭和下法蘭相連接，形成一個(gè)完整的所述水冷內(nèi)金屬型，且各所述內(nèi)金屬型單元均能相對(duì)所述上、下法蘭沿徑向移動(dòng)。
14.如權(quán)利要求13所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其特征在于，每節(jié)所述水冷內(nèi)金屬型由上法蘭、下法蘭、以及4 8個(gè)內(nèi)金屬型單元構(gòu)成，每?jī)蓚€(gè)相鄰的內(nèi)金屬型單元之間具有間隙；所述上法蘭和下法蘭上沿半徑方向設(shè)有呈放射狀置的連接所述內(nèi)金屬型單元的長(zhǎng)螺栓孔，每個(gè)所述內(nèi)金屬型單元通過(guò)設(shè)置在所述長(zhǎng)螺栓孔內(nèi)的螺栓分別與所述上法蘭和下法蘭相連接，當(dāng)受到鑄件收縮的擠壓時(shí)連接法蘭的螺栓能沿長(zhǎng)螺栓孔滑動(dòng)，相鄰內(nèi)金屬型單元之間的間隙被壓減小，實(shí)現(xiàn)變徑、以防止鑄件收縮裂紋、防止鑄件與內(nèi)金屬型抱死。
15.如權(quán)利要求14所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其特征在于，相鄰的兩個(gè)所述內(nèi)金屬型單元之間的間隙內(nèi)填充有填料，所述填料為可縮性耐火材料，以防止?jié)茶T初期向所述間隙內(nèi)鉆鋼。
16.如權(quán)利要求14或15所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其特征在于，所述水冷內(nèi)金屬型的內(nèi)壁接縫處均設(shè)有一寬度大于所述間隙寬度的擋板，每個(gè)所述擋板與相鄰的兩個(gè)內(nèi)金屬型單元相連接，并能隨該金屬型本體的收縮進(jìn)行滑動(dòng)。
17.如權(quán)利要求I所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其特征在于所述水冷外金屬型內(nèi)表面、水冷內(nèi)金屬型外表面均設(shè)有高溫耐火材料涂層；所述高溫耐火材料涂層為上厚下薄的楔形變厚度涂層，使涂覆了所述涂料層的所述型腔形成為大致圓柱體。
18.如權(quán)利要求17所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其特征在于，所述高溫耐火材料涂層的厚度范圍為O. I 20mm，由涂料層和砂層構(gòu)成。
19.如權(quán)利要求18所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其特征在于，所述高溫耐火材料涂層包括涂覆在所述水冷外金屬型內(nèi)壁面和水冷內(nèi)金屬型外壁面的鉻礦砂層，以及涂覆在所述鉻礦砂層上的鋯英粉涂料層。
20.如權(quán)利要求I所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其特征在于，所述水冷底箱包括夕卜箱體，設(shè)置在所述外箱體內(nèi)的內(nèi)水冷環(huán)形套，所述外箱體與所述內(nèi)水冷環(huán)形套之間形成與所述型腔相連通的U形腔體；所述外箱體、內(nèi)水冷環(huán)形套的下端與底箱板固定連接，所述外箱體的上端面設(shè)有與所述水冷外金屬型的下端相接的定位止口 ；所述外箱體包括圓柱形的本體，以及沿圓柱形外箱體的切線方向形成的瓢把部，構(gòu)成瓢把形水冷底箱。
21.如權(quán)利要求20所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其特征在于，所述水冷底箱的外箱體由壁厚為30 IOOmm的鑄鋼或鑄鐵制成。
22.如權(quán)利要求20所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其特征在于，所述內(nèi)水冷環(huán)形套由直徑較小的圓柱狀上環(huán)套和直徑較大的圓柱狀下環(huán)套構(gòu)成，形成一凸柱體；所述內(nèi)水冷環(huán)形套內(nèi)設(shè)有圓柱狀貫通內(nèi)孔，外表面由小直徑的上環(huán)套外圓柱面和大直徑的下環(huán)套上圓環(huán)面組成一 L形的回轉(zhuǎn)面，一環(huán)形冷鐵套裝設(shè)置在所述下環(huán)套上圓環(huán)面上，該環(huán)形冷鐵的內(nèi)周面與所述L形的回轉(zhuǎn)面構(gòu)成所述U形腔體，在所述U形腔體的豎直面和底面砌筑有耐火磚內(nèi)襯。
23.如權(quán)利要求22所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其特征在于，所述內(nèi)水冷環(huán)形套內(nèi)距所述L形回轉(zhuǎn)面30 50mm處埋設(shè)有冷卻水盤管，所述冷卻水盤管的進(jìn)、出水口均由所述貫通內(nèi)孔的內(nèi)表面引出，經(jīng)所述底箱板中心透孔延伸到所述水冷底箱外部。
24.如權(quán)利要求20所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其特征在于，所述瓢把部?jī)?nèi)設(shè)有耐火磚管，所述耐火磚管具有橫澆道，所述橫澆道的一端水平延伸至所述U形腔體，并構(gòu)成所述切線橫澆口，所述橫澆道的另一端通過(guò)90°拐角磚豎直向上形成直澆道。
25.如權(quán)利要求22所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其特征在于，所述瓢把部?jī)?nèi)設(shè)有耐火磚管，所述耐火磚管具有橫澆道，所述橫澆道的一端水平延伸，貫穿所述外環(huán)形冷鐵、環(huán)形耐火磚內(nèi)襯與U形腔體連通，并構(gòu)成所述切線橫澆口，所述橫澆道的另一端通過(guò)90°拐角磚豎直向上形成直澆道。
26.如權(quán)利要求20所述的空心管坯水冷鑄造裝置，其特征在于，所述冒口鑄型包括冒口箱，設(shè)置在其內(nèi)的空心環(huán)形砂芯；所述冒口箱的內(nèi)壁設(shè)有保溫耐火材料層，所述空心環(huán)形砂芯的內(nèi)壁設(shè)有絕熱耐火棉層，且所述空心環(huán)形砂芯的內(nèi)腔與水冷內(nèi)金屬型的內(nèi)腔相連通。
專利摘要本實(shí)用新型涉及到一種空心管坯水冷鑄造裝置，包括筒狀水冷外金屬型，設(shè)置在其內(nèi)的筒狀水冷內(nèi)金屬型，水冷內(nèi)、外金屬型之間形成環(huán)形的鑄件型腔；所述水冷外金屬型和水冷內(nèi)金屬型的頂部設(shè)有冒口鑄型；水冷底箱設(shè)置在所述外金屬型和內(nèi)金屬型下部，金屬液自澆口經(jīng)水冷底箱進(jìn)入所述型腔；其中，所述澆口為切線橫澆口，金屬液由所述澆口沿切向進(jìn)入所述水冷底箱，借助切線橫澆口出口速度的推動(dòng)，使鋼液自所述型腔的下方呈圓周旋轉(zhuǎn)方式上升；所述水冷外金屬型、水冷內(nèi)金屬型的縱斷面形狀為上薄下厚帶錐度的金屬型，所述型腔內(nèi)上方的金屬液相對(duì)凝固時(shí)間較下方得到推遲，并通過(guò)控制冷卻水位高度的調(diào)整實(shí)現(xiàn)金屬液自下而上的順序冷卻，提高了成品質(zhì)量。
文檔編號(hào)B22C9/24GK202517011SQ20122015183
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月11日
發(fā)明者劉艷, 周守航, 張西鵬, 耿明山, 黃衍林 申請(qǐng)人:中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司