專利名稱：：一種大斷面球鐵的瞬時(shí)孕育方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種瞬時(shí)孕育方法，尤其是采用澆口箱澆注大斷面球鐵的瞬時(shí)孕育方法。
背景技術(shù)：
：在大斷面球鐵生產(chǎn)過程中，最突出的問題就是球化和孕育衰退，導(dǎo)致碎塊狀石墨或石墨畸變，惡化鑄件性能，因而孕育處理是極其重要。孕育處理可以決定球徑大小、石墨球數(shù)量、石墨球圓整度、乃至抑制球化衰退的關(guān)鍵要素。獲得高等級(jí)孕育效果除了與孕育劑的組成物質(zhì)和加入量有關(guān)外，還與孕育劑的加入時(shí)間和加入方式密切相關(guān)。通常情況下，孕育處理距離鐵水凝固時(shí)間越近越好，即孕育得越晚越好，因此瞬時(shí)孕育往往成為球鐵生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)。目前，生產(chǎn)大斷面球鐵鑄件時(shí)通常采用的瞬時(shí)孕育處理方法是將孕育劑預(yù)先加入到澆口箱中，這種瞬時(shí)孕育方法簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。但這種方法的問題是孕育劑要在澆口箱中完全溶解后才能進(jìn)入型腔，孕育劑加入距離鑄件凝固的時(shí)間較長(zhǎng)，特別是由于孕育劑長(zhǎng)時(shí)間在澆口箱中的熱鐵水中保存，不能迅速進(jìn)入型腔隨鑄件本體一起快速冷卻，這樣就很容易降低球化劑率，出現(xiàn)孕育衰退，產(chǎn)生石墨畸變、產(chǎn)生碎塊狀石墨，進(jìn)而導(dǎo)致球化率的降低，使得鑄件的力學(xué)性能達(dá)不到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。目前使用的孕育劑有多種75SiFe，Si-Ba，Si-Sr，Si-Zr等，但對(duì)于大斷面球鐵來(lái)說(shuō)，均不能達(dá)到滿意的球化效果，鑄件組織中容易產(chǎn)生石墨畸變乃至碎塊狀石墨，球化率較低，進(jìn)而導(dǎo)致鑄件力學(xué)性能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種大斷面球鐵的瞬時(shí)孕育方法，它適用于澆口箱澆注的開放式澆注系統(tǒng)，根據(jù)鐵水流速不同，能準(zhǔn)確改變?cè)杏齽┘尤胨俣龋皇褂眯陆M分的孕育劑在澆注同時(shí)對(duì)鐵水進(jìn)行瞬時(shí)孕育處理，可用于生產(chǎn)材料牌號(hào)為ENGJS400-18LT或ENGJS350-22LT的高性能要求、可抗低溫沖擊的大斷面球鐵鑄件。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下方案一種大斷面球鐵的瞬時(shí)孕育方法，鐵水從澆口箱注入直澆道其特征在于澆注同時(shí)自動(dòng)給料裝置將孕育劑通過管道加入直澆道中，孕育劑與在直澆道中呈半充盈狀態(tài)鐵水混合后注入型腔；自動(dòng)給料裝置根據(jù)鐵水流量的變化自動(dòng)調(diào)整孕育劑的加入速度。孕育劑成分及其重量百分比為CeRe1-2%、Ba2_3%、Ca0_3%、Si65-68%、Bi1-3%，其余為Fe。孕育劑的加入量為澆注重量的0.2%。孕育劑通過的管道為陶瓷管道。發(fā)明有益效果本發(fā)明的孕育劑加入采用隨鐵水流量變化而改變?cè)杏齽┘尤胨俣龋瑴?zhǔn)確控制孕育劑流量，使之和鐵水的混合比穩(wěn)定，提高孕育質(zhì)量；孕育劑靠重力和鐵水在直澆道產(chǎn)生負(fù)壓進(jìn)入直澆道，在鐵水沖擊作用下，與鐵水均勻混合，無(wú)殘留，不會(huì)產(chǎn)生阻塞現(xiàn)象，并能順利進(jìn)入型腔。孕育劑的加入方式與直接在澆口箱中加入方式相比，省去了鐵水在澆口箱內(nèi)停留的時(shí)間，因此孕育劑加入的時(shí)間更加接近鐵水凝固的時(shí)間，從而使得鑄件獲得較高的球化等級(jí)，質(zhì)量穩(wěn)定性大為提高。本發(fā)明采用高效能的孕育劑，其中Bi以物理混合方式加入到CeRe-Si-Ba-Ca孕育劑中，Bi是反球化元素，但在加入量適量的情況下，具有強(qiáng)烈的增加石墨球的能力，高效能的孕育劑中含有Bi1-3%，會(huì)使石墨成核數(shù)量多，球徑小，圓整度好，消除石墨畸變及碎塊狀石墨，鑄件力學(xué)性能、特別是低溫沖擊性能更好，可用于制造高質(zhì)量水平的抗低溫沖擊大斷面球鐵產(chǎn)品。圖1是本發(fā)明實(shí)施例的示意圖。圖中附圖標(biāo)記為1、變頻器；2、電機(jī)；3、給料器；4、料斗；5、導(dǎo)入口；6、陶瓷管道；7、單板機(jī)；8、自動(dòng)給料裝置；9、澆口箱；10、澆口塞；11、直澆道；12、內(nèi)澆道；13、型腔；14、砂箱。具體實(shí)施例方式澆注前，確定產(chǎn)品澆注量和澆注時(shí)間，求出澆口箱液面高度與時(shí)間變化關(guān)系，進(jìn)而求出鐵水澆注流量與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，再依據(jù)孕育劑加入量為鐵水澆注重量的0.2%，導(dǎo)出孕育劑流量與時(shí)間函數(shù)關(guān)系，本發(fā)明使用的自動(dòng)給料裝置8加入孕育劑流量為50g/r，導(dǎo)出自動(dòng)給料裝置8旋轉(zhuǎn)速度與時(shí)間函數(shù)關(guān)系，將旋轉(zhuǎn)速度與時(shí)間的關(guān)系式輸入單板機(jī)7，從而通過單板7控孕育劑的流量，實(shí)現(xiàn)對(duì)孕育劑流量的變量控制，使之與澆注的鐵水流量相應(yīng)，滿足孕育處理的要求。澆注時(shí)，啟動(dòng)電機(jī)2并拔下澆口塞10，鐵水經(jīng)澆口箱9底部注入直澆道11并保持半充盈狀態(tài)，開放式澆注系統(tǒng)設(shè)置有阻流結(jié)構(gòu)，從而可實(shí)現(xiàn)向型腔13內(nèi)逐層注入鐵水；加入孕育劑，重量為鐵水重量的0.2%，其成分及其重量百分比為CeRe1_2%、Ba2-3%、Ca0-3%、Si65-68%、Bi1_3%，其余為Fe;孕育劑由自動(dòng)給料裝置8從砂箱14上部加入，通過陶瓷管道6進(jìn)入砂箱14內(nèi)的直澆道11;借助自然重力和開放式澆注系統(tǒng)中直澆道11中鐵水流動(dòng)造成的負(fù)壓將孕育劑導(dǎo)入，并在直澆道ll與鐵水充分混合，經(jīng)內(nèi)澆道進(jìn)入型腔13。實(shí)施例以1.5MW風(fēng)電機(jī)組的輪轂為例，參照附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。1、首先確定各參數(shù)及變量關(guān)系-A、澆注時(shí)間計(jì)算該鑄件重量為W二10500kg，采用無(wú)冒口鑄造，工藝出品率設(shè)計(jì)為88%，故澆注重量為G=11930Kg。澆注時(shí)間為t=(2/3)XmG1/2=138s。式中m為壁厚系數(shù)，為1.9;G為澆注重量(kg)。B、澆口箱9出口鐵水流量計(jì)算鐵水重量為G=11930Kg，鐵水密度為r鐵水二7Xl(Tkg/cm3;設(shè)澆口箱9直徑Di(cm)，澆口箱9截面積為Sjcm2)，澆口箱9初始液面高度為th(cm),阻流段高度為hx(cm)，阻流段直徑DH(cm)，阻流面積為S阻(cm2)，如果是兩個(gè)以上阻流口時(shí)，阻流面積可表示為i:SB(cni2)。根據(jù)液體不可壓縮原理，澆口箱9內(nèi)液面高度下降dhx，鐵水體積變化為dV二一S!Xdhx(cm3)----------式(1)即為澆口箱9底部出口流出體積。Vx阻二u(2ghx)1/2，g為重力加速度二980cm/s"hx為澆口箱液面高度(cm)，u為流量系數(shù)，在澆口箱9底部阻流的情況下，取0.76。鐵水瞬時(shí)流量dV^dtxXVx卩且XES阻(cm3)，根據(jù)式(1)及式(2)，—Sidhu(2ghx)1/2i:Sffidtx即，一(u(2ghx)〕4"dh^ES阻/Sidtx兩邊積分—/(u(2ghx))—1/2dhx=/ES阻/Sjt"得出—(21/2/ug1/2〕h"二ES阻/S,tx+C--------------——式(3)將t=0,hx=h+h阻及t=138s，hx=h阻分別帶入式(3)，得到一(21"/ug1/2〕h,二138ES阻/S+C-------------------式(4)一(21"/ug1")(h一h阻)w二+C——---------------式(5)由式(4)及式(5)得到:〔21/2/ug1〃〕〔(h一h阻)"2—h阻""=138i:S阻/Si--------式(6)將u二0.76，g二980cm/s2帶入式(6)，可得即((h一h阻)"2—h阻1，=2322i:S阻/Si------------------------式(7)只有一個(gè)阻流口時(shí)，根據(jù)式(7)可得〔(h+h阻r2—h阻"2〕=2322S阻/Si------------------------式(8)對(duì)于兩個(gè)阻流口的情形，i:Sfi=2Sffl，則根據(jù)式(7)可得〔(h+h阻)"2—h阻"2〕=4644S阻/Si------------------------式(9)故，dV阻=u(2ghx)1/2XES阻Xdtx-式(2)本發(fā)明以帶有兩個(gè)阻流口的輪轂為例，所以適用式(9)?，F(xiàn)在需要確定hi及S"根據(jù)h!二G/S!r鐵水，G二11930kg，r鐵水=7Xl(Tkg/cm3，設(shè)S產(chǎn)280X100=28000cm2，得到澆口箱9初始液面高度為h'=60.9cm。將S阻/Sf(3.14X6.574)/28000，hF60.9cm帶入式(9)，得到((60.9+h阻)"2一h阻"2〕=5.5-------------------式(IO)，求解方程式，兩邊同時(shí)平方60,9+h阻一2Xh阻w(60.9+hP》1/2+h阻=30.26，艮卩30.64+2h阻二2X(60.9h阻+h阻2)1/2，兩邊同時(shí)平方121.04h阻_938.84二0，解此方程得出阻流口直線段長(zhǎng)度為h阻"7.76cm。帶入式(5)，得出C=0.494，帶入式(3)，得到—(21"/ug"〕h"二(2S阻/SJt「0.493------------------式(ll)澆口箱液面高度隨時(shí)間變化方程式為h"二8.29—33.64(S阻/S》tx-------------------式(12)，即:hx=((8.29—33.64X(S阻/SOU〕2-------------------式(13)，艮卩hx=(8.3—0.04tx)2----------------------------式(14)式(14)為澆口箱9液面高度hx隨時(shí)間tx變化的最后關(guān)系式。根據(jù)Vxffl=u(2ghx)1/2，可得出鐵水出流速度隨時(shí)間變化規(guī)律如下Vx阻二u(2g)"2(8.3一0.04tJ，艮P:Vx阻二279—1.35tx(cm/s)-------------------式(15)，由此可見，鐵水自阻流口的出流速度與時(shí)間為一線性關(guān)系。c、孕育劑流量計(jì)算孕育劑加入量為鐵水重量的0.2%,則孕育劑流量速度dG/dt隨時(shí)間變化規(guī)律為dG瞬/dt二0.002XVx阻XD2阻Xr鐵水dG瞬/dt二0.002X(279—1.35tx)XD且Xr鐵水-------------------式(12)將r鐵水二7X10—3kg/cm3，D阻二6.5cm帶入式(12)，得到dG瞬/dt二0.558—0.0027tx(kg/s)-------------------式(13)，艮卩dG瞬/dt二558—2.7tx(g/s)-------------------式(14)D、自動(dòng)給料裝置8的轉(zhuǎn)速度計(jì)算本發(fā)明的自動(dòng)給料裝置8每旋轉(zhuǎn)一周，孕育劑流量為50g/r。自動(dòng)給料裝置8的轉(zhuǎn)速與孕育劑流量速度dG瞬/dt成正比，艮卩50(g/r)XV蟝旋二dG瞬/dt二558—2.7tx(g/s)，V=11.2—0.054tx(r/s)-------------------式(15)式(15)即為自動(dòng)給料裝置8旋轉(zhuǎn)速度隨時(shí)間變化規(guī)律。2、將旋轉(zhuǎn)速度與時(shí)間的關(guān)系式V二11.2-0.054tx輸入單板機(jī)7，單板機(jī)7同時(shí)與兩個(gè)自動(dòng)給料裝置8電連接，可同時(shí)控制兩個(gè)直澆道11加入孕育劑的流3、將鐵水重量的0.2%的孕育劑等分后分別加入兩個(gè)料斗4中，孕育劑成分及其重量百分比為CeRe1-2%、Ba2-3%、Ca0_3%、Si65-68%、Bi1-3%，其余為Fe。4、具體過程對(duì)爐中熔化的鐵水進(jìn)行調(diào)溫、調(diào)質(zhì)，將成分達(dá)到要求的鐵水進(jìn)行球化處理及二次孕育處理，在1340136(TC溫度條件下澆注，澆注同時(shí)進(jìn)行瞬時(shí)孕育處理，即拔下兩個(gè)澆口塞10同時(shí)啟動(dòng)兩個(gè)自動(dòng)給料裝置8，料斗4中的孕育劑不斷落入給料器3中，在單板機(jī)7的控制下，變頻器1輸出功率不斷變化，從而帶動(dòng)電機(jī)2轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，使孕育劑流量與鐵水流量相適應(yīng)。孕育劑經(jīng)過給料器3落入設(shè)置在砂箱14上部導(dǎo)入口5，經(jīng)陶瓷管道6進(jìn)入直澆道11;鐵水從澆口箱9流出，注入直澆道ll，在直澆道ll內(nèi)與孕育劑混合，再經(jīng)內(nèi)澆道12注入型腔13，完成澆注過程，當(dāng)鐵水在型腔13中緩慢冷卻后落砂打開砂箱14。5、輪轂最終化學(xué)成分為3.70%C、2.25%Si、0.30%Mn、0.012%S、0.04%P、0.050%Mg、0.020%Re。采用本發(fā)明生產(chǎn)的輪轂鑄件的力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果如表1所示表l、1.5MW輪轂鑄件力學(xué)性能與金相檢測(cè)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1、一種大斷面球鐵的瞬時(shí)孕育方法，鐵水從澆口箱注入直澆道其特征在于澆注同時(shí)自動(dòng)給料裝置將孕育劑通過管道加入直澆道中，孕育劑與在直澆道中呈半充盈狀態(tài)鐵水混合后注入型腔；自動(dòng)給料裝置根據(jù)鐵水流量的變化自動(dòng)調(diào)整孕育劑的加入速度。2、如權(quán)利要求1所述的大斷面球鐵的瞬時(shí)孕育方法，其特征在于孕育劑成分及其重量百分比為CeRe1-2%、Ba2_3%、Ca0-3%、Si65-68%、Bi1-3%，其余為Fe。3、如權(quán)利要求1所述的大斷面球鐵的瞬時(shí)孕育方法，其特征在于孕育劑的加入量為澆注重量的0.2%。4、如權(quán)利要求1所述的大斷面球鐵的瞬時(shí)孕育方法，其特征在于加入孕育劑的管道為陶瓷管道。全文摘要本發(fā)明涉及一種大斷面球鐵的瞬時(shí)孕育方法。本發(fā)明是提供一種根據(jù)澆注時(shí)鐵水流速不同，能準(zhǔn)確改變?cè)杏齽┘尤胨俣鹊拇髷嗝媲蜩F的瞬時(shí)孕育方法。本發(fā)明可用于生產(chǎn)高性能要求、可抗低溫沖擊的大斷面球鐵鑄件。一種大斷面球鐵的瞬時(shí)孕育方法，鐵水從澆口箱注入直澆道其特征在于澆注同時(shí)自動(dòng)給料裝置將孕育劑通過管道加入直澆道中，孕育劑與在直澆道中呈半充盈狀態(tài)鐵水混合后注入型腔；自動(dòng)給料裝置根據(jù)鐵水流量的變化自動(dòng)調(diào)整孕育劑的加入速度。文檔編號(hào)B22D1/00GK101508009SQ200910010788公開日2009年8月19日申請(qǐng)日期2009年3月23日優(yōu)先權(quán)日2009年3月23日發(fā)明者宮俊波申請(qǐng)人:遼寧隆達(dá)集團(tuán)百星達(dá)鑄造有限責(zé)任公司