專利名稱：離心鑄造冷型氣、霧冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及離心制造領(lǐng)域，尤其是指離心鑄造過程冷型的氣、霧冷卻 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
眾所周知，現(xiàn)有的離心鑄造軋輥冷型冷卻方法是旋轉(zhuǎn)鑄型在空氣中自然冷
卻，無控制能力。以O(shè)1250X5000軋輥的澆注和冷卻為例，傳統(tǒng)設(shè)計冷型壁厚 300mm左右，冷型重量73000Kg，以澆注ICDP軋輥為例，圖1為①1250X5000 軋輥工作層用傳統(tǒng)離心鑄造軋輥冷型自然冷卻溫度分布示意圖，其兩端溫度明 顯低于中部；傳統(tǒng)工藝工作層易出現(xiàn)的工作層組織偏析如圖2所示。
由于離心軋輥鑄造，特別是含有石墨、碳化物的高合金鑄鐵軋輥離心鑄造， 其組織的控制主要是通過鑄型的激冷來實現(xiàn)，而鑄型的激冷能力隨鑄型的蓄熱、 時間的推遲而急劇下降，因此傳統(tǒng)工藝方法的軋輥外層組織無法避免地存在著 不均勻現(xiàn)象，外表層向里組織逐漸粗化，致使軋輥使用到中后期性能明顯下降; 而且，由于離心軋輥填芯復(fù)合過程采用立式填芯，填芯金屬液對外層沖刷能力 下方大于上方，填芯過程由下向上逐漸完成，因此下方工作層易沖薄，上方易 出現(xiàn)結(jié)合不良。
以往人們一直力求通過改變合金化方法和孕育、變質(zhì)方法來解決組織偏析 和粗化問題，但一直未能得到有效控制，上下厚度熔蝕不均問題一直沒有好的 解決思路。鑒于現(xiàn)有離心鑄型自然冷卻存在的不足，設(shè)計人基于豐富的專業(yè)理 論知識和研發(fā)經(jīng)驗，提出了本實用新型的離心鑄造冷型氣、霧冷卻系統(tǒng)，以改 善或克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
實用新型內(nèi)容
本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種離心鑄造冷型氣、霧冷卻系統(tǒng)， 其克服傳統(tǒng)自然冷卻技術(shù)中存在的不足，使離心鑄件在澆注過程冷型的冷卻能 夠按照預(yù)期的要求得到控制，從而起到控制鑄件工作層組織、性能的目的。
本實用新型的技術(shù)解決方案是 一種離心鑄造冷型氣、霧冷卻系統(tǒng)，其特 征在于，該冷卻系統(tǒng)包括集水管、集氣管及多組氣霧冷卻噴嘴，其中，該集水 管和該集氣管與離心機軸線平行設(shè)置，每組氣霧冷卻噴嘴分別設(shè)有與所述集水 管相連的進(jìn)水口、與所述集氣管相連的進(jìn)氣口及氣霧混合噴頭，所述氣霧混合 噴頭朝向冷型設(shè)置，以將進(jìn)入進(jìn)氣口的壓縮空氣和進(jìn)入進(jìn)水口的高壓水按調(diào)整 的比例混合成霧后從噴嘴口噴到對應(yīng)的冷型外表面。
本實用新型的離心鑄造冷型氣、霧冷卻系統(tǒng)，無需對原有離心設(shè)備進(jìn)行大 的改造即可實現(xiàn)對鑄型的冷卻控制，且至少有下列優(yōu)點
1、 改善離心鑄造過程溫度場、改善工作層順序凝固、消弱組織偏析、消 弱組織粗大現(xiàn)象。
2、 穩(wěn)定鑄型外表面溫度、提高鑄型剛度、減小鑄型熱脹不均產(chǎn)生的機械 振動現(xiàn)象、在保證鑄型足夠剛度強度的基礎(chǔ)上可以使鑄型重量更小。
3、 利用CAE有限元計算確定對鑄型的溫度分布，可以通過調(diào)整溫度場， 使鑄件(如軋輥)工作層內(nèi)表面溫度按要求沿軸線由低到高逐漸變化，消除軋 輥兩端結(jié)合不良現(xiàn)象，減輕上下厚度不均現(xiàn)象。


圖1為離心鑄造軋輥冷型傳統(tǒng)自然冷卻溫度分布示意圖。
圖2為離心鑄造軋輥冷型傳統(tǒng)自然冷卻工作層內(nèi)組織分布圖。
圖3A、圖3B為本實用新型的離心鑄造冷型氣、霧冷卻系統(tǒng)的二具體實施 例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本實用新型的一應(yīng)用實施例的用水量分布示意圖。圖5為另一應(yīng)用實施例目標(biāo)要求的外層內(nèi)表面溫度分布示意圖 圖6為對應(yīng)圖5的用水量分布示意圖。
附圖標(biāo)號說明
2、集水閥
5、 集氣管
6、 集氣閥 9、冷型 12、端蓋 15、引風(fēng)機
I、 集水管 4、噴嘴
7、 氣量控制閥
8、 空氣軟管
II、 托輥 14、導(dǎo)流管
3、水量控制閥
6、 集氣閥
7、 氣量控制閥 10、澆鑄金屬液 13、蒸汽導(dǎo)流罩 16、放散口
具體實施方式
為更進(jìn)一步闡述本實用新型為達(dá)成預(yù)定實用新型目的所采取的技術(shù)手段及 功效，
以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本實用新型提出的離心鑄造冷型氣、 霧冷卻系統(tǒng)及其具體實施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及功效，詳細(xì)說明如后。
通過具體實施方式
的說明，當(dāng)可對本實用新型為達(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，然而所附圖僅是提供參考與說明用， 并非用來對本實用新型加以限制。
本實用新型提出一種離心鑄造冷型氣、霧冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)包括集水 管、集氣管及多組氣霧冷卻噴嘴，其中，該集水管和該集氣管與離心機軸線平 行設(shè)置，每組氣霧冷卻噴嘴分別設(shè)有與所述集水管相連的進(jìn)水口、與所述集氣 管相連的進(jìn)氣口及氣霧混合噴頭，所述氣霧混合噴頭朝向離心鑄型設(shè)置，以將 進(jìn)入進(jìn)氣口的壓縮空氣和進(jìn)入進(jìn)水口的高壓水按調(diào)整的比例混合成霧后從噴嘴 口噴到對應(yīng)的冷型外表面。
如圖3A所示，為本實用新型的離心鑄造冷型氣、霧冷卻系統(tǒng)的一具體實施 例的結(jié)構(gòu)示意圖，其是以離心鑄造軋輥為例進(jìn)行說明的。如圖所示，軋輥冷型 9置于離心機托輥11上，兩端設(shè)有端蓋12，在離心鑄型側(cè)下方與離心機軸線平行布置著一根集水管1和一根集氣管5，在集水管1和集氣管5之上均勻布置 10 30組(本實施例為23組)氣霧冷卻噴嘴4;每組噴嘴4上分別有進(jìn)水口 、 進(jìn)氣口、氣霧混合噴頭；進(jìn)水口和進(jìn)氣口分別與水量控制閥3、氣量控制閥7 螺紋密封連接；水量控制閥3、氣量控制閥7分別與集水管1、集氣管5螺紋密 封連接；且集水管1、集氣管5的前端分別與集水閥2、集氣閥6螺紋密封連結(jié)。 本實施例中，該集水管1設(shè)于集氣管5的上方，各噴嘴4通過對應(yīng)的水量 控制閥3設(shè)于集水管上，且各噴嘴4的進(jìn)氣口通過對應(yīng)的空氣軟管8及氣量控 制閥7連接至集氣管5。通過調(diào)整水量控制閥3、氣量控制閥7，可調(diào)整高壓水 及壓縮空氣的流量，通過調(diào)整二者流量比例，可以滿足軋輥工作層內(nèi)溫度分布 的要求。
如圖3B所示，為本實用新型的冷卻系統(tǒng)的另一具體實施例，該實施例中， 冷卻系統(tǒng)還包括罩設(shè)在外部的蒸汽導(dǎo)流罩13，且該蒸汽導(dǎo)流罩13通過導(dǎo)流管 14、引風(fēng)機15、放散口 16連通至大氣，從而將冷卻過程產(chǎn)生的蒸汽排出。為 了方便操作，該蒸汽導(dǎo)流罩13包括固定不動的底座部分和可開啟的上部組成， 二者間的連接可采用多種現(xiàn)有結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，例如可采用定位銷定位把合連接， 由于該連接并非本實用新型的保護重點，此處不予贅述。
噴頭將進(jìn)入進(jìn)氣口的壓縮空氣和進(jìn)入進(jìn)水口的高壓水按調(diào)整的比例混合成 霧，從噴嘴口呈扇形面噴到對應(yīng)的冷型外表面起到冷卻鑄型的作用，同時水的 氣霧體受熱產(chǎn)生大量蒸汽，蒸汽經(jīng)蒸汽導(dǎo)流罩13、導(dǎo)流管14由引風(fēng)機15排出 放散口 16。
由于鑄型冷卻強度的提高，改善了鑄型因蓄熱造成對澆入的金屬液激冷能 力下降現(xiàn)象，達(dá)到了均勻細(xì)化組織、控制外層溫度場分布的目的，改善了軋輥 外層內(nèi)表面與填芯金屬液的冶金結(jié)合能力與工作層厚度的控制水平。
另外，根據(jù)對軋輥工作層內(nèi)溫度分布的要求，可利用CAE有限元數(shù)值模擬 計算而確定不同部位噴嘴冷卻強度，并預(yù)先通過調(diào)整各噴嘴對應(yīng)的水量控制閥、 氣量控制閥而調(diào)整好氣、水流量比例，冷卻鑄型時只需依序打開集氣閥、集水閥即可使軋輥在離心鑄造過程按照要求的順序凝固，達(dá)到所需的工作層溫度分 布。
由于本實用新型的各噴嘴均具有單獨的水量控制閥、氣量控制閥，因此， 水、氣混合冷卻時，氣與水均可由0% 100%間的任意調(diào)節(jié)；通過對不同部位
噴嘴的調(diào)節(jié)實現(xiàn)對整個軋輥工作層溫度分布的調(diào)節(jié)，從而使工作層按要求的凝 固順序達(dá)到所需溫度分布，實現(xiàn)對立式填芯過程上下熔蝕量以及結(jié)合層質(zhì)量的 有效控制。
本實用新型的強制冷卻大大提高了鑄型激冷能力，有條件使鑄型重量制作
得更輕；同時激冷能力的提高起到了減緩軋輥工作層組織偏析和組織粗大。本 實用新型的鑄型外壁冷卻，降低了鑄型表面溫度不均導(dǎo)致的離心機振動現(xiàn)象。
下面以兩個應(yīng)用實施例來說明本實用新型的冷卻系統(tǒng)和冷卻裝置的具體應(yīng) 用及達(dá)到的效果。
應(yīng)用實施例一
為了使得鑄型內(nèi)凝固層內(nèi)表面溫度溫度分布更均勻，縮小中心與兩側(cè)的最 大溫度差，利用CAE有限元數(shù)值模擬計算而確定出不同部位噴嘴的冷卻強度。 以軋輥ZG30鑄鋼冷型為例(用于O1250X5000軋輥)，冷型壁厚為250mm，冷型 重量59000Kg，內(nèi)壁涂料層厚度為3.0mm，冷型溫度200 °C，計算得到的離心 鑄造軋輥冷型氣、霧冷卻用水量的分布如圖4所示。據(jù)此，本實施例包括下列 步驟
首先調(diào)整離心鑄造軋輥冷型氣、霧冷卻系統(tǒng)的各水量控制閥3、氣量控制閥 7，使水占混合霧的比例(流量)按圖4分布；
然后，將組裝好、噴完涂料且溫度在150 250。C的軋輥ZG30鑄鋼冷型放置 到離心機托輥上，冷型沿軌道在離心機托輥的支撐驅(qū)動下以600轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速做圓 周旋轉(zhuǎn)運動；
澆注外層ICDP合金鑄鐵材質(zhì)金屬液，澆注厚度80mm，澆注溫度135(TC; 隨后開啟引風(fēng)機，澆注后5分鐘開啟集氣閥，澆注后8分鐘開啟集水閥；35分鐘關(guān)閉集水閥、集氣閥并減速停轉(zhuǎn)，關(guān)閉引風(fēng)機。
完成上述步驟后，監(jiān)測鑄型內(nèi)凝固層內(nèi)表面溫度925 945'C，中心與兩側(cè) 最大溫度差2CTC，溫度分布均勻、效果明顯；且鑄型重量由傳統(tǒng)設(shè)計減少 14000Kg，整個過程鑄型旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)未發(fā)生振動，工作層組織偏析情況有明顯好轉(zhuǎn)。
應(yīng)用實施例二
本實施例中，離心軋輥填芯復(fù)合過程采用立式填芯，仍然以軋輥ZG30鑄鋼 冷型為例進(jìn)行說明冷型壁厚為250mm，內(nèi)壁涂料層厚度為3. Omm，冷型溫度 200 。C。
為消除沖刷和溫度導(dǎo)致的不良后果，利用CAE有限元數(shù)值模擬計算而確定 出不同部位噴嘴的冷卻強度，理想的鑄型內(nèi)外層內(nèi)表面溫度分布應(yīng)達(dá)到圖5分 布要求，對應(yīng)鑄型表面冷卻水量分布如圖6所示。
本實施例包括下列步驟
調(diào)整離心鑄造軋輥冷型氣、霧冷卻各水量控制閥、氣量控制閥，使得水占
混合霧的比例(流量)符合圖6分布要求；
將組裝好、噴完涂料且溫度在150 25(TC的軋輥ZG30鑄鋼冷型放置到離心 機托輥上，冷型沿軌道在離心機托輥的支撐驅(qū)動下以600轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速做圓周旋轉(zhuǎn) 運動；
澆注外層ICDP合金鑄鐵材質(zhì)金屬液澆注厚度80mm，澆注溫度135CTC;
隨后開啟引風(fēng)機，澆注后5分鐘開啟集氣閥，澆注后8分鐘開啟集水閥；
35分鐘關(guān)閉集水閥、集氣閥并減速停轉(zhuǎn)，關(guān)閉引風(fēng)機。
完成上述步驟后，監(jiān)測鑄型內(nèi)凝固層內(nèi)表面溫度下端910 915°C、上端 930 945°C，整個軸向溫度過渡均勻、兩端區(qū)域沒有明顯溫度降落；整個過程 鑄型旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)未發(fā)生振動，停轉(zhuǎn)后，二次合箱2分鐘后填芯，填芯溫度136(TC，填芯時間5分鐘。澆注的軋輥初加工探傷檢驗厚度均勻55 65mm，下端未出 現(xiàn)明顯的工作層吃薄、上端未發(fā)現(xiàn)結(jié)合層不良現(xiàn)象，且整個輥身結(jié)合層結(jié)合質(zhì) 量良好，工作層內(nèi)組織檢驗，偏析情況有明顯好轉(zhuǎn)。
以上描述的應(yīng)用實施例僅是為了理解本實用新型的技術(shù)方案，并非用于對 本實用新型進(jìn)行限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以了解，該系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)及形式 還可作出其它變化和修改，而且，其具體的應(yīng)用對象及實施條件也不限于以上 所列舉，本實用新型同樣可應(yīng)用于其它結(jié)構(gòu)的離心鑄造工藝，且其實施條件完 全可以根據(jù)實際需要而調(diào)整、變化。
由上述描述可知，本實用新型中，由于采用水、氣混合方式冷卻，實現(xiàn)了 由100%氣到100%水的任意比例無限過渡調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了任一噴嘴冷卻強度的隨意 調(diào)節(jié)性；采用CAE有限元仿真模擬計算使要求的溫度分布通過該冷卻系統(tǒng)得到 實現(xiàn)；每組噴嘴采用獨立的水量控制閥、氣量控制閥使軸向冷卻強度可調(diào)節(jié)性 更強；集水閥、集氣閥的應(yīng)用，使冷卻系統(tǒng)的開啟、停止更方便。
其次，本實用新型采用強制冷卻方法，解決了離心鑄型激冷能力不足的問 題，因此在保證鑄型剛度、強度的基礎(chǔ)上可以使鑄型重量更輕。
再次，本實用新型采用鑄型外壁冷卻，有效地控制了鑄型表面溫度，減輕 和消除了澆注后因鑄型熱膨脹不均導(dǎo)致的離心機振動現(xiàn)象。
本實用新型的離心鑄造軋輥冷型氣、霧冷卻系統(tǒng)實現(xiàn)了軋輥離心鑄造過程 溫度場的調(diào)節(jié)；實現(xiàn)了對凝固過程組織偏析、組織粗大現(xiàn)象的有效控制，有減 緩軋輥工作層組織偏析、組織粗大作用；可實現(xiàn)對立式填芯過程上下熔蝕量以 及結(jié)合層質(zhì)量的有效控制，有減小工作層厚度差、改善軋輥兩端結(jié)合層質(zhì)量的 作用。
雖然本實用新型已以較佳實施例披露如上，然而并非用以限定本實用新型， 例如本實用新型除了用于上述離心軋輥的制造之外，同樣可應(yīng)用于各種筒形件、 套形件的離心鑄造，因此，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型 技術(shù)方案的范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容，做出更改或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的 技術(shù)實質(zhì)對以上的實施例所作的任何的簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于 本實用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種離心鑄造冷型氣、霧冷卻系統(tǒng)，其特征在于，該冷卻系統(tǒng)包括集水管、集氣管及多組氣霧冷卻噴嘴，其中，該集水管和該集氣管與離心機軸線平行設(shè)置，每組氣霧冷卻噴嘴分別設(shè)有與所述集水管相連的進(jìn)水口、與所述集氣管相連的進(jìn)氣口及氣霧混合噴頭，所述氣霧混合噴頭朝向冷型設(shè)置，以將進(jìn)入進(jìn)氣口的壓縮空氣和進(jìn)入進(jìn)水口的高壓水按調(diào)整的比例混合成霧后從噴嘴口噴到對應(yīng)的冷型外表面。
2、 如權(quán)利要求1所述的離心鑄造冷型氣、霧冷卻系統(tǒng)，其特征在于，該 集水管和該集氣管位于冷型的側(cè)下方。
3、 如權(quán)利要求1所述的離心鑄造冷型氣、霧冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所 述進(jìn)水口是通過水量控制閥與所述集水管連接，所述進(jìn)氣口是通過氣量控制閥 與前述集氣管連接。
4、 如權(quán)利要求1所述的離心鑄造冷型氣、霧冷卻系統(tǒng)，其特征在于，該 集水管連接有集水閥，該集氣管連接有集氣閥。
5、 如權(quán)利要求1所述的離心鑄造冷型氣、霧冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所 述冷卻系統(tǒng)還罩設(shè)有蒸汽導(dǎo)流罩，且該蒸汽導(dǎo)流罩通過導(dǎo)流管、引風(fēng)機、放散 口連通至大氣，從而將冷卻過程產(chǎn)生的蒸汽排出。
6、 如權(quán)利要求1所述的離心鑄造冷型氣、霧冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所 述冷型為離心鑄造軋輥冷型。
專利摘要一種離心鑄造冷型氣、霧冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)包括集水管、集氣管及多組氣霧冷卻噴嘴，其中，該集水管和該集氣管與離心機軸線平行設(shè)置，每組氣霧冷卻噴嘴分別設(shè)有與所述集水管相連的進(jìn)水口、與所述集氣管相連的進(jìn)氣口及氣霧混合噴頭，所述氣霧混合噴頭朝向離心鑄型設(shè)置，以將進(jìn)入進(jìn)氣口的壓縮空氣和進(jìn)入進(jìn)水口的高壓水按調(diào)整的比例混合成霧后從噴嘴口噴到對應(yīng)的冷型外表面。本實用新型實現(xiàn)了對離心鑄造過程溫度場的調(diào)節(jié)；實現(xiàn)了對凝固過程組織偏析、組織粗大現(xiàn)象的有效控制，有減緩工作層組織偏析、組織粗大作用；可實現(xiàn)對立式填芯過程上下熔蝕量以及結(jié)合層質(zhì)量的有效控制，有減小工作層厚度差、改善軋輥兩端結(jié)合層質(zhì)量的作用。
文檔編號B22D13/10GK201320599SQ20082012365
公開日2009年10月7日 申請日期2008年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月14日
發(fā)明者艷 劉, 周守航, 張西鵬, 韓慶禮, 黃衍林 申請人:中冶京誠工程技術(shù)有限公司