專利名稱：用于生產球墨或致密石墨鑄鐵的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于生產球墨或致密石墨鑄鐵的方法和設備，下面將參考球墨鑄鐵的鑄造工藝來對本發(fā)明作詳細的敘述。
球墨鑄鐵(也被稱為延性鐵或球形石墨鐵)是一種鐵，其中的石墨是以球?；蚯驙铙w的形式存在，在致密石墨鑄鐵(也被稱為蠕墨鑄鐵或準片狀石墨鑄鐵)中，石墨的形式是一種處于灰口鑄鐵中的片狀石墨形式與球墨鑄鐵中球形石墨形式之間的一種中間形式。
球墨鑄鐵一般是用鎂來處理鐵水而制得。常常以少量的稀土與鎂一起添加。稀土和諸如鈣、釔等元素也可用來生產球墨鑄鐵，但它們很少單獨使用。
所有上述的元素都是易氧化的，而鎂特別難以處理，因為鎂在略高于1100℃的溫度下沸騰，而鐵水的正常澆鑄溫度約為1400℃。
可用于鎂處理工藝的含鎂合金的具體例子有，一種用于頂澆法(overpouring)的含鎂5-10%(重量)的鎂硅鐵合金以及用于投入法(plunging)的含鎂20-40%(重量)的鎂鐵合金。將一種用純鎂浸泡過的焦碳用于投入法，還可以將一些特殊的處理容器和方法用于純鎂處理法或特殊合金處理法。
所有的這些方法的共性是鎂處理法必須在大大高于所需的鑄造溫度下進行。通常該處理溫度約為1500℃。
而且，所有這些方法還存在一個共同的問題，即經鎂處理過的鐵必須進行孕育以使得在金屬鑄件中形成晶核，為的是要避免形成不希望的白口鐵的組織，所說的孕育處理可以在在鐵水包中進行，也可以在澆鑄單個模型時，直接在澆鑄的金屬液流中進行，或者在鑄模中進行。
為了改進工藝方法和改善鑄造廠內的工作環(huán)境，在最近十年已有很多機械的或自動化的澆鑄設備投入使用，為了把經過鎂處理的鐵水保持在一種保溫的或不保溫的澆鑄裝置中，這就引起了一些具體問題，也就是a)鎂從鐵水中的損失過多，b)鎂的反應產物在澆鑄設備中逐漸積累，為此，必須定期地清潔和/或翻新耐火襯層，c)在用單個的鑄模進行澆鑄時，要將孕育作用調節(jié)到相同的程度是困難的，并且只能精確地在澆鑄的鐵水流中進行孕育。
在英國專利Nos.1278256和1511246中記載了一種在模具中用鎂處理鐵水的方法，在此方法中，將一種孕育劑放入鑄模內的一個或多個中間室中。該方法只解決了上述a)和b)兩點中所列問題。
該方法的一個主要缺點是鑄模面積的利用率低，因此在給定鑄模的情況下鑄件的產率相應較低，并且該方法對諸如溫度和含硫量等不同的工藝條件的適應性較差。由于需要附加反應室，因此導致鑄模面積的利用率低;另外，只能通過改變澆道系統的方法來進行調節(jié)。
英國專利說明書No.1527054記載了一種能將粉末狀或顆粒狀的鐵-鎂合金噴入澆鑄系統的方法?？梢钥闯?，所記載的這種方法沒有工業(yè)使用價值，因為即使在實驗條件下，該方法也只是偶然地能留下足夠的剩余鎂和形成球體狀石墨。另外，有很多的因素，例如合金的化學組成、鎂的利用率對合金的等級和類型以及澆道系統的尺寸之間的關系，都必須予以考慮。
歐洲專利申請No.0347052記載了一種用于生產球墨鑄鐵或致密石墨鑄鐵的鑄模和方法，在此方法中，通過一個配料器將一種含鎂的和含硅的處理劑加到處于鑄模直澆口處的鐵水流中。該鑄模含有一個陶瓷過濾器，并且鑄模的各個不同部分相互間具有特定的關系，并且要將處理劑的粒徑控制在0.2mm至4mm之間。
在歐洲專利申請No.0347052中，用于將處理劑加入鐵水流中的配料器可以是一種例如在英國專利申請No.2024029A中所記載的那類設備。該設備具有一個與壓縮空氣或惰性氣體的氣源相連接的噴嘴;一個用于向來自噴嘴的氣流中加入處理劑的裝置;以及一個檢測器，它能測出在氣流和處理劑的流動途徑中是否有金屬液流的存在，該檢測器能以這樣一種方式控制處理劑物流，即當處理劑物流的流通途徑中出現金屬熔體時，指令處理劑的物流開始，而當金屬熔體消失時，指令處理劑物料自動停止。
已經有人研究出能夠完成孕育鐵水金屬物料的設備，該設備能從鑄造過程的開始直至結束，以恒定的流量配入細粉粒狀的孕育劑。
在實踐中已發(fā)現，正如在EP 0347052中所述那樣，使用這類設備加入處理劑生產球墨鑄鐵，將會導致鎂和硅在鑄件中的不均勻分布，這是由于在整個鑄造過程中孕育劑的加入速率始終恒定所造成的。結果導致在生產出的鑄件中并不是所有的石墨都處于球墨形態(tài)，并因此使得鑄件具有不同的機械性能。
EP 0347052還報導，有一種用來配給處理劑的較佳設備還具有一個用于調節(jié)處理劑流量的裝置，以便在整個澆鑄過程中能夠經常地將所需量的處理劑加入金屬熔體流中。
現已發(fā)現，假如在澆鑄處于內澆口以下的那部分型腔時，使處理劑按一種常速流動，而在澆鑄處于內澆口以上的那部分型腔時，處理劑就按一種降低的速率流動，這樣就能可靠而滿意地生產出球墨鑄鐵或致密石墨鑄鐵。
本發(fā)明提供了一種在鑄模中生產球墨鑄鐵或致密石墨鑄鐵的方法，該方法使用的鑄模具有一個直澆口、一個內澆口和一個型腔，該型腔的第一部分處于內澆口的水平線以下，而型腔的第二部分處于內澆口的水平線以上，該方法的步驟包括用一個配料器將一種顆粒狀的含鎂和含硅的處理劑以這樣一種方式加入正在進入直澆口的鐵水中，也就是當鐵水澆入型腔的第一部分時，處理劑按常速加入，而當鐵水澆入型腔的第二部分時，處理劑按降低的速率加入，借此用處理劑處理鐵水，這樣在型腔中的鐵固化時就獲得了一種球墨鑄鐵或致密石墨鑄鐵。
本發(fā)明的另一個特征是提供一種專用于實施上面一段文字所述方法的設備，該設備包括一個用于裝載顆粒狀處理劑的容器，一個通過信號傳輸裝置而連接到控制裝置上的測量與數據獲取裝置;一個處于所說容器的下方并與信號傳輸裝置相連接的輸送裝置;以及一個用于將顆粒狀處理劑噴入金屬熔體流中的裝置。
在本發(fā)明設備的一個較佳實施方案中，所說容器是一個加料斗，而所說的測量與數據獲取裝置是一個如德國專利申請公開No.3410845中所述類型的裝置，該裝置具有一塊可讓顆粒狀處理劑從其上面落下的斜板，而且該斜板與一個稱量裝置相連接，由該稱量裝置連續(xù)地稱量落到該斜板上的處理劑的重量。一個象振動流槽那樣的輸送裝置接受來自所說容器的顆粒狀處理劑，然后這些顆粒從輸送裝置落到斜板上并接著從斜板轉移入一個噴射裝置中以便將這些顆粒噴射入金屬熔體流中。
當金屬熔體開始流動時，該控制裝置就從裝載該金屬熔體的容器處，例如從一塊擋板處接收到一個信號，當該擋板升高時即可讓金屬熔體流出。該控制裝置貯存有根據計算結果編成的程序，該程序是按一個預定的時間間隔連續(xù)地計算流過的金屬的數量以及處理劑的數量，并把這一信息傳送到信號變換裝置。
來自測量和數據獲取裝置的有關顆粒狀處理劑流量的數據被傳送到信號變換裝置，該裝置也從控制裝置處接收有關顆粒狀處理劑的所需流量的信息。如果這兩種信息之間出現矛盾，該信號變換裝置將自動地改變顆粒在輸送裝置中的流量。
控制裝置(例如一個微型處理機)貯存有所需的程序，以便保證在澆鑄處于內澆口以下的那部分型腔時，有常量的處理劑加入金屬熔體流中，而在澆鑄處于內澆口以上的那部分型腔時，有降低量的處理劑加入金屬熔體流中。
用于將顆粒狀處理劑噴入金屬熔體流的裝置最好是一種類似于在英國專利申請No.2024029A中所記載那樣的裝置，該裝置由一個加料斗、一個混合室、一個輸送管和一個噴嘴所組成。處理劑的顆粒在重力的作用下落入漏斗中，然后這些顆粒在從噴嘴進入的空氣或惰性氣體的作用下而在混合室中混合。這些顆粒接著被送入一個輸送管并從此處進入金屬熔體流中。
根據鑄模的類型，可以用一個垂直的圓柱體或一個水平的半圓柱體作為理論模型，根據此模型可以計算出處理劑的所需流量。
在澆鑄處于型腔的內澆口水平線以下的那部分型腔時，每秒鐘流過的鐵水重量應該是mO= (Vl.C)/(tl)其中體積 V1＝ (GF4)/(C)而澆鑄時間t1=V12g.HF2.R.FF9]]>其中R＝摩擦系數C＝鑄件金屬的密度GF4＝處于內澆口水平線以下的鑄件的重量FF9＝內澆口的橫截面積g＝重力加速度以及HF2＝處于內澆口水平線以上的圓柱形澆道的高度。
如果利用水平式半圓柱體作為理論模型，則在澆鑄處于內澆口以上的那部分型腔時，每秒鐘流過的鐵水重量應該是m＝ (Vm.c)/(tm)
半圓柱體的長度 L= (2.V2)/(HF32.П)第m塊切片的體積Vm=2-HF32.1-(m/n)2.Ln]]>而第m塊切片的澆鑄時間tm=Vm2g.h.R.FF9.]]>其中 h＝HF2- (m.HF3)/(n)以及 V2＝ (GF5)/(C)其中HF3是處于內澆口水平線以上的那部分型腔的高度，其中n是切片的總數以及m是1至n之間的任一個數，GF5是處于內澆口水平線以上那部分鑄件的重量，而其他符號的含義同上。
當利用一個垂直圓柱體作為理論模型時，每秒鐘流過的鐵水重量應該是ml= (Vml.c)/(tml)該圓柱體的底面積為FFO＝ (V2)/(HF3)每一切片的體積Vm1＝FFO· (HF3)/(n)
而該第m切片的澆鑄時間tml=Vml2g.h.R.FF9]]>其中 h＝HF2- (m.HF3)/(n)以及 V2＝ (GF5)/(c)其中每一個符號的含義同上。
在任何一個時間點上處理劑的實際需要量可以用所需的百分數添加量乘以m0、m或m1而求得。
在本發(fā)明方法的一個較佳方案中，鐵水是鑄入這樣一個鑄模中，該鑄件具有一個處理用的直澆口;一個澆道;一個集渣器;一個過濾室，它具有一個內澆口和一個出口以及一個安裝在內澆口中并具有一個入口和一個出口的過濾器;一個鑄件腔內澆口;以及一個鑄件腔，并且該鑄模的各個部分彼此間具有一種如同歐洲專利申請No.347052中所限定的關系。較佳的是澆道的垂直截面積等于過濾室內澆口的截面積。
用于本發(fā)明的方法與設備中的顆粒狀處理劑最好的是一種粒度為0.4mm～2mm的含鎂和含硅的處理劑。
現在參考附圖
來解釋本發(fā)明，該附圖是表示本發(fā)明設備的一個示意圖。
現在參考附圖中的設備，該設備用于將一種顆粒狀處理劑加入到用于生產球墨鑄鐵或致密石墨鑄鐵的鐵水流中，它由下列單元組成一個用于裝載顆粒狀處理劑的加料斗1、一個振動流槽輸送器2、一個帶有斜板4的測量及數據獲取裝置3、一個信號變換器5、一個微型處理機6、以及一個用于將顆粒狀處理劑噴入金屬熔體流中的噴射裝置7。該噴射裝置7是英國專利申請No.2024029A中所述設備的一部分，該設備的其他部分沒有示出。噴射裝置7由下列單元組成一個漏斗8;一個混合室9，它帶有一個用于噴射壓縮空氣的噴嘴10;以及一個輸送管11。
在使用時，一旦鐵水開始流動，微型處理機就接收到一個由裝載鐵水的容器(未示出)發(fā)出的信號，然后它就連續(xù)地計算流過的鐵水量。
顆粒狀處理劑從加料斗1落入一個與信號變換器5相連接的振動流槽輸送器2。這些顆粒狀處理劑沿著輸送器2通過并落到斜板4上并從此處落入噴射器裝置7中。測量與數據獲取裝置連續(xù)地稱量和記錄落到斜板4上的顆粒狀處理劑的重量，并將記錄下的數據轉送給信號變換器5。微型處理機6貯存有一個程序，它能決定在任何一個時刻所需要的顆粒狀處理劑的數量(以流過的鐵水的數量計算)以及所需加入的處理劑的百分比，并連續(xù)地將有關處理劑需要量的信息傳送給信號變換器5。如果由測量與數據獲取裝置3測得的處理劑的實際流量不符合要求，那末信號轉換器5將修正處理劑在振動流槽輸送器2中的流量。
顆粒狀處理劑通過噴射裝置7的漏斗8落入混合室9中并在此處被通過噴嘴10進來的壓縮空氣攪拌混合，在這里處理劑向下加速穿過輸送管11而進入正在澆入鑄模的金屬熔體流中。
微型處理機6按上述方式來控制處理劑的流量，也就是在鐵水澆入處于內澆口水平線以下的那部分鑄模的鑄件腔時，顆粒狀處理劑按常速流動，而當鐵水澆入處于內澆口水平線以上的那部分型腔中時，顆粒狀處理劑就按一種降低的速率流動。
下面將以對比例來進一步解釋本發(fā)明。
使用在附圖中所示的設備生產了兩個同樣的，以球墨鑄鐵為材質的，其外形與一條旋轉軸對稱的軸承套鑄件(實例1)，另外僅用英國專利申請No.2024029A中所記載的設備生產了兩個同樣的鑄件(實例2)。
該鑄件的重量為77kg，而其總高度為250mm。在實施例1中，對每一個鑄模所添加的含鎂和含硅處理劑的總量(該處理劑配合鐵水的實際流量加入)為1066g。而在實施例2中，把相同的處理劑按50g/s的恒定速率在約21秒內對每一個鑄模共加入1054g。
對所有鑄件內的不同點進行了鎂和硅含量的分析，然后計算出平均值并從此平均值計算出標準偏差。
獲得了下列結果。
實施例1鎂鑄件1鑄件2頂部 中心 底部 頂部中心 底部0.023% 0.024%0.023%0.023% 0.023% 0.022%0.022% 0.023%0.021%0.022% 0.024% 0.021%0.022% 0.022%0.021%0.023% 0.023% 0.023%0.023% 0.023%0.021%0.022% 0.024% 0.022%
平均值(X)＝0.0225%標準偏差(S)＝0.000933%X+/-3S＝0.0197%至0.0253%硅鑄件1鑄件2頂部中心底部 頂部中心 底部2.22% 2.25% 2.18% 2.22% 2.20% 2.15%2.20% 2.17% 2.17% 2.21% 2.26% 2.14%2.21% 2.19% 2.19% 2.24% 2.28% 2.20%2.24% 2.20% 2.17% 2.20% 2.26% 2.18%平均值(X)＝2.205%標準偏差(S)＝0.00358%X+/-3S＝2.098%至2.312%實施例2鎂鑄件1鑄件2頂部中心 底部 頂部 中心 底部0.023% 0.022% 0.020%0.023%0.023%0.020%0.022% 0.023% 0.019%0.021%0.022%0.020%0.022% 0.023% 0.019%0.023%0.022%0.019%0.022% 0.022% 0.017%0.022%0.022%0.020%
平均值(X)＝0.0213%標準偏差(S)＝0.001654%X+/-3S＝0.0163%至0.0263%硅鑄件1鑄件2頂部 中心 底部 頂部 中心 底部2.20% 2.35% 2.18% 2.31% 2.29% 2.18%2.26% 2.35% 2.24% 2.24% 2.34% 2.23%2.30% 2.28% 2.21% 2.23% 2.27% 2.19%2.26% 2.31% 2.15% 2.33% 2.30% 2.20%平均值(X)＝2.267%標準偏差(S)＝0.0575%X+/-3S＝2.090%至2.435%在不使用本發(fā)明方法的實施例2中，鐵水澆入鑄模的流速在開始時約為4.5kg/s，而在結束時約為2.5kg/s。而由于處理劑的加入流率恒定于50g/s，因此使得處理劑的實際加入比例(以鐵的重量計算)在開始時為1.11%，而在結束時為2.00%。
在實施例1中，處理劑的加入速率由本發(fā)明的設備控制，使得在澆鑄低于內澆口的那部分型腔時，處理劑按常速加入，而在澆鑄高于內澆口的那部分型腔時，處理劑按降低的速率加入。
將所獲的這些結果比較后可以看出，當以恒定速率加入處理劑時，鎂和硅含量的標準偏差分別要比采用本發(fā)明的方法按照所需量來添加處理劑時所獲的標準偏差高77%和60%。況且，即使在兩個實施例中所消耗的處理劑的數量實際上相等，然而在實施例2的部分鑄件中發(fā)現了致密石墨，而實施例1的鑄件所含的石墨100%為球狀石墨。
權利要求
1.一種用于在鑄模中生產球墨鑄鐵或致密石墨鑄鐵的方法，該方法所用的鑄模含有一個直澆口、一個內澆口和一個型腔，該型腔的第一部分處于內澆口的水平線以下，而型腔的第二部分則處于內澆口的水平線以上，該方法包括將顆粒狀含鎂和含硅的處理劑從一個配料器加入正在進入直澆口的鐵水流中，其特征在于，處理劑是以這樣一種方式來添加，也就是當鐵水澆入型腔的第一部分時，處理劑按常速加入，而當鐵水澆入型腔的第二部分時，處理劑按降低的速率加入，以便用處理劑處理鐵水，以及使得在型腔中的鐵水固化時生成一種球墨鑄鐵或致密石墨鑄鐵。
2.如權利要求1的方法，其特征在于，該方法所用的鑄模含有一個澆道、一個集渣器和一個過濾室，該過濾室具有一個內澆口和一個出口，并且在過濾室中具有一個含有一個入口和一個出口的陶瓷過濾器，并且所說澆道的垂直截面積等于過濾室的內澆口的截面積。
3.如權利要求1或權利要求2的方法，其特征在于，含鎂和含硅的處理劑的顆粒粒徑為0.4mm～2mm。
4.用于權利要求1的方法中的設備，其特征在于，該設備包括一個用于裝載顆粒狀處理劑的容器、一個通過信號變換器而連接到控制裝置上的測量與數據獲取裝置、一個處于所說容器的下方并且與信號變換器相連接的輸送裝置，以及一個用于將顆粒狀處理劑噴入金屬熔體流中的噴射裝置。
5.如權利要求4的設備，其特征在于，所說的容器是一個加料斗，以及所說的測量與數據獲取裝置具有一塊斜板，而顆粒狀處理劑落到該傾斜板上，并且該斜板與一個用于連續(xù)地稱量落到斜板上的顆粒狀處理劑重量的裝置相連接。
6.如權利要求4或權利要求5的設備，其特征在于，輸送器裝置是一個振動流槽。
7.如權利要求4至6中的任一項所述設備，其特征在于，控制器裝置是一個微型處理機。
8.如權利要求4至7中的任一項所述設備，其特征在于，用于將顆粒狀處理劑噴射入金屬熔體流中的裝置由一個漏斗、一個混合室、一個輸送管和一個噴嘴所組成。
全文摘要
一種用于在鑄模中生產球墨鑄鐵的方法，該鑄模具有一個直澆口、一個內澆口和一個型腔，該型腔具有一個在內澆口水平線之下的第一部分和之上的第二部分，該方法包括將顆粒狀的含鎂和含硅的處理劑從一個分配器加入正在進入直澆口的金屬熔體流中，加入的方式是當鐵水澆入型腔的第一部分時，處理劑按常速添加，而當鐵水澆入型腔的第二部分時則按降低的速率添加，處理劑的添加操作由這樣一個設備來控制，該設備含有一個容器(1)；一個通過信號變換裝置(5)連接到控制裝置(6)上的測量與數據獲取裝置(3)；一個處于容器(1)的下方而與信號變換裝置(5)相連接的輸送裝置(2)；以及一個用于將顆粒狀處理劑噴入金屬熔體流中的裝置(7)。
文檔編號B22D1/00GK1084900SQ9211208
公開日1994年4月6日 申請日期1992年9月30日 優(yōu)先權日1991年6月1日
發(fā)明者M·費塞爾, W·艾森那赫 申請人:福塞科國際有限公司