專利名稱：：一種大斷面球鐵的瞬時孕育方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種瞬時孕育方法，尤其是采用澆口箱澆注大斷面球鐵的瞬時孕育方法。
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間越近越好，即孕育得越晚越好，因此瞬時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)大斷面球鐵鑄件時通常采用的瞬時孕育處理方法是將孕育劑預(yù)先加入到澆口箱中，這種瞬時孕育方法簡單，容易實現(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入型腔，孕育劑加入距離鑄件凝固的時間較長，特別是由于孕育劑長時間在澆口箱中的熱鐵水中保存，不能迅速進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，進而導(dǎo)致球化率的降低，使得鑄件的力學(xué)性能達不到技術(shù)標準要求。目前使用的孕育劑有多種75SiFe，Si-Ba，Si-Sr，Si-Zr等，但對于大斷面球鐵來說，均不能達到滿意的球化效果，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，進而導(dǎo)致鑄件力學(xué)性能達不到標準要求。
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，能準確改變孕育劑加入速度；使用新組分的孕育劑在澆注同時對鐵水進行瞬時孕育處理，可用于生產(chǎn)材料牌號為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孕育方法，鐵水從澆口箱注入直澆道其特征在于澆注同時自動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；自動給料裝置根據(jù)鐵水流量的變化自動調(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孕育劑加入速度，準確控制孕育劑流量，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)生負壓進入直澆道，在鐵水沖擊作用下，與鐵水均勻混合，無殘留，不會產(chǎn)生阻塞現(xiàn)象，并能順利進入型腔。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)停留的時間，因此孕育劑加入的時間更加接近鐵水凝固的時間，從而使得鑄件獲得較高的球化等級，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，具有強烈的增加石墨球的能力，高效能的孕育劑中含有Bi1-3%，會使石墨成核數(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)明實施例的示意圖。圖中附圖標記為1、變頻器；2、電機；3、給料器；4、料斗；5、導(dǎo)入口；6、陶瓷管道；7、單板機；8、自動給料裝置；9、澆口箱；10、澆口塞；11、直澆道；12、內(nèi)澆道；13、型腔；14、砂箱。具體實施例方式澆注前，確定產(chǎn)品澆注量和澆注時間，求出澆口箱液面高度與時間變化關(guān)系，進而求出鐵水澆注流量與時間的函數(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)出孕育劑流量與時間函數(shù)關(guān)系，本發(fā)明使用的自動給料裝置8加入孕育劑流量為50g/r，導(dǎo)出自動給料裝置8旋轉(zhuǎn)速度與時間函數(shù)關(guān)系，將旋轉(zhuǎn)速度與時間的關(guān)系式輸入單板機7，從而通過單板7控孕育劑的流量，實現(xiàn)對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，啟動電機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;孕育劑由自動給料裝置8從砂箱14上部加入，通過陶瓷管道6進入砂箱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中鐵水流動造成的負壓將孕育劑導(dǎo)入，并在直澆道ll與鐵水充分混合，經(jīng)內(nèi)澆道進入型腔13。實施例以1.5MW風(fēng)電機組的輪轂為例，參照附圖進一步說明本發(fā)明。1、首先確定各參數(shù)及變量關(guān)系-A、澆注時間計算該鑄件重量為W二10500kg，采用無冒口鑄造，工藝出品率設(shè)計為88%，故澆注重量為G=11930Kg。澆注時間為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)，如果是兩個以上阻流口時，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)只有一個阻流口時，根據(jù)式(7)可得〔(h+h阻r2—h阻"2〕=2322S阻/Si------------------------式(8)對于兩個阻流口的情形，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)1/2，兩邊同時平方121.04h阻_938.84二0，解此方程得出阻流口直線段長度為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間為一線性關(guān)系。c、孕育劑流量計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、自動給料裝置8的轉(zhuǎn)速度計算本發(fā)明的自動給料裝置8每旋轉(zhuǎn)一周，孕育劑流量為50g/r。自動給料裝置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)即為自動給料裝置8旋轉(zhuǎn)速度隨時間變化規(guī)律。2、將旋轉(zhuǎn)速度與時間的關(guān)系式V二11.2-0.054tx輸入單板機7，單板機7同時與兩個自動給料裝置8電連接，可同時控制兩個直澆道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、具體過程對爐中熔化的鐵水進行調(diào)溫、調(diào)質(zhì)，將成分達到要求的鐵水進行球化處理及二次孕育處理，在1340136(TC溫度條件下澆注，澆注同時進行瞬時孕育處理，即拔下兩個澆口塞10同時啟動兩個自動給料裝置8，料斗4中的孕育劑不斷落入給料器3中，在單板機7的控制下，變頻器1輸出功率不斷變化，從而帶動電機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)性能與金相檢測結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1、一種大斷面球鐵的瞬時孕育方法，鐵水從澆口箱注入直澆道其特征在于澆注同時自動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；自動給料裝置根據(jù)鐵水流量的變化自動調(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孕育方法。本發(fā)明是提供一種根據(jù)澆注時鐵水流速不同，能準確改變孕育劑加入速度的大斷面球鐵的瞬時孕育方法。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孕育方法，鐵水從澆口箱注入直澆道其特征在于澆注同時自動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；自動給料裝置根據(jù)鐵水流量的變化自動調(diào)整孕育劑的加入速度。文檔編號B22D1/00GK101508009SQ200910010788公開日2009年8月19日申請日期2009年3月23日優(yōu)先權(quán)日2009年3月23日發(fā)明者宮俊波申請人:遼寧隆達集團百星達鑄造有限責(zé)任公司