一种铸铁水平连续铸造结晶器及铸铁型材的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铸铁水平连续铸造结晶器及铸铁型材的制备方法，其中结晶器包括结晶体本体，结晶器本体的高纯石墨铸型前端设置下水口式隔离环。本发明专利技术铸铁水平连续铸造结晶器，通过在高纯石墨铸型的前端设置下水口式隔离环，利用下水口式隔离环的阻挡作用迫使铁水不能以层流方式进入高纯石墨铸型，而必须以受迫紊流形式进入高纯石墨铸型中，充分利用铁水紊流流动时产生的高速冲刷作用，将凝固前沿向后推移，使铁水进入结晶器水冷铁套强制冷却区域后再结晶凝固。采用本发明专利技术结晶器生产的铸铁型材表面光洁，避免出现下疤皮的现象，组织致密、均匀，硬度分布均匀，力学性能得到一定程度的提高，切削加工性能好，加工余量小，降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于铸铁材料及铸造冶金
，涉及一种铸铁水平连续铸造结晶器，本专利技术还涉及利用该结晶器制备铸铁型材的方法。
技术介绍
铸铁水平连续铸造是现代高品质铸铁毛坯生产的新型技术，已被列为国家级科技成果重点推广项目。“铸铁水平连铸技术”被国家环保总局和国家经贸委联合公告2003年第23号[国家重点行业清洁生产技术导向目录]第16项，被认定为重点优先发展的清洁制造技术项目。由于铸铁型材具有组织致密、石墨细小、综合机械加工性能好、耐压性能和抗疲劳性能特别优良、铸造缺陷少等特点，已经在机械、液压、冶金、纺织、印刷等行业和领域得到了广泛应用，成为目前产品升级和更新换代的铸铁首选材料。铸铁型材的生产是一个连续生产过程，按照需要调整成分和孕育后或经球化再孕育后的铁水浇入保温炉，经安装于保温炉下部的结晶器冷却凝固成一定厚度的凝壳，再经牵引机以“拉-停-拉”工艺拉出结晶器外，连续生产铸铁型材。由于铸铁型材生产过程铁水是在水冷石墨铸型内得到冷却凝固成形的，其冷却效果会直接影响水平连铸工艺的顺利实施和铸铁型材的微观组织及外观质量。然而，高纯石墨铸型高的导热系数致使铁水冷却速度非常快，因而当铁水进入石墨铸型与石墨接触后，石墨的急冷作用使铁水迅速降温并形
核，凝固前沿始终逆向于牵引拉拔方向，向保温炉方向生长。当形核核心不断长大，沿着石墨铸型内壁生长。由于重力作用，铁液中的晶核会沉积下来，下部的晶核密度相较上部更多，在凝固过程中，枝晶在晶核基础上生长，因此下部会优先凝固，并且在重力作用下，下部铁水与结晶器的接触更为紧密，更加贴合，这就有利于发挥水冷结晶器石墨铸型的冷却作用，而石墨铸型内壁也可作为形核的核心，诱发形核并结晶。上部的铁水则与石墨铸型内壁的接触不是那么紧密，并且由于结晶潜热的释放，更加不利于上部铁水的凝固。在石墨铸型内下部的凝固前沿先于上部靠近保温炉，如图1所示。然而，由于在高温下石墨铸型内的铁水凝壳强度较低，尤其是下部凝壳较薄时，在拉拔时强度不足以使其高于凝壳与石墨铸型的摩擦力，此时凝壳被拉断而滞留于石墨铸型内或滞留于石墨铸型与保温炉的接口处，如图2所示。因此，在铸铁型材的表面总能看到均匀倾斜的步长线。在铸铁水平连铸生产工艺过程中，往往因为底部熔液先于上部凝固，拉拔停止后，铁水将拉断的这部分凝壳包裹起来，与前面的凝壳焊合，这样周期性的拉断，再由铁水焊合，再拉断，当拉拔若干个周期后，铸型内每次被拉断的凝壳不断生长，凝壳不断加厚，当其强度足以抵抗摩擦力时，与前面的凝壳一起拉拔向前运动。此时，由于拉拔过程中凝壳卷曲或翻转，铁水流入凝壳与石墨铸型间的气隙，即形成重皮或结疤。后续覆盖的铁水通过拉断的凝壳导热，这部分拉断的凝壳冷却能力相对于直接与石墨接触的铁水降低，冷却较慢，停留在1000℃左右高温下时间相对较长，因此型材金相组织相对粗大，这就是铸铁型材下疤皮间歇出现的原因。根据铸铁型材的截面尺寸的不同，下疤皮的厚度也不尽相同，有的甚至达到20mm。下疤皮的主要危害是：出现下疤皮时，铸铁型材表面不光滑，常伴有重皮、未焊合及金相组织粗大问题，加工零件时下疤皮位置
即使把重皮和未焊合缺陷加工掉，由于组织中晶粒尺寸不同或组织构成不同，宏观看外观色泽不相同。同时，由于这部分组织粗大，有可能会影响材料的力学性能和使用性能。由此可见，铸铁水平连续铸造结晶器及其结构是控制凝固的核心，如何避免温度较低的铁水或较薄的凝壳在石墨铸型内靠近保温炉端长时间停留或断裂是消除下疤皮缺陷的关键。如何改变结晶器内的铁水流动状态，降低铁水进入结晶器石墨铸型内上部铁水的流速，加快底部铁水的流动速度，从而进而推迟底部铁水的凝固前沿位置，使铁水底部的凝固区域向结晶器内推移，避免凝固前沿靠近保温炉，这是解决问题的出发点。上述分析可知，优化结晶器石墨铸型的结构是消除下疤皮缺陷的关键。目前，铸铁型材水平连续铸造普遍采用的结晶器石墨铸型结构有两种：一种是无隔离环，石墨铸型较水冷铁套长，伸出端直接塞进保温炉，并用接口耐火材料对接和密封；另一种是采用直通式隔离环，隔离环内径与石墨铸型内孔的直径相同或略小一点。这两种传统方法操作都比较简单、方便，但均不能解决下疤皮缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种铸铁水平连续铸造结晶器，解决了现有结晶器制备得到的铸铁型材出现下疤皮的问题。本专利技术的另一个目的是提供一种利用上述结晶器制备铸铁型材的方法。本专利技术所采用的技术方案是，一种铸铁水平连续铸造结晶器，包括结晶体本体，结晶器本体的高纯石墨铸型前端设置下水口式隔离环。本专利技术的特点还在于，下水口式隔离环通过隔离环止口和耐热接口材料与高纯石墨铸型连接。下水口式隔离环的内孔截面形状根据高纯石墨铸型内孔的截面形状确定。当高纯石墨铸型的外部截面为圆形、内孔截面为圆形时，下水口式隔离环的外部截面也为圆形，内孔截面形状为半圆形、内侧带有凸起的半圆形或半圆环形，其中内孔半圆部分的半径和高纯石墨铸型的内孔半径相同。当高纯石墨铸型的外部截面为圆形、内孔截面为正六边形时，下水口式隔离环的外部截面也为圆形，内孔截面形状为相应的半正六边形、内侧带有半圆凸起的半正六边形或内侧带有梯形凸起的半正六边环形，其中，内孔截面形状的半正六边形尺寸与高纯石墨铸型的内孔正六边环形一致。当高纯石墨铸型的外部截面为圆形、内孔截面为正方形，下水口式隔离环的外部截面也为圆形，下水口式隔离环的截面的内孔截面形状为相应的半正方形、内侧带有半圆凸起的半正方形或半正方环形，其中，内孔截面形状的半正方形尺寸与高纯石墨铸型的内孔正方形一致。当高纯石墨铸型的外部截面为方形，内孔截面为正方形时，下水口式隔离环的外部截面也为方形，内孔截面形状为相应的半正方形、内侧带有矩形凸起的半正方形或半正方凹形，其中，内孔截面形状的半正方形尺寸与高纯石墨铸型的内孔正方形一致。本专利技术所采用的第二个技术方案是，利用上述结晶器制备铸铁型材的方法，将结晶器安装在保温炉上，将铁水浇入保温炉后，以“拉-停-拉”工艺连续铸造铸铁型材。本专利技术的特点还在于，铸铁型材的步长控制在50～100mm。本专利技术的有益效果是，本专利技术铸铁水平连续铸造结晶器，通过在高纯石
墨铸型的前端设置下水口式隔离环，利用下水口式隔离环的阻挡作用迫使铁水不能以层流方式进入高纯石墨铸型，而必须以受迫紊流形式进入高纯石墨铸型中，充分利用铁水紊流流动时产生的高速冲刷作用，将凝固前沿向后推移，使铁水进入结晶器水冷铁套强制冷却区域后再结晶凝固。同时，改变“拉-停-拉”工艺中停的时间，提高拉停频率，使铁水在石墨铸型内的水冷区强制冷却，即使有部分断裂的凝壳，在下水口产生的紊流铁水的高速冲刷作用下也会重熔，从而避免出现下疤皮缺陷。采用本专利技术结晶器生产的铸铁型材表面光洁，避免出现下疤皮的现象，组织致密、均匀，硬度分布均匀，力学性能得到一定程度的提高，切削加工性能好，加工余量小，降低了生产成本。整个系统使用安全，操作方便，具有生产效率高，节约能源等优点。附图说明图1是铸铁水平连续铸造无隔离环的普通结晶器结构示意图；图2是图1结构凝壳拉断并产生疤皮缺陷的结构示意图；图3是本专利技术铸铁水平连续铸造结晶器的结构示意图；图4是图3的下水口隔离环安装局部放大图；图5是当高纯石墨铸型的外部截面为圆形、内孔截面为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铸铁水平连续铸造结晶器，其特征在于，包括结晶体本体，结晶器本体的高纯石墨铸型(9)前端设置下水口式隔离环(6)。

【技术特征摘要】
1.一种铸铁水平连续铸造结晶器，其特征在于，包括结晶体本体，结晶器本体的高纯石墨铸型(9)前端设置下水口式隔离环(6)。2.根据权利要求1所述的铸铁水平连续铸造结晶器，其特征在于，所述下水口式隔离环(6)通过隔离环止口和耐热接口材料与高纯石墨铸型(9)连接。3.根据权利要求1所述的铸铁水平连续铸造结晶器，其特征在于，所述下水口式隔离环(6)的内孔截面形状根据高纯石墨铸型(9)内孔的截面形状确定。4.根据权利要求3所述的铸铁水平连续铸造结晶器，其特征在于，当高纯石墨铸型(9)的外部截面为圆形、内孔截面为圆形时，下水口式隔离环(6)的外部截面也为圆形，内孔截面形状为半圆形、内侧带有凸起的半圆形或半圆环形，其中内孔半圆部分的半径和高纯石墨铸型(9)的内孔半径相同。5.根据权利要求3所述的铸铁水平连续铸造结晶器，其特征在于，当高纯石墨铸型(9)的外部截面为圆形、内孔截面为正六边形时，下水口式隔离环(6)的外部截面也为圆形，内孔截面形状为相应的半正六边形、内侧带有半圆凸起的半正六边形或内侧带有梯形凸起的半正六边环形，其中，内孔截面形状的半...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐春杰，郭权芬，冯港雯，刘永辉，张忠明，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61