一种等温凝固大型衬板的制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种等温凝固大型衬板的制备工艺，通过设置冷却凝固干预条件实现大型衬板的等温凝固，在大型衬板最大厚度位置安放内置冷铁。制备工艺，包括以下步骤：首先通过计算得内置冷铁的质量；然后基于钢液在“模具型腔内各向导热速率相同原则”和“最小尺寸方向热能可以满足冷铁熔融原则”确定内置冷铁的形状尺寸，计算求得内置冷铁的外形尺寸和内置冷铁的安放位置；制作内置冷铁，并将其稳妥安放在模型型腔内；浇铸成分合格的钢液，即可实现大型衬板的等温凝固。本发明专利技术保证了大型衬板内外成分均匀、芯部补缩充分、微观缺陷少。

Preparation process of isothermal solidification large lining plate

The present invention relates to the preparation process of isothermal solidification large lining plate. By setting cooling and solidification interference condition, the isothermal solidification of large liner plate is realized, and the inner cold iron is placed in the maximum thickness position of the large lining plate. The preparation process includes the following steps: firstly, through the calculation of the quality of built-in cold iron; then the liquid steel in the mold cavity of the heat conduction rate the same principle \and\ minimum size can meet the direction of heat cold iron melting principle determine the shape and size of built-in cold iron based on the calculation of the dimensions obtained built-in cold iron and the built-in cold iron position; making built-in cold iron, and the sound cavity placed in the model; casting liquid steel composition qualified, can realize the large isothermal solidification liner. The invention ensures that the inner and outer components of the large lining plate are uniform, the core is fully supplied, and the micro defects are less.

【技术实现步骤摘要】
一种等温凝固大型衬板的制备工艺
本专利技术涉及材料
，具体的说是一种等温凝固大型衬板的制备工艺。
技术介绍
随着采矿业的发展，采矿业破磨设备越来越趋于大型化，同时破磨设备用衬板材料亦越来越大型化、厚重化。衬板的大型化、厚重化对其制造工艺提出更高、更严苛的要求。大型衬板凝固过程中由于单次组织钢水多，结晶释放热能较多，在壁厚较大的位置由于导热效果差容易集聚大量热能，结晶速度缓慢，带来直接结果是易形核原子在液态金属内快速扩散，在衬板芯部结晶线前端快速集聚，造成后凝固的衬板芯部有益成分缺失。同时，在时间顺序上，由于衬板芯部后结晶凝固，凝固收缩是钢液补充通道被优先凝固的外部结构阻断，容易造成衬板芯部疏松和微观孔洞。直接影响衬板芯部组织性能，宏观表现为衬板芯部耐磨性能差。比如直径大于10m的大型磨机衬板，其横截面为梯形结构，采用铬钼合金钢成分，在高度为340mm的梯形横截面自上而下每隔10mm取样检测成分、硬度、冲击值。结果显示在距离表面80mm位置出现微观孔洞；在距离表面100mm位置，提供马氏体形成的主要元素Cr、Mo、Mn、Si等元素较表层约降低3-5%，明显形成了成分偏析。除去热处理时淬透性因素，成分偏析是导致大型衬板芯部硬度不高、耐磨性不足的主要原因。不仅是大型衬板制造过程存在上述困扰，其他壁厚较大零件铸造过程同样存在上述问题，因此深入研究合理的大型铸件铸造工艺、制造表里成分均匀，内部缺陷较少的大型铸件是我国广大材料科技工作者的当务之急。
技术实现思路
本专利技术目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种等温凝固大型衬板的制备工艺，采用本专利技术的计算方法得到冷却凝固干预条件（内置冷铁）的外形尺寸及安放位置，实现了大型衬板铸造过程的等温凝固。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种等温凝固大型衬板的制备工艺，通过设置冷却凝固干预条件实现大型衬板的等温凝固，在大型衬板最大厚度位置安放内置冷铁。所述等温凝固大型衬板的制备工艺，包括以下步骤：步骤一、首先通过以下算法得内置冷铁的质量：式中：———钢液温度损失系数，一般取0.58-0.62；———本体钢液的结晶释放热能，J；———内置冷铁熔化吸收热能，J；式中：c———钢液的比热容，一般取450J/Kg.℃；———本体钢液的质量，Kg；———钢液的浇铸温度，℃；———本体钢液完全液相温度，℃；式中：c———内置冷铁的比热容，一般取450J/Kg.℃；———内置冷铁的液相温度，一般取1535-1539℃；———室温；式中：c———内置冷铁的比热容，一般取450J/Kg.℃；———纯铁的熔点，一般取1535-1539℃；———温度系数，每种元素对应固定值；———钢液中组元i的实际质量分数，%；———C、Si、Mn、P、S、Al、Cr等元素；———钢中氮、氢、氧等气体对纯铁熔点的综合影响的温度系数，℃步骤二、基于钢液在“模具型腔内各向导热速率相同原则”和“最小尺寸方向热能可以满足冷铁熔融原则”确定内置冷铁的形状尺寸，；即基于以下公式计算求得内置冷铁的外形尺寸和内置冷铁的安放位置；式中：———内置冷铁的长度尺寸，m；———零件的长度尺寸，m；———冷铁的密度，Kg/m3；———零件的最小厚度，m；步骤三、通过上述公式（1）-（5）制作内置冷铁，并将其稳妥安放在模型型腔内。浇铸成分合格的钢液，即可实现大型衬板的等温凝固。将浇铸完成后的大型衬板在型腔内保温至室温后开箱。对大型衬板进行清砂处理。根据大型衬板材料特性进行热处理。有益效果是：1、本专利技术等温凝固大型衬板制备方法中，采用本专利技术的计算方法得到冷却凝固干预条件（内置冷铁）的外形尺寸及安放位置，该计算方法得理论计算依据是热量守恒定律；实现了大型衬板铸造过程的等温凝固，保证了大型衬板内外成分均匀、芯部补缩充分、微观缺陷少。2、本专利技术成本低，制作过程中无新设备添加及原有设备改进需求。凝固干预条件（内置冷铁）外形尺寸、安放位置算法通用性强，不仅适用于大型衬板的制造，其他厚大铸件也可以适用；等温凝固效果好，零件组织致密，成分均匀。附图说明图1是本专利技术的实施例1中衬板内置冷铁示意图；图2是本专利技术的实施例1中衬板在A-A处的剖面图；图3是本专利技术的实施例2中衬板内置冷铁示意图；图4是本专利技术的实施例2中衬板在B-B处的剖面图；图中标记是：1、内置冷铁。具体实施方式本专利技术的实施例仅用以说明而非限定本专利技术的技术方案。本专利技术中内置冷铁的算法具有原创性，不仅适用在大型衬板的生产制造，对其他厚大铸件生产同样适用。具体零部件的替换应涵盖在本专利技术的所要求保护。实施例1本实施例制备的大型衬板用在直径10.3m的半自磨机上，衬板外形最大尺寸为340mm*960mm*1980mm，单重2.35T，材料为合金钢，具体成分如下表：表1：实施例1衬板成分表根据公式（1）-（5）计算求得上述材料的完全液相温度为1478℃，在室温20℃、1580℃出钢浇铸，内置冷铁的质量为91.8Kg；凝固干预条件（内置冷铁）外形尺寸为长度796mm，半径68mm；安放位置为衬板的中心位置。本实施例的大型衬板制备方法包括以下步骤：根据上述计算结果准备尺寸、成分合格的内置冷铁，并通过直径约5mm的细钢筋将其固定在模型的正中心位置；浇铸成分合格，出钢温度1580℃的熔融钢液，模型内保温至室温，开箱清砂；对清砂后的衬板进行电炉加热。箱式电阻加热炉加热，30℃/H加热至360℃保温1H，80℃/H加热至650℃，保温1H，100℃/H加热至980℃快速入水淬火处理。由上述制备方法所制得大型衬板，芯部硬度可达到HRC42，较未采取等温凝固的衬板芯部硬度HRC37有明显提高，观察芯部微观组织，无气孔等微观缺陷。该衬板应用在钼矿球磨机上，使用寿命是未采取等温凝固处理的衬板的1.3倍，达到4个月。实施例2本实施例制备的大型衬板是颚式破碎机上用的大型衬板，衬板最大外形尺寸为1557mm*1256mm*197mm，单重2.12T，材料为高猛钢，具体成分如下表：表2：实施例2衬板成分表CSiMnPSCr0.9~1.30.3-0.811.0-14.0≤0.045≤0.041.5-2.5根据公式（1）-（5）计算求得上述材料的完全液相温度为1395℃，在室温20℃、1550℃出钢浇铸，内置冷铁的质量为125Kg；凝固干预条件（内置冷铁）外形尺寸为长度1080mm、半径68.5mm。考虑宽度（1256mm）方向因素，在内置冷铁总质量不变情况下，由原来的一根长度为1080mm、半径为68.5mm的内置冷铁更换为两根长度1080mm、半径为48.5mm的内置冷铁在宽度（1256mm）方向均匀摆放。本实施例的大型衬板制备方法包括以下步骤：根据上述计算结果准备尺寸、成分合格的内置冷铁，并通过直径约5mm的细钢筋将其在宽度（1256mm）方向均匀摆放；浇铸成分合格，出钢温度1550℃的熔融钢液，模型内保温至室温，开箱清砂；对清砂后的衬板进行水淬处理：箱式电阻加热炉加热，30℃/H加热至500℃保温1H，80℃/H加热至1050℃，保温两小时，快速如水水淬处理。由上述制备方法所制得大型衬板，表面和芯部硬度均达到HB220，较未采取等温凝固的衬板芯部硬度HB185有明显提高，观察芯部微观组织，无气孔等微观缺陷。该衬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等温凝固大型衬板的制备工艺，通过设置冷却凝固干预条件实现大型衬板的等温凝固，其特征在于：在大型衬板最大厚度位置安放内置冷铁。

【技术特征摘要】
1.一种等温凝固大型衬板的制备工艺，通过设置冷却凝固干预条件实现大型衬板的等温凝固，其特征在于：在大型衬板最大厚度位置安放内置冷铁。2.如权利要求1所述等温凝固大型衬板的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、首先通过以下算法得内置冷铁的质量：式中：———钢液温度损失系数，一般取0.58-0.62；———本体钢液的结晶释放热能，J；———内置冷铁熔化吸收热能，J；式中：c———钢液的比热容，一般取450J/Kg.℃；———本体钢液的质量，Kg；———钢液的浇铸温度，℃；———本体钢液完全液相温度，℃；式中：c———内置冷铁的比热容，一般取450J/Kg.℃；———内置冷铁的液相温度，一般取1535-1539℃；———室温；式中：c———内置冷铁的比热容，...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏世忠，张小军，张国赏，徐流杰，王晓东，申振芳，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南,41