孕育方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术描述了一种将成核添加剂引入浇注布料器内的熔融铁合金中的孕育方法，该方法包括使用具有部分浸在熔融铁合金中的阳极和位于所述合金表面上的阴极的转移电弧等离子体炬，所述阳极或所述阴极或二者包含石墨，优选合成结晶石墨，用以为所述铁合金提供所述成核添加剂。此外，本发明专利技术描述了一种用于实施所述孕育方法的孕育装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及新的孕育方法，用于孕育(灰ロ或球墨)铸铁，特别是设置在熔炉出口和铸模线(line of molds)之间的浇注设备(铁水沟、炉或浇包)所包含的熔融铁水浴。孕育可以改进基础金相组织，能够影响金属基体中石墨的形状、尺寸以及分布。本专利技术同样涉及实施所述孕育方法的装置。
技术介绍
制造铸铁部件需要使用称为孕育剂的特定添加剤，其在熔融和/或浇注过程中被引入熔融铁水浴中以获得期望的金相组织并确保部件的内部健康。孕育被定义为在浇注某些合金之前的时刻供应至金属浴中以造成石墨分布的变化、力学特性的改善和白ロ化趋势的減少。孕育的目的是产生在凝固期间固相在其上生长的晶核化核。在某些情况下，这些晶种来自于添加待凝固的同相细粒。这些粒子不完全溶解，弓丨起晶体的生长。因此，例如，在浇注之前的时刻在铸铁中添加石墨碳促进了石墨在金属浴中成核并且防止在凝固过程中过冷。然而，用作添加剂的碳必须具有高结晶度以产生能够析出石墨形式的碳的成核种子。由与那些凝固粒子不同的材料粒子可以得到这种相同的效果。熔融金属中核的数目的増加有利于可在最小过冷下发生共晶凝固，特别是石墨析出，从而減少形成共晶碳化物的趋势并且有利于石墨析出。目前使用的大多数孕育剂主要含有45 75%的Si和可变百分数的Ca和Al (纯硅合金对于孕育没有效果)。根据待制造的部件的特征性质和现有的制造方法，所述孕育剂可以引入可变量的其他元素，例如Ca、Ba、Mg、Mn和Zr，用来増加孕育剂的溶解度和域強度。孕育可以在铸型的内部或外部进行。常规外部孕育方法(最常用的孕育方法)包括在充填浇注包的过程中在来自处理包转移的金属流中加入孕育剂。目的是获得均匀的混合物以及良好稀释的孕育剂。这个方法存在显著的局限性，既影响待处理的金属重量(对小量无效)，又影响有用的浇注时间(孕育效果的衰退非常快)。在鋳型外的孕育中，使用颗粒或线形式的材料，它们通过不同方式并且在浇注线的不同点处引入熔融金属中。专利GB 2069898描述了ー种用于压カ浇注炉的线孕育方法，其中孕育材料被引入在容器的出口烧道(runner)中的熔融金属流道中，使熔融金属通向流槽(spout),在其另一端是经其充填鋳型的浇注管嘴。根据所提出的设计进行推断，该方法具有几个操作缺陷或局限性，主要来源于浇注流的规律性。显然，浇注线的停止导致浇注単元相应停止，以及随后的孕育效果衰退和暴露于敞ロ槽中的金属的快速冷却。防止上述问题的方法包括在浇注流进入铸型的确切时刻将孕育剂颗粒投入金属流中。这种类型的孕育方法描述在专利JP 55122652中。在这种情况下，操作缺点转化为不規律且通常低的产量，这是由于因投料自身和因金属流上的部分颗粒反弹导致的材料损失造成的。这些投料方法的另ー缺点在于难以使流量适应金属流量，原因在于投料发生在充填的精确时刻。通常的做法包括根据平均浇注流量制定固定的孕育剂流量，考虑到鋳型被充填，因此流量可以在几百克/秒 几公斤/秒之间变化。在常规的铸型充填操作期间，显而易见的是缺少比例性，即在铸型中存在过孕育部件以及相対的孕育不足的部件，这会导致在相同鋳型中产生相反性质的缺陷 。就前述石墨碳孕育而言，要强调的是在Fe-C图中C在共晶点(TE = 1153°C )处具有4. 26%的饱和度。合金元素提高或降低该饱和点的温度。在利用石墨的孕育中，必须仔细观察溶解度。一旦供应的石墨碳溶解，它就失去了作为成核剂的性质，这涉及根据温度、化学组成和热熔体搅拌程度，其效果以不可控的方式快速衰退。这使得利用石墨进行孕育是很少使用的方法。该孕育在极端条件的铸件中可能是必不可少的，如具有低氧含量的过烧金属，这使得晶核与氧化物之间产生弱反应。在这种情况下，石墨的引入必须刚好在充填鋳型之前进行，这涉及用于凝固的低温和短等待时间。具有导流器和用氮气加压的浇注炉在市场上的出现涉及制造エ艺的巨大改进并转化为生产率的直接增长。然而，品质和制造成本并没有同等受益，其原因在于新炉引入了来自于其自身的构思与设计的新的具体问题。因为解决了上述的两个重要缺点即金属的温度损失和镁的衰减(在球墨铸铁中)，所以这些炉允许保持金属可用于浇注更长的时间。然而，上述炉有ー个非常重要的一般操作问题炉必须始終保持熔融金属覆盖导流器，因此导流器必须始终运行。金属在其循环通过导流器的过程中遭受的冶金品质损失必须加入由于在非操作期间维持金属所产生的成本中。已经证实，用于控制冷却曲线的主要參数(共晶温度和再辉温度)根据金属的温度和容器中的停留时间而遭受逐步线性退化。已经提到的两种技术被用于补偿和修正这种劣化首先通过将材料供应至转移浇包(ladle)的流中而在炉充填期间对金属进行孕育；然后通过在充填鋳型的时刻投料从而在浇注流中对金属进行孕育。这两种技术的组合使得对冶金品质的控制达到可接受的程度，并且是目前在具有此类炉的浇注中常用的方法。然而，消极方面的总和即该方法累积了衰退的缺陷和缺乏孕育剂的比例性和效率的缺陷抵消了积极方面的总和。其中还必须加入由于在浇注阶段供应固体合金化剂而出现的产生熔渣的缺陷。因此，在现有技术中仍然需要提供一种至少部分克服上述缺点的用于孕育铸铁的新的孕育方法。附图说明图I是浇注炉的具有浇道或流槽配置的浇注布料器(distributor)的图，其中a_l或a-2是指阳极可在阴极的上游或下游；c是阴极；S是用于封闭使金属外流至鋳型的管嘴的圆柱体(塞棒)；f是铸鉄，M是铸型。图2是具有铁水沟(trough)配置的浇注布料器的图，其中a_l或a_2是指阳极可在阴极的上游或下游。图3是具有可倾式浇包配置的浇注布料器的图，其中c-Ι和c-2是指阴极在浇包的流槽内或在浇包的储罐内的两个可能的位置，a-Ι和a-2是指阳极的可能位置。图4是具有浇包转移至浇盘配置的浇注布料器的图，其中a和c表示阳极和阴极在浇注布料器中的可能位置，c表示阴极在浇盘中的可能位置。图5示出静态冷却曲线，表示在使用本专利技术的孕育方法的铸铁合金中的低共晶温度(ΤΛ )和再辉(Recalescence)的演变过程。图6示出动态冷却曲线，表示在使用本专利技术的孕育方法的铸铁合金中的低共晶温度和再辉的演变过程。 专利技术概述本专利技术的第一方面涉及ー种对铸铁合金进行添加剂孕育的方法，包括在所述合金的表面和转移电弧等离子体炬的阴极之间建立等离子体电弧，所述转移电弧等离子体炬设置在位于铸模线前方的浇注布料器中。在本专利技术的领域中，浇注布料器理解为设置在熔炉的出口和铸模线之间的浇注装置。还应理解的是，浇注布料器中所包含的铸铁合金被移向所述铸模线。所述等离子体炬包括部分浸在铸铁合金中的阳极和设置在所述合金上的阴极。在ー个特定的实施方案中，阴极包含石墨，阳极是任意常规阳极。在另ー特定实施方案中，阳极包含石墨，阴极是任意常规阴扱。在另ー特定实施方案中，阴极和阳极均包含石墨。阴极的石墨、阳极的石墨或二者为铁合金提供成核添加剤。在本专利技术的范围内，所述添加剂是脱离阳极、脱离阴极或脱离二者的碳物质，并且碳物质理解为包括带有ー个或更多个正电荷的一个或更多个碳原子。在一个优选的实施方案中，所述石墨是合成结晶石墨。当碳物质脱离阴极时，它们通过等离子体电弧产生的等离子体气体的夹带被引入到合金中，阴极与等离子体气体接触的部分含有合成结晶石墨。等离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于使铸铁合金孕育的孕育方法，所述方法包括在所述合金的表面和转移电弧等离子体炬的阴极之间建立等离子体电弧，所述转移电弧等离子体炬设置在位于合金铸模线前方的浇注布料器中，所述转移电弧等离子体炬包括部分浸在所述铸铁合金中的阳极和设置在所述合金上的所述阴极，所述阳极或所述阴极或二者包含石墨，其供应成核添加剂至所述铁合金中。2.根据权利要求I所述的方法，其中所述阴极为石墨。3.根据权利要求I所述的方法，其中所述阳极为石墨。4.根据权利要求I所述的方法，其中所述阴极和所述阳极均为石墨。5.根据权利要求I 4中任一项所述的方法，其中所述石墨是合成结晶石墨。6.根据权利要求1、2、4或5中任一项所述的方法，其中所述成核添加剂脱离所述阴极并通过所述等离子体电弧产生的等离子体气体的夹带被引入所述铸铁合金中，所述阴极的与所述等离子体气体接触的部分包含合成结晶石墨。7.根据权利要求1、3、4或5中任一项所述的方法，其中所述成核添加剂通过所述阳极与所述铸铁合金的接触脱离所述阳极并被引入所述铸铁合金中，所述阳极的与所述铸铁合金接触的部分包含合成结晶石墨。8.根据权利要求4或5所述的方法，其中所述阳极和所述阴极设置为使得在所述阴极上产生的所述等离子体电弧的辐射作用于所述阳极的非浸溃部分上，导致所述阳极的加热。9.一种用于孕育铸铁合...

【专利技术属性】
技术研发人员：路易斯·科博斯希门尼斯，弗朗西斯科·罗德里格斯巴斯克斯，乔斯·路易斯·翁卡拉阿维莱斯，佩德罗·卡尼塞尔阿方索，
申请(专利权)人：伊纳斯米特基金会，
类型：发明
国别省市：