CN101690976B

CN101690976B - 消失模铸造采用高性能涂层负压燃烧空壳浇注气流速冷消除碳缺陷法

Info

Publication number: CN101690976B
Application number: CN2008100809608A
Authority: CN
Inventors: 刘玉满; 刘翔
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-01-08
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2028-02-26
Also published as: CN101690976A

Abstract

本发明公开了一种消失模铸造采用高性能涂层负压燃烧空壳浇注气流速冷消除碳缺陷法，其工艺是：模样置入砂箱填充干砂后，砂层上面用塑料薄膜密封，启动真空泵后即在负压条件下从浇口处将泡沫模样点燃气化形成完好的空壳型腔，95％以上的碳已被排出型砂箱外，而后再浇注钢铁水，当浇注完毕，钢铁水处于液相—固相并存温度区时，即掀开或割破砂箱顶面的密封薄膜，冷空气流随即吸入砂箱内快速冷却铸件，浇注停止后，继续抽风3-6分钟，即可关闭真空泵。以此能实现消失模铸造排碳减碳空壳浇注消除铸件碳缺陷、晶粒细化、涂层易脱、表面光洁，全面提高铸件质量，并节能降耗，高效率，高效益，适应工业化大规模生产。

Description

消失模铸造采用高性能涂层负压燃烧空壳浇注气流速冷消除碳缺陷法

技术领域

本发明涉及消失模铸造，特别是一种采用高性能涂层负压燃烧空壳浇注气流速冷消除铸件碳缺陷法。

背景技术

消失模铸造（国际简称LFC）是代表21世纪的铸造新技术，在国际上已有50年历史，在中国进入工业化应用也快20年了，全国现已建成消失模铸造厂约2000个，且正以迅猛的增加速度在发展，但技术上尚未成熟，即使是国际消失模铸造的原创发明地美国，对消失模铸件严重碳缺陷问题也尚处于研究攻关期，他们的奋斗目标是争取在2013年趋于成熟。碳缺陷的主要表现是铸件表层10mm内产生严重的增碳、碳渣气孔、碳灰皱皮、晶粒粗大、机械性能下降、焊接性能恶化和裂纹等。碳缺陷（特别是铸钢件和球墨铸铁件的碳缺陷）成了几十年来国内外消失模铸造大规模工业化应用和发展最大的障碍。英国为了解决消失模铸钢件的增碳问题，研究发明了仿失蜡熔模铸造的方法（Ceramic Shell 法）——采用EPS高密度的泡沫塑料模样，涂以3-4层（厚度3~5mm）耐高温涂料，每层撒砂，在1000℃焙烧炉中使EPS消失，并对型壳焙烧1-2小时以上，再缓慢冷却，而后将冷型壳置于砂箱内填充干砂，在无负压条件下浇注。此法不仅工序繁琐，成本高，效率低，操作可靠性差——型壳易碰破开裂，浇注时钢水易抬箱或胀裂型壳，而且只适用于对增碳有特殊要求的小型铸钢件的生产，无法在工业化大生产中应用，在中国更难以推广。因此，如何从根本上消除碳缺陷，提高消失模铸件的质量等级，并适应消失模铸造工业化大规模的应用和发展，乃是当前国内外消失模铸造界共同关注并全力攻关的重大技术难题。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，而公开一种采用高性能涂层负压燃烧空壳浇注气流速冷消除铸件碳缺陷的铸造法，此法不仅高效、简单、操作可靠，而且无污染、低成本，适应大规模工业化生产应用。

一种消失模铸造采用高性能涂层负压燃烧空壳浇注气流速冷消除铸件碳缺陷法，包括铸件泡沫模样的制备，在模样上涂以涂料并干燥涂层，置于砂箱中填充干砂，覆盖薄膜密封砂箱，与现有技术不同的是：

（1）采用高性能（高强度、高透气、耐烧且高温抗裂性强）的涂料涂刷模样，涂层厚度＞1.5mm，常温抗拉强度≥1.2Mpa，涂层在50-55℃下烘干，模样燃烧后涂层的抗拉强度≥1Mpa，表面强度＞400g/mm，常温透气性＞1.0cm²/pa.min。

（2）负压燃烧，浇注前启动抽真空泵，抽至负压度为-40～-80Kpa之后即点燃泡沫模样，使泡沫模样在几十秒内即燃烧气化留下完好无损的空壳；

（3）空壳浇注，待泡沫模样烧成空壳后，在负压度为-25～-50Kpa的状态下，随即浇注钢铁水；

（4）气流速冷，浇注完毕后，当铸件表层处于液—固相共存状态时，掀开或割破砂箱上方密封覆盖的塑料薄膜，将冷空气强劲吸入砂箱内，使铸件快速冷却。数分钟后即可关闭抽真空泵停止抽风。

气流速冷（即浇注完毕后真空泵继续工作）的时间根据铸件的大小而定：

（1）常规结构200kg/件重的中小型铸件3-4分钟；

（2）常规结构200-500kg/件重的中小型铸件4-5分钟；

（3）常规结构500-1000kg/件重的中小型铸件5-6分钟；

（4）常规结构1000kg/件重的较大型铸件6分钟以上。

所述泡沫模样先燃烧气化成空壳后浇注并用气流速冷消除碳缺陷，同时促进涂层自动与铸件剥离的操作过程是参照Fe-FeC相图确定不同成度的钢铁水液相—固相共存的温度区域内打破原有的负压状态，输入冷空气流。

所述的采用高性能（即高强度、高透气、耐烧、高温抗裂性强）的涂层，是泡沫模样在干砂负压条件下先燃烧气化成空壳后而后烧注的先决条件，本发明使用的涂层涂料，按如下配料及用料重量份比，混合搅拌而成：

配料重量份

耐火骨料 100

消失模涂料专用添加剂 10

水 130-150

其中：耐火骨料为180-270目的粉料，消失模涂料专用添加剂为桂林中南铸冶材料研究所生产的桂林5号消失模涂料专用添加剂。

本发明的优点是：

1、浇注之前泡沫模样在负压抽真空条件下燃烧气化的排碳减碳率达95%以上，与长期以来的国内外消失模铸造传统烧注过程相比，浇注之前型壳趋于无碳，或碳量极微，浇注完毕之后钢铁水与涂层间不再有碳渣集附，因而能从根本上实现消除消失模铸件的种种碳缺陷；

2、高温铸件采用冷空气流快速冷却后，铸件晶粒细化，组织致密，机械性能得以提高，而且涂层易于铸件分离剥落，易脱壳清理，铸件表面质量明显改善。

3、本方法能可靠地适应于所有不同材质的小型、中型、大型、特大型各类铸件的干砂负压或非干砂负压条件下的消失模铸造生产，高效率、简单化、低成本（与现有的EPS消失模铸造方法相比无新增成本）。

4、本方法采用国内最普通、最廉价的EPS聚苯乙稀高碳泡沫塑料（Expandable Polystyrene ,简称EPS）作模样即能生产出比高数倍价格进口的EPMMA及STMMA所谓低碳泡沫塑料质量更稳定更优良的铸件。

附图说明

图1为消除消失模铸件碳缺陷的模样装箱示意图。

图中：1 浇口与浇道 2 冒口 3 塑料薄膜 4 干砂 5 铸件（泡沫） 6 涂料壳层 7 残余碳渣层 8 排气网孔 9 砂箱外壳 10 抽真空联接口

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步的描述，但不是对本发明内容的限定。

采用高性能涂层负压燃烧后空壳浇注并气流速冷消除铸件碳缺陷法，包括如下步骤：

（1）制备泡沫模样5；

（2）在模样上涂刷配制好的高性能（高强度、高透气、耐烧、高温抗裂性强）的涂料壳层6，厚度＞1.5mm；

（3）将上述泡沫实型置于砂箱中，留出浇口1和冒口2，填充干砂4，干砂面上盖子塑料薄膜3密封；

（4）启动真空泵（抽风），当负压度为-40～-80Kpa时，从浇口1和冒口2处点燃泡沫模样5，燃烧气化并从抽风口10将碳最大限度排除出砂箱之外；

（5）模样燃烧气化成空壳后，从浇口1浇注钢铁水；

（6）当铸件表面的钢铁水处于液—固相状态共存时，掀开或割破密封的塑料薄膜3；

（7）停止浇铸后再继续抽风数分钟。

按以上操作即可获得无碳缺陷、涂层易脱壳剥落、晶粒细化、质量精良、表面光洁的消失模铸件。

Claims

1.消失模铸造采用高性能涂层负压燃烧空壳浇注气流速冷消除碳缺陷法，包括如下步骤：

（1）采用高强度、高透气、耐烧、高温抗裂性强的涂料涂刷模样，涂层厚度＞1.5mm，常温抗拉强度≥1.2Mpa，涂层在50-55℃下烘干，模样燃烧后涂层的抗拉强度≥1Mpa，表面强度＞400g/mm，常温透气性＞1.0cm²/pa.min，所述的高性能涂层涂料按下述原料及用料重量份比混合搅拌而成：

原料重量份

180-250目耐火骨料 100

桂林5号消失模涂料专用添加剂 10

水 130-150 ；

（2）负压燃烧：浇注前启动抽真空泵，抽至负压度为-40～-80Kpa之后即点燃泡沫模样，使泡沫模样燃烧气化成完好无损的壳型；

（3）空壳浇注：待泡沫模样烧成空壳后，在负压度为-25～-50Kpa的状态下，浇注钢铁水；

（4）气流速冷：浇注完毕后，当铸件表层处于液—固相共存状态时，掀开或割破砂箱上方密封覆盖的塑料薄膜，将冷空气强劲吸入砂箱内，使铸件快速冷却，停止浇涛后，继续抽风3-6分钟。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：浇铸停止后，真空泵继续工作的时间控制如下：

（1）常规结构200kg/件重的中小型铸件3-4分钟；

（2）常规结构200-500kg/件重的中小型铸件4-5分钟；

（3）常规结构500-1000kg/件重的中小型铸件5-6分钟。