CN110523949B - 一种径向震动离心机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种径向震动离心机。该离心机包括主动轮组和从动轮组，所述从动轮组包括托轮支座和震动装置，所述震动装置包括离合器、转轴、轴承Ⅰ、铜套和偏心组件，所述离合器与转轴柔性连接，在转轴的两端固定连接两组偏心组件，轴承Ⅰ安装在铜套内，铜套安装在托轮支座两侧支撑钢板的长圆孔内，所述长圆孔两个半圆的中心距为e，铜套的震动幅度不得超过该高度e。在离心铸造奥氏体不锈钢或镍基耐热钢铸钢管时，金属液冷却过程中，管模的径向向震动可打断铸态树枝晶，改善铸态晶粒，为后续的变形加工减轻压力。对于中低碳钢而言，有明显的减轻碳偏析的作用。

Description

一种径向震动离心机

技术领域

本发明应用于离心铸造领域，具体涉及一种适用于离心铸造奥氏体材质铸钢管的离心机。

背景技术

离心铸造工艺在我国属于成熟的工艺，无论离心制造球铁管、灰铁管和铸钢管，不仅生产厂家多，而且产量也大。但对于奥氏体不锈钢无缝管或镍基耐热无缝管而言，多采用铸锭、锻造、热挤压、冷轧成管的工艺路线，很少使用离心铸钢管作为原料坯。实际上，奥氏体不锈钢无缝管或镍基耐热无缝管可以采用离心铸管坯料经热挤压成挤压管，然后冷轧的工艺生产而成。该工艺路线短，节约制造成本。之所以这类无缝管很少采用离心坯料作为原料坯，一是离心机的生产节奏无法满足冶炼生产要求，二是离心铸管坯的晶粒度无法满足要求。由于奥氏体不锈钢和镍基耐热钢从高温到室温均是奥氏体组织，该组织的晶粒度无法经过热处理改变，晶粒的细化只有通过变形加工，如挤压、锻造、冷轧等，从而改善晶粒度，提高其性能。奥氏体不锈钢和镍基耐热钢无缝管为获得满意的晶粒度，采用铸钢管作为原料坯时，由于离心铸钢管坯料的铸态晶粒尺寸较大，需要多次或大变形量加工，若能够减小铸钢管原料坯的铸态晶粒尺寸，改善晶粒度，可为后续加工减轻压力，节约生产成本。

已经公开的专利材料CN109014110A和CN206839085U，给出了立式离心铸造的震动机构，这些适用于批量小件的离心生产，不适用于几百公斤以上大重量的离心铸钢管卧式离心铸造。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种径向震动离心机，在离心铸造奥氏体材质铸钢管时，可减小铸态晶粒。

本发明所采用的技术方案是：径向震动离心机包括主动轮组和从动轮组，所述从动轮组包括径向震动管模的震动托轮，所述震动托轮包括托轮支座、震动从动轮和震动装置，所述震动装置包括离合器、转轴、轴承Ⅰ、铜套和偏心组件。所述震动从动轮包括轴承Ⅱ和震动轮，所述轴承Ⅱ安装在震动轮内、与转轴转动连接。所述离合器与转轴柔性连接，在所述转轴的两端固定连接两组偏心组件。所述轴承Ⅰ安装在铜套内，所述铜套安装在托轮支座两侧支撑钢板的长圆孔内，所述长圆孔两个半圆的中心距为e，所述铜套的震动幅度不得超过该高度e。

进一步，所述转轴的转动方向和角速度与震动从动轮保持一致。

进一步，所述偏心组件可通过调整位置调整震动力。

本发明的有益效果是：在离心铸造奥氏体不锈钢或镍基耐热钢铸钢管时，金属液冷却过程中，管模的径向震动可打断铸态树枝晶，改善铸态晶粒，为后续的变形加工减轻压力。对于中低碳钢而言，有明显地减轻碳偏析的作用。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为震动托轮结构示意图；

图3为图2的A-A截面示意图；

图4为管模无震动镍基合金铸钢管铸态组织；

图5为管模震动镍基合金铸钢管铸态组织；

其中：1-管模、2-从动轮组、3-主动轮组、4-托轮支座、5-离合器、6-转轴、7-轴承Ⅰ、8-铜套、9-轴承Ⅱ、10-震动轮、11-轴承Ⅰ端盖、12-偏心组件、13-支撑钢板。

具体实施方式

附图1为本发明结构示意图，径向震动离心机包括主动轮组3和从动轮组2，主动轮组3包括一个由电机带动旋转的主动轮，和一个从动轮，从动轮组2包括两个从动轮，其中一个从动轮带有震动装置，为震动托轮，该震动托轮可使得管模产生径向方向的震动。管模1的滚带放置在主动轮组3和从动轮组2之上，主动轮组3可带动管模高速旋转，完成铸钢管的离心浇注。

附图2为震动托轮的结构示意图，该震动托轮包括托轮支座4、震动从动轮和震动装置，震动从动轮包括轴承Ⅱ9和震动轮10，轴承Ⅱ9安装在震动轮10内，由轴承Ⅱ端盖密封，该结构与其他从动轮一致。震动装置包括离合器5、转轴6、轴承Ⅰ7、铜套8和偏心组件12，从设备安全角度考虑，离合器5与电机动力装置采用皮带柔性连接，即使当管模停转或发生事故，可通过皮带打滑保护电机。离合器5与转轴6柔性连接，离合器5连接工作时，电机动力装置可带动转轴6旋转，在转轴6的两端固定连接两组偏心组件12，每组偏心组件由两个偏心块组成，可通过调整一组两个偏心块之间的角度，调整偏心震动力。轴承Ⅰ7安装在铜套8内，由轴承Ⅰ端盖11密封，其内孔过盈连接转轴6。铜套8安装在托轮支座4两侧支撑钢板13的长圆孔内，如附图3所示，该长圆孔两个半圆的中心距为e，也就是给铜套8留出高度为e的上下活动余量，铜套8的震动幅度不得超过该高度e。

本发明径向震动离心机使用时，启动与离合器5皮带连接的电机动力装置，带动转轴6旋转，转轴6上的偏心组件12在旋转的过程中产生偏心震动，带动铜套8和轴承Ⅰ7在支撑钢板13的长圆孔内震动，同时转轴6和震动从动轮一起震动，震动从动轮的震动传递给管模1，使得管模1产生径向方向的震动。

由于长时间的震动会损伤轴承，该震动托轮的设计和使用满足以下要求：1）铜套8与轴承Ⅰ7安装前加入润滑剂，铜套8既可以缓冲轴承Ⅰ7的震动，又能保证轴承Ⅰ7的旋转方向和旋转角速度与震动轮10一致。带动转轴6旋转的电机动力装置需设计调频装置，可根据震动轮10的旋转速度自动调整转轴6的旋转速度，两者保持角速度一致；2）偏振可以在轴承Ⅰ7震动损伤后产生滑动旋转，不至于造成严重的设备事故或浇注事故；3）转轴6震动力可调，可根据管模和铸钢管的重量提前调整好偏心块的角度；4）离合器5与其电机动力装置柔性连接，如皮带连接，防止出现设备事故。

采用上述径向震动离心机，径向震动离心铸造方法包括以下步骤：1）管模烘烤、喷涂涂层、安装管模两端挡板；2）从管模的一端（即浇注端）浇注金属液，当金属液充型到管模的另一端（即非浇注端）时，启动电机动力装置，合上离合器5，转轴6旋转，其旋转方向和旋转角速度与震动轮10一致，轴承Ⅱ9相对静止，转轴6带动偏心组件12旋转，偏心组件12带动震动轮10产生径向震动，从而使得管模1产生径向震动；3）金属液浇注完，喷水冷却管模，当金属液凝固厚度达到离心铸钢管厚度的一半时，松开离合器5，关闭电机动力装置，转轴6静止，震动轮10在轴承Ⅱ9的支撑下，继续旋转，从而保持管模旋转。震动时间可以通过模拟确定，或根据金属液离心时的内表面温度确定，也可以根据经验确定。4）金属液全部凝固，推管或拔管，实现铸钢管与管模的分离。

若轴承Ⅱ9在管模旋转过程中震坏，则不执行上述步骤3），即步骤2）一致保持到金属液凝固，然后执行步骤4）。若轴承Ⅰ7被震坏，轴承Ⅱ9能够正常工作的情况下，可以停止震动装置。若轴承Ⅰ7和轴承Ⅱ9同时震坏，则保持转轴6的旋转，轴承Ⅰ7与铜套8产生的滑动摩擦，可以继续保持管模旋转，完成铸钢管的浇注。推管或拔管后，更换轴承。所以上述结构保证了离心铸管在径向震动时，不会因轴承震坏造成设备事故。

对于奥氏体不锈钢或镍基耐热钢离心铸钢管而言，离心浇注金属液后，管模的径向震动可以打断铸态树枝晶，改善铸态组织晶粒度，为后续的变形加工减轻压力。附图4为管模无震动某镍基合金铸钢管铸态组织，铸钢管厚度约70mm，树枝晶基本贯穿铸钢管的整个厚度，附图5为管模径向震动后该镍基合金铸钢管铸态组织，铸钢管厚度约72mm，树枝晶长度只有10mm左右，其余60mm后均为等轴晶，与附图4相比，树枝晶长度大大减小，等轴晶比例从基本没有提升到80%，产生了截然不同的效果，大大超出了预期。

该径向震动离心机和该径向震动离心铸造方法也可用于其他碳钢或合金钢等铸钢管生产，对于16Mn或40Cr之类的含碳量为中低碳的铸钢管，该离心机同样具有改善其晶粒度的作用。另外研究发现，这种径向震动离心机和径向震动离心铸造方法，还改善了铸钢管的碳偏析。对于奥氏体不锈钢或镍基耐热钢来说，由于其碳含量很低，为超低碳含量，其碳偏析不明显。下表为16Mn或40Cr离心铸钢管碳偏析数据，表中取样位置栏中的数字表示自内表面向外表面逐层取样，按厚度平均分为10层，逐层取样后做碳分析，结果证明，径向震动后碳偏析无论最大值和差值均明显降低，尤其是差值，降低幅度达到50%，可见该径向震动离心机及离心铸造方法对中低碳铸钢管的碳偏析有很好的抑制作用。

Claims (3)

1.一种径向震动离心机，包括主动轮组（3）和从动轮组（2），其特征在于：所述从动轮组（2）包括径向震动管模的震动托轮，所述震动托轮包括托轮支座（4）、震动从动轮和震动装置；所述震动装置包括离合器（5）、转轴（6）、轴承Ⅰ（7）、铜套（8）和偏心组件（12）；所述震动从动轮包括轴承Ⅱ（9）和震动轮（10），所述轴承Ⅱ（9）安装在震动轮（10）内、与转轴（6）转动连接；所述离合器（5）与转轴（6）柔性连接；在所述转轴（6）的两端固定连接两组偏心组件（12）；所述轴承Ⅰ（7）安装在铜套（8）内，所述铜套（8）安装在托轮支座（4）两侧支撑钢板（13）的长圆孔内；所述长圆孔两个半圆的中心距为e，所述铜套（8）的震动幅度不得超过e值。

2.根据权利要求1所述的一种径向震动离心机，其特征在于：所述转轴（6）的转动方向和角速度与震动从动轮保持一致。

3.根据权利要求1所述的一种径向震动离心机，其特征在于：所述偏心组件（12）由两个偏心块组成，可通过调整偏心块的角度调整震动力。