一種消失模鑄造澆注過程的氣體保護方法技術

一種消失模鑄造澆注過程的氣體保護方法，其特征是在澆注過程中采用氧氣進行氣體保護。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術屬于一種鑄造技術，涉及消失模鑄造澆注過程的氣體保護方法。
技術介紹
隨著消失模鑄造技術的發(fā)展及其優(yōu)越性的充分體現(xiàn)，人們對將該工藝應用于重要或大型鑄鋼件生產(chǎn)中的需求越來越迫切。消失模鑄造生產(chǎn)高質量要求的鑄鋼件，其最大的工藝難點在于模型氣化過程產(chǎn)生的各種固液相產(chǎn)物可能殘留于金屬液體中污染金屬液體，造成增碳、增氫等缺陷使金屬機械性能下降、化學成分超標，這種情況在鑄件的表層一般更為嚴重，經(jīng)常造成鑄件報廢，使消失模的應用范圍受到很大限制。為解決這一難題，人們通常從以下兩方面入手1、盡量減少模型中的碳含量；2、盡量使模型裂解充分。為此采用的具體工藝方法有1、盡量降低模型密度或將鑄件及澆注系統(tǒng)模型制成空心，使其在金屬液體充型過程中產(chǎn)生最少的殘留物；2、盡量提高澆注溫度，使模型充分裂解，生成更多的氣相產(chǎn)物排除鑄型；3、選用碳含量較少的有機高分子材料制成發(fā)泡模型，降低增碳的可能性，如目前很多生產(chǎn)企業(yè)和研究機構都采用EPMMA(聚甲基丙烯酸甲脂)作為消失模模型發(fā)泡材料。4、提高鑄型排除氣體能力，使模型裂解反應向有利于生成氣體方向發(fā)展，具體的方法是對鑄型施加較高的負壓或提高涂層的透氣性。5、在鑄件頂部加大排渣冒口，使鑄件內的污染物排入冒口內。上述方法的應用都一定程度上減少了模型氣化產(chǎn)物對金屬的污染，提高了鑄件質量，但目前為止真正解決該問題還需要更進一步的工作，主要原因在于有機高分子聚合物材料在高溫下發(fā)生裂解反應，其產(chǎn)物可能包括分子量較小的聚合物、聚合物的單體、小分子有機物或無機物(例如一氧化碳、二氧化碳、氫氣、水蒸氣和游離碳)等；在消失模鑄造過程中，金屬液體對模型材料的置換過程同時發(fā)生著模型高分子材料裂解的過程，為避免增碳、增氫，我們最希望這一裂解反應的產(chǎn)物主要是各種氣態(tài)的小分子有機物或氣態(tài)無機物，從而方便從鑄型排除。如果裂解產(chǎn)物主要是液相、固相有機物或游離碳就勢必對金屬產(chǎn)生污染。有機高分子裂解最充分產(chǎn)物應該是游離碳和氫氣，游離碳最容易與金屬液體結合形成增碳，氫氣更是增氫的最主要原因，這事實上并不是我們希望得到的結果。上述方法中僅設法使模型材料裂解盡量充分顯然沒有考慮游離碳和氫氣的產(chǎn)生及其對金屬液體的污染的嚴重性，這恰恰是問題得不到很好解決的原因。在傳統(tǒng)鑄造工藝的鑄鋼件澆注過程中，人們通常采用惰性氣體保護的辦法來防止空氣卷入金屬液體使金屬液體發(fā)生氧化，同時避免了氧化鋁沉積物聚集于澆注系統(tǒng)內造成其橫截面積減小來影響澆注效率，中國專利公告公開了“具有惰性氣體分配器的水口系統(tǒng)(公開號1203公開日1998.12.30)”，其中公開了具有上述功能的澆注系統(tǒng)或澆注工藝方案，其具體內容是一種耐火水口系統(tǒng)，該水口系統(tǒng)能有效地防止氧化鋁沉積物聚集在該水口系統(tǒng)接收塞棒的上部頂邊周圍。該水口系統(tǒng)包括一個具有上部和下部的耐火水口主體。一個孔貫穿所述上部和下部并具有用于接收和排出熔融金屬的接收端和排出端。一個惰性氣體分配器環(huán)繞所述水口主體的上部。一種由阻礙氣體流動的耐火材料制成的襯套覆蓋所述孔的孔壁，并且在所述孔的上部限定了一個安裝部分。一個金屬外殼基本上圍繞著所述上部的外表面。在所述阻礙氣體流動的襯套和金屬外殼的引導下，利用氣體分配系統(tǒng)使壓縮的惰性氣體導入到所述水口主體的可透氣的上部，以使惰性氣體主要通過所述上部的頂邊流動。所產(chǎn)生的惰性氣體流使孔的安裝部分與外界氧氣隔離，從而防止氧化鋁沉積物聚集在與塞棒控制熔融金屬流動能力相關的安裝部分上。一些其它技術文獻和專利也都公開了相近似的技術，但其實質都是在金屬液體進入鑄型前使其處于惰性氣體保護下與空氣(主要是其中的氧氣)隔絕的方法或工藝裝備，這些技術方案的采用在一定程度上提高了鑄件的質量，保證了金屬液體的順利充型。但這些工藝技術方案均未被應用于消失模鑄造，這是因為1、目前消失模鑄造多應用小型或相對要求較低的鑄鋼件中，而采用上述技術需要消耗大量的惰性氣體使成本一般很高，生產(chǎn)小型或相對要求較低的鑄鋼件難于用于實際生產(chǎn)中；2、消失模鑄造采用干砂造型，造型過程中固定氣體保護裝置一般比較困難，使上述技術難于實施；3、一般鑄造工作者均認為在消失模鑄造過程中，由于不取出模型，模型氣化過程會使整個鑄型內處于還原氣氛，氧一般都能被還原氣氛所消耗掉，不應用氣體保護一般也不會產(chǎn)生很嚴重的金屬液體氧化或氧化鋁沉積現(xiàn)象，因此并不需要進行惰性氣體保護；4、多數(shù)工藝技術人員都認為因為消失模鑄造澆注黑色金屬通常對鑄型施加負壓，氣體一般會集中于“型腔”靠近外表面處或被負壓抽出鑄型，產(chǎn)生金屬液體氧化或氧化鋁沉積的可能性較小，一般不需要施加惰性氣體保護。同時，這些技術方案中所選用的保護氣體也一般僅限于元素周期表中的第VIII族元素---惰性氣體，采用其它氣體用于氣體保護一般被認為沒有具體的技術意義，采用氧氣作為保護氣體更被認為是有害的。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的是提供一種可以使消失模鑄造過程中模型氣化產(chǎn)物對金屬污染減少的有效方法。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術采用了在消失模鑄造澆注過程中進行氣體保護的技術，其保護氣體選用氧氣。因為游離碳和氫氣同為還原性物質，在澆注過程中又處于高溫活性狀態(tài)，使鑄型內的氣氛趨向于富氧氣氛就將適用于消耗掉裂解產(chǎn)生的終產(chǎn)物---游離碳和氫氣。在本專利技術中，采用氧氣保護法使?jié)沧r卷入鑄型內的氣體為氧氣，其氧化能力較空氣強很多，使消失模鑄造的鑄型氣氛由還原性向氧化性轉變。如圖所示消失模鑄造采用氧氣保護的方法基本與傳統(tǒng)鑄造中的惰性氣體保護方案相同，只是選用純氧代替惰性氣體對澆注過程加以保護，同時把氣體通入部分加于澆口杯內或澆口杯底部，解決了固定困難的問題。用氧氣取代惰性氣體后，氧氣減壓閥處控制供氣壓力為0.2-0.7Mpa之間，最好是0.5-0.6Mpa，氣體流量的大小一般由直澆口的截面積決定，不同的直澆口直徑選用不同的噴嘴口直徑和噴嘴口數(shù)量，最終控制與金屬液體直接接觸的部分氧氣體積百分數(shù)為50-85％之間，最好是60-65％之間，在澆注過程中一般對砂箱施加-0.03-～-0.07Mpa的負壓。由于通常消失模鑄造型腔處于還原氣氛，同時負壓使氧集中于型腔外壁，使其優(yōu)先與模型裂解產(chǎn)生的游離碳、氫氣或一氧化碳等反應，氧對金屬液體的氧化及形成氧化鋁沉積的作用不大。采用上述工藝方法后，使消失模鑄造中模型產(chǎn)物對金屬污染的問題得到進一步解決，拓寬了消失模鑄造的應用范圍，使采用消失模鑄造工藝生產(chǎn)的鑄鋼件質量得到顯著提高。附圖說明附圖為氣體保護方法應用的示意圖，圖中僅示意出氣體通入部分在澆口杯下部的情形。圖中1為澆口杯，3為耐火材料制成的密閉氣室3，4為耐火多孔套筒，5為直澆道，6為氧氣減壓閥，7為管道。同時指定該圖為摘要附圖。具體實施例方式下面結合生產(chǎn)實例對本專利技術作進一步說明在澆注一種平板型低碳鋼鑄件時采用了氧氣保護的方法，其氣體導入裝置基本與傳統(tǒng)鑄造中的惰性氣體保護方案相同，只是選用氧氣代替惰性氣體對澆注過程加以保護。如圖所示，在澆口杯1下端與直澆道5連接處加一個耐火材料制成的密閉氣室3，氣室3內有一個耐火多孔套筒4連接于直澆道5和澆口杯1的金屬液體進口之間。密閉氣室3、多孔套筒4可以看成是澆口杯1的一部分，解決了固定困難的問題。氧氣減壓閥通過管道7與密閉氣室3相連，氧氣減壓閥6處控制供氣壓力為0.5Mpa。該鑄件的具體尺本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：劉立中，
申請(專利權)人：劉立中，
類型：發(fā)明
國別省市：