一种法兰管离心铸造方法

技术领域

本发明应用于离心铸造领域，具体涉及一种用于热模法离心铸造的卧式管模，通过组合可生产法兰管。

背景技术

法兰管是指两端焊接法兰盘的管道，如附图1所示，法兰盘1上加工有螺栓孔，用于法兰管的螺栓连接。对于某些奥氏体不锈钢或镍基合金钢铸管而言，法兰盘的焊接会造成热影响区晶粒粗大，从而影响管道的性能，如抗腐蚀性、抗疲劳性等。如果法兰管的法兰盘和管道一起离心铸造，则因法兰盘造成铸管收缩受阻而造成裂纹废品，以及两端法兰盘使得管模的结构无法脱模，所以法兰管多采用焊接方式制造。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种法兰管离心铸造方法，使得采用热模法离心铸造法兰管成为可能，省去法兰盘焊接工序、消除焊接缺陷。

本发明所采用的技术方案是：法兰管离心铸造方法采用由半圆形的上半模和下半模组合成圆筒形管模离心铸造，所述上半模和下半模的左右部均对称加工有半凸环，上下半模的中部与半凸环之间加工有副辊带。上下两个相互配合的半凸环套装辊带环。在所述上下半模的左右两端，设计有凹环，所述凹环内装配有法兰内模块、弹簧、泡沫块和管端内模块；所述法兰内模块为对称的四块，镶嵌在上下半模的凹环内，在法兰内模块背面、凹环空腔内，装配有弹簧和泡沫块，所述泡沫块为聚丙烯符合材料，软化温度180--220℃。所述离心铸造方法步骤主要包括：

1）上下半模装配：下半模在托轮工位上装配，上半模在翻转机上装配；上下半模装配方法一致，镶嵌在上下半模凹环内的法兰内模块分别定位弹簧、压紧泡沫块，用半圆形管端内模块压紧两个法兰内模块，用紧固件连接管端内模块和上下半模，使得管端内模块的凹弧面与管模内表面平齐；所述法兰内模块与上下半模、以及管端内模块之间采用圆台斜面装配，该圆台斜面的倾斜角为15°。

2）管模装配：翻转机翻转装配好的上管模，天车吊起上管模至托轮工位与下管模定位组合，管模两端套装辊带环，紧固件紧固辊带环和管模半凸环。

3）涂层清理，动平衡检测。

4）管模烘烤，涂料喷涂，上挡板，离心浇注。

5）拆卸管模：将冷却后的管模和法兰管吊至托轮工位，副辊带放置在托轮上，旋转管模对正；拆卸管模两端挡板和辊带环，吊离上半模至翻转机，吊离法兰管，拆卸管端内模块和法兰内模块，清理上下半模的凹环。

本发明的有益效果是：采用本发明可一次铸造出法兰管，省去焊接工序，消除焊接缺陷，保证法兰管质量的一致性。生产的法兰盘及管身同时热处理，组织均匀一致，奥氏体不锈钢或镍基合金钢的抗腐蚀性、热疲劳性得到保证，对于某些关键部位，使用寿命提高，保证了管道的安全运行。

附图说明

图1为法兰管结构示意图；

图2为本发明主视剖面结构示意图；

图3为本发明俯视结构示意图；

图4为图2的A-A剖视图；

图5为图2的E-E剖视图；

其中：1-法兰盘、2-上半模、3-斜铁、4-挡板、5-法兰内模块、6-弹簧、7-下半模、8-泡沫块、9-管端内模块、10-副辊带、11-吊耳、12-砂芯、13-内挡板、14-外挡板、15-辊带环、16-半凸环、。

具体实施方式

参考附图2--附图5对本发明进行详细说明，下述上下、左右均是以附图2为基准，是指附图2的上下、左右。下述内外是指管模的内外，轴向是指管模旋转轴的方向，径向是指管模直径的方向。管模是圆筒形结构，为了方便显示结构，部分附图省去了中心线。

本发明使用的管模包括上半模2和下半模7，上半模2和下半模7均是半圆形管模，对称一致，两者组合在一起，成为一个整体圆筒形管模。上半模2和下半模7相互配合位置加工有台阶，如附图4所示，该结构一可以实现上下半模的定位组合，二可以杜绝甩钢事故。从精确定位角度而言，上下半模以相互配合的锥形定位销和定位孔为最佳，以防止上下半模组合装配时台阶的磕碰，保护台阶。钢水浇注过程中一旦涂层脱落，钢水有自组合缝隙离心甩出时的风险，本结构组合缝隙通道较长，漏入组合缝隙的钢水可凝固封堵组合缝隙，从而杜绝甩钢事故。

在上半模2对称的左右近端部加工有半凸环16，在上半模2的左右近中部加工有副辊带10，同样，在下半模7与上半模2相同位置加工有半凸环16和副辊带10，辊带环15套装在上下半模的两个半凸环16，并用紧固件连接。辊带环15可以将上下半模固定为一体，成为一个圆筒形管模，同时消除上下半模加工和组合装配的偏差，保证上下半模的同心度，从而保证管模高速离心旋转时的动平衡，不会产生较大震动。为方便辊带环15的拆装，半凸环16与辊带环15的环形配合面设计为角度一致的圆台斜面。副辊带10作用是将管模吊离离心机，放置在托轮上，缓慢旋转，摆正管模，方便管模的组合拆装。在半凸环16和副辊带10之间加工有吊耳11，方便管模的吊运和组合拆装。

在管模内表面的左右两端，设计有凹环，凹环内装配有法兰内模块5、弹簧6、泡沫块8和管端内模块9，所述管端内模块9为半圆形，分别与上下半模紧固件连接，管端内模块9的凹弧面与管模内表面平齐，管端内模块9半圆端面是否加工有配合台阶，决定于其厚度与台阶的尺寸。法兰内模块5分为对称的四块，如附图5所示，分别镶嵌在上下半模的凹环内，法兰内模块5与上下半模以及管端内模块9圆台斜面装配，倾斜角决定了其轴向移动的受力，本实施例倾斜角为15°，在法兰内模块5背面（外观看不着）、凹环空腔内，装配有弹簧6和泡沫块8，所述泡沫块8为聚丙烯符合材料，其软化温度180--220℃，在钢水浇注前，泡沫块8定位法兰内模块5，当管模高速旋转时，法兰内模块5固定不动，当高温钢水浇注后，钢水的热量传递给泡沫块8，泡沫块8受热软化，法兰管上的法兰盘1收缩时，法兰内模块5可向法兰管收缩的方向位移，不影响法兰管的收缩。弹簧6的目的是在泡沫块8软化后，稳定法兰内模块5，避免法兰内模块5在凹环内不规则移动造成偏移，从而影响管模高速旋转的动平衡。也就是说，即使泡沫块8软化的速度不一致，但有弹簧6的稳定作用，管模两端八块法兰内模块5位置依然相对一致，受力相对平衡，不会破坏管模的动平衡。法兰内模块5在移动过程中，因沿圆台斜面滑动而径向外移，与法兰管外表面形成空腔，该空腔与凹环内的空腔连通，可收集因法兰管收缩而剥落的涂层，避免因涂层剥落产生的收缩受阻。

在管模两端加工带有止口的承口，管模组合涂料喷涂后，安装挡板4靠紧止口，在承口上敲打斜铁3固定挡板4即可浇注。如果需要将法兰盘上的螺栓孔一起铸出，可按附图1右端的方式装配，在法兰内模块5上加工安装砂芯12的凹槽，砂芯12溃散后形成螺栓孔，挡板分为内挡板13和外挡板14，内挡板13主要用于固定砂芯12，外挡板14主要用于固定内挡板13。

采用本发明卧式组合管模热模法离心生产法兰管的步骤如下：

1、上下半模装配。下半模7在托轮上装配，上半模2在翻转机上装配。上下半模装配方法一致，两个法兰内模块5分别定位弹簧6、压紧泡沫块8，用半圆形管端内模块9压紧该两个法兰内模块5，用紧固件连接管端内模块9和上下半模，使得管端内模块9的凹弧面与管模内表面平齐。法兰内模块5与上下半模、以及与管端内模块9之间采用圆台斜面装配，为减小法兰内模块5滑动阻力，可在该圆台斜面上涂抹高温润滑脂。

2、管模装配。翻转机翻转装配好的上半模2，天车吊起至托轮工位，台阶定位或定位销定位，上下半模组合，从管模两端套装辊带环15，与上下半模的半凸环16配合，紧固件紧固辊带环15和半凸环16。

3、涂层清理，动平衡检测。将装配好的管模吊至离心机工位，先小转速清理涂层，然后高转速进行动平衡检查。可通过在紧固件上增加垫片或螺母的方式，或其他方法调整动平衡。

4、管模烘烤，涂料喷涂。管模烘烤温度不超过150-170℃，以保持泡沫块8强度为宜，涂料热模喷涂。在涂层喷涂之前，用涂料将管端内模块9紧固件的凹坑填充平齐。

5、上挡板，离心浇注。管模两端安装挡板，钢水离心浇注。钢水浇注前，管模高速旋转，法兰内模块5主要靠泡沫块8定位，钢水浇注后，泡沫块8软化前，部分钢水已经凝固，但此时高温铸钢组织为高温奥氏体，塑性很好，不会产生裂纹。收缩裂纹多在凝固后固体收缩受阻产生的，而在固体收缩之前，泡沫块8已经软化，弹簧6不足以抵抗法兰管的收缩，使得法兰管收缩没有阻碍，从而消除了收缩裂纹。

6、冷却，拆卸管模。钢水浇注后，喷水冷却控制管模温度不超过300℃（该温度为计算机模拟温度，不是红外测温枪测出的温度）。管模和法兰管冷却后，将管模吊至托轮工位，副辊带10放置在托轮上，旋转管模对正，使得上半模2与下半模7的配合面近乎水平。拆卸管模两端挡板，然后拆卸辊带环15，吊离上半模2至翻转机，吊离法兰管，拆卸管端内模块9和法兰内模块5，用压缩空气清理上下半模凹环内涂料和泡沫块残留，然后执行上述步骤1，安装泡沫块8，进行半模装配，如此循环。

采用本发明离心铸造生产法兰管，需要离心工位、托轮工位及翻转机配合，单个管模生产效率较低，需要两个管模、三个工位同时作业。采用本发明可一次铸造出法兰管，省去焊接工序，消除焊接缺陷，保证法兰管质量的一致性。

采用本发明离心铸造的法兰管，其法兰盘及管身同时热处理，组织均匀一致，奥氏体不锈钢或镍基合金钢的抗腐蚀性、热疲劳性得到保证，对于石油化工场所的某些关键部位，使用寿命提高，保证了管道的安全运行。