一种基于振动铁水包的铁液振动处理方法

技术领域

本发明涉及到铸造生产技术领域，具体涉及到一种基于振动铁水包的铁液振动处理方法。

背景技术

铁水包是用来存储金属液、转运金属液的工具，能够接收金属液，也能够将金属液倒出进行浇注。通常铁水包都是静置放置的，有的工厂想对倒入铁水包中金属液进行适当的处理，以改善金属液的性能，有利用超声波将合金材料的熔液从溶解炉或保持炉内向压铸筒输送并注入铁水包的铸造装置及铸造方法。

这种想利用振动源改善铁水包中金属液的性能的方法，多适用于中小型铸造，对于大型灰铁、球铁铸件生产领域中的熔液整体赋予振动的效果不佳，难以将组织的微细化效果传递至大型灰铁、球铁熔液。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种基于振动铁水包的铁液振动处理方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于振动铁水包的铁液振动处理方法，在铁水包的外周设置气动振动装置；在所述铁水包接收金属液后，启动所述气动振动装置对所述铁水包内的金属液进行振动，根据铁水包的容量以及金属液的加入重量来调整所述气动振动装置的振动频率、工作气体压力和振动时间，所述振动频率在100～600Hz，所述工作气体压力不小于0.2MPa，所述振动时间不超过10分钟。

本铁液振动处理方法通过振动改善和优化铁水包中的金属液，有利于金属液性能的提升，振动产生的振动力传递到所述铁水包内，能够让铁水包内金属液产生对流，振动对流产生的扰动作用可以造核细化强化晶粒、让金属液温度场趋于一致、让金属液内的夹渣物快速上浮，净化熔液，降低熔液晶间夹渣物，使其具有强化晶间相互作用，提升性能的效果。

同时通过控制振动时间和调节风压控制振动频率，进而加速原子扩散速度调控原子晶粒位置大小形成强化，同时使铁液温度均匀化、成分均匀化，并细化包内金属液的原子团簇，最终影响并细化凝固过程的枝晶晶粒，提升铸件的内在性能。

对于球铁球化完成后实施振动后，除上述优点外，还能让Mg与铁液中的氧、硫等活性元素物质快速、彻底的进行冶金反应，从而使铁液中的含氧量、含硫量在短时间内迅速降低，因此对球化后的铁水实施振动，更有以下突出效果：振动在短时间内会加速球化剂、孕育剂的反应不断的形成更多的石墨异质核心，可为铁液进入共晶凝固期提供大量石墨异质核心，从而能保证石墨球的数量；振动会迅速降低并去除铁液中的氧、硫等活性元素，形成“真空区域”，为球状石墨的生成提供了异质石墨核心以及生长、长大的基础，从而能保证石墨球的圆整度，亦可防止石墨畸变的产生。

在一些实施方式中，所述铁水包的容量小于等于5吨时，所述振动频率为100～200Hz，所述工作气体压力在0.2～0.6Mpa，所述振动时间≤1分钟。

在一些实施方式中，所述铁水包的容量小于等于10吨且大于5吨时，所述振动频率为200～300Hz，所述工作气体压力在0.3～0.6Mpa，所述振动时间≤2分钟。

在一些实施方式中，所述铁水包的容量小于等于20吨且大于10吨时，所述振动频率为300～400Hz，所述工作气体压力在0.5～0.7Mpa，所述振动时间≤4分钟。

在一些实施方式中，所述铁水包的容量小于等于40吨且大于20吨时，所述振动频率为400～500Hz，所述工作气体压力在0.6～0.8Mpa，所述振动时间≤6分钟。

在一些实施方式中，所述铁水包的容量大于40吨时，所述振动频率为500～600Hz，所述工作气体压力在0.6～0.8Mpa，所述振动时间≤8分钟。

进一步的，所述铁水包包括金属外壳，以及设置在所述金属外壳内底部和内周的耐高温内衬，所述耐高温内衬选用耐高温水泥振动浇注料制作，所述耐高温水泥振动浇注料的高温耐压强度不小于75Mpa。

进一步的，所述气动振动装置包括设置在所述铁水包金属外壳的外周上的安装支座，所述安装支座的一面为弧面且与所述金属外壳的外周紧密贴合，所述安装支座的另一面设有连接支座，所述连接支座上安装有气动振动器，所述气动振动器通过软管与空气压缩机连接。

通过在铁水包外周设置所述安装支座，能够方便的安装所述连接支座和所述气动振动器，使所述气动振动器基本垂直于所述铁水包外壁设置，能够对所述铁水包进行振动，将振动力传导至铁水包内部的金属液中。

进一步的，所述气动振动器为错开所述铁水包的吊把转轴设置的一个或者多个，所述气动振动器位于所述铁水包的包底向上的垂直高度的1/3～2/3位置处。

错开的布置能够让所述气动振动器偏离所述吊把转轴的位置，避免振动力对吊把转轴等连接部件产生不利影响；多个所述起到振动器的布置，能够从多个方位同时施加振动力，对于大体积的铁水包来说较为适用。振动器选择气动也是充分考虑了相关铁水高温的安全性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本铁液振动处理方法通过振动改善和优化铁水包中的金属液，有利于金属液性能的提升，振动产生的振动力传递到所述铁水包内，能够让铁水包内金属液产生对流，振动对流产生的扰动作用可以让金属液内的夹渣物快速上浮，净化熔液，降低熔液晶间夹渣物，使其具有强化晶间相互作用，提升性能的效果；2、同时通过控制振动时间和调节风压控制振动频率，进而加速原子扩散速度调控原子晶粒位置大小形成强化，同时使铁液温度均匀化、成分均匀化，并细化包内金属液的原子团簇，最终影响并细化凝固过程的枝晶晶粒，提升铸件的内在性能；3、对于球铁球化完成后实施振动后，还能让Mg与铁液中的氧、硫等活性元素物质快速、彻底的进行冶金反应，从而使铁液中的含氧量、含硫量在短时间内迅速降低，因此对球化后的铁水实施振动，更有以下突出效果：4、振动在短时间内会加速球化剂、孕育剂的反应不断的形成更多的石墨异质核心，可为铁液进入共晶凝固期提供大量石墨异质核心，从而能保证石墨球的数量；5、振动会迅速降低并去除铁液中的氧、硫等活性元素，形成“真空区域”，为球状石墨的生成提供了异质石墨核心以及生长、长大的基础，从而能保证石墨球的圆整度，亦可防止石墨畸变的产生；6、振动可以消除前期未参与球化的铁液而导致的石墨畸变、石墨异形，还能够让Mg分布更加均匀化，提升球化率；7、实施有效振动后，铁液的液相线析出温度提升、共晶温度降低，增大了铁液的液固两相区，使凝固组织中奥氏体枝晶增加，石墨析出延缓形成共晶石墨增多，石墨细化；振动后，铁液温度区间趋于一致，由此可以缩短进入共晶的时间，亦可以缩短共晶凝固时间。

附图说明

图1为本发明铁水包外布置气动振动装置的一种结构示意图；

图2为图1中A-A截面的结构示意图；

图3为本发明在安装支座上安装气动振动器的示意图；

图中：1、铁水包；101、金属外壳；102、耐高温内衬；2、吊把转轴；3、安装支座；4、连接支座；5、耳板；6、限位横杆；7、铰接杆；8、连接螺杆；9、锁紧螺母；10、气动振动器。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中间”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

一种基于振动铁水包的铁液振动处理方法，如图1所示，在铁水包1的外周设置气动振动装置；在所述铁水包1接收金属液后，启动所述气动振动装置对所述铁水包内的金属液进行振动，根据铁水包1的容量以及金属液的重量来调整所述气动振动装置的振动频率、工作气体压力和振动时间，所述振动频率在100～600Hz，所述工作气体压力不小于0.2MPa，所述振动时间不超过10分钟。所述振动频率的选取也可以对应为振动器的转速6000～36000V.P.M。

本铁液振动处理方法通过振动改善和优化铁水包中的金属液，有利于金属液性能的提升，振动产生的振动力传递到所述铁水包内，能够让铁水包内金属液产生对流，振动对流产生的扰动作用可以让金属液内的夹渣物快速上浮，净化熔液，降低熔液晶间夹渣物，使其具有强化晶间相互作用，提升性能的效果。

同时通过控制振动时间和调节风压控制振动频率，进而加速原子扩散速度调控原子晶粒位置大小形成强化，同时使铁液温度均匀化、成分均匀化，并细化包内金属液的原子团簇，最终影响并细化凝固过程的枝晶晶粒，提升铸件的内在性能。

对于球铁球化完成后实施振动后，除上述优点外，还能让Mg与铁液中的氧、硫等活性元素物质快速、彻底的进行冶金反应，从而使铁液中的含氧量、含硫量在短时间内迅速降低，因此对球化后的铁水实施振动，更有以下突出效果：

1、振动在短时间内会加速球化剂、孕育剂的反应不断的形成更多的石墨异质核心，可为铁液进入共晶凝固期提供大量石墨异质核心，从而能保证石墨球的数量。

2、振动会迅速降低并去除铁液中的氧、硫等活性元素，形成“真空区域”，为球状石墨的生成提供了异质石墨核心以及生长、长大的基础，从而能保证石墨球的圆整度，亦可防止石墨畸变的产生。

3、振动可以消除前期未参与球化的铁液而导致的石墨畸变、石墨异形(尤其对冲入法有效，可消除不球化的铁水使球化更均匀)。

4、振动让Mg分布更加均匀化，球化率提升。

本铁液振动处理方法在对球磨铸铁铁水液进行振动时，表现出使铁水液的表面张力升高，同时也使铁水液/石墨间的界面张力增加，由此形成的“真空区域”和硫化物、氧化物粒子为球状石墨的生成提供了第二个必要条件——石墨异质核心基底，同时借助加入的孕育剂形成的脱氧产物SiO

在一些实施方式中，所述铁水包1的容量小于等于5吨时，所述振动频率为100～200Hz，所述工作气体压力在0.2～0.6Mpa，所述振动时间≤1分钟。

在一些实施方式中，所述铁水包1的容量小于等于10吨且大于5吨时，所述振动频率为200～300Hz，所述工作气体压力在0.3～0.6Mpa，所述振动时间≤2分钟。

在一些实施方式中，所述铁水包1的容量小于等于20吨且大于10吨时，所述振动频率为300～400Hz，所述工作气体压力在0.5～0.7Mpa，所述振动时间≤4分钟。

在一些实施方式中，所述铁水包1的容量小于等于40吨且大于20吨时，所述振动频率为400～500Hz，所述工作气体压力在0.6～0.8Mpa，所述振动时间≤6分钟。

在一些实施方式中，所述铁水包1的容量大于40吨时，所述振动频率为500～600Hz，所述工作气体压力在0.6～0.8Mpa，所述振动时间≤8分钟。

在对铁水包中铁水液进行振动时，前期的数十秒时间非常关键，继续振动铁水液的性能会有一个短暂的趋稳过程，若还继续振动，则会起到反作用，不但不能优化铁水液的性能还有可能带来较为明显的副作用。也就是说振动时间的控制对于铁水液来说很重要，长时间的振动并不合适。

实施有效振动后，能使铁液按Fe-C(石墨)稳定系结晶的同时，铁液的液相线析出温度提升、共晶温度降低，增大了铁液的液固两相区，使凝固组织中奥氏体枝晶增加，石墨析出延缓形成共晶石墨增多，石墨细化；振动后，铁液温度区间趋于(温差)一致，由此可以缩短进入共晶的时间，亦可以缩短共晶凝固时间，这对于厚大断面球铁进行液态铁水的调控提供缩短共晶凝固将会非常有利的一种决定性的作用。

球墨铸铁以吨位小于5t的机床滑枕铸件为例说明，所述机床滑枕的材料牌号为QT600-3，试验采取了不振动、振动10s、20s、30s、70s(均未加入随流孕育剂)等对比例进行比较，振动频率在150Hz左右，在铁水成分相同的条件下最终获得的铸件试块的性能如下表所示。

表1球铁不同振动条件下铸件性能变化

从上表可以看出，铁水液振动后得到的铸件的性能是优于不振动的，球化等级上，振动后能够达到2级以上，也就是石墨大部分呈球状，余量为团状和极少量团絮状，球化率90％到95％；珠光体级别上，振动20s内，其等级会明显得到提升，珠光体95级别是指珠光体含量大于90％，继续振动后，珠光体级别会逐步下降，与不振动的水平差不多。

在硬度方面，短时间的振动会明显提升铸件的硬度，随着振动时间的延长，提升效果逐渐减弱，超出1分钟后并不会对硬度有提升作用；在强度方面，30s内的振动均能够较好的提升铸件的强度值，提升的幅度在116MPa左右，对于球墨铸件来说是比较可观的，进一步增加振动时间，强度的提升会逐步下降到不振动的水平；在延伸率上，通过20s的振动能够让QT600-3的滑枕铸件的延伸率达到3％以上，优于不振动时的水平。

灰铁以吨位小于5t的机床横梁铸件为例说明，所述机床横梁的材料牌号为HT250，试验采取了不振动、振动20s、30s、50s、70s(均未加入随流孕育剂)等对比例进行比较，振动频率在150Hz左右，在铁水成分相同的条件下最终获得的铸件试棒的性能如下表所示。

表2灰铁不同振动条件下铸件性能变化

灰铸铁同样实施振动后，强度明显得到提升，50s内的振动均能够较好的提升铸件的强度值，提升的幅度在25MPa左右，对于灰铸铁件来说是亦是比较可观的，进一步增加振动时间，强度的提升会逐步下降到不振动的水平。

进一步的，所述铁水包包括金属外壳，以及设置在所述金属外壳内底部和内周的耐高温内衬，所述耐高温内衬选用耐高温水泥振动浇注料制作，所述耐高温水泥振动浇注料的高温耐压强度不小于75Mpa。

通过所述耐高温内衬的设置确保大型灰铁、球铁熔液及球化后期振动时铁水包内的铁水安全可靠，不让铁水包内衬生产松动导致漏包事故发生。

所述铁水包在制作时，先通过模具制作外部的金属外壳，选定并调配好耐高温水泥振动浇注料后，将其敷设在金属外壳的内部，利用振动器进行振动操作，在成型包衬的中也利用了振动的方式夯实所述耐高温水泥振动浇注料，使得所述耐高温内衬成型后，具有较高的耐压强度，也能够抵抗一定的振动力，不会因外部振动而导致所述高温内衬的损坏或者脱落。

所述耐高温水泥振动浇注料包含耐火集料、结合剂和外加剂，加水或液状结合剂调和成可用浇注的泥料，耐火集料可以选择烧结刚玉、电熔刚玉、棕刚玉、莫来石、尖晶石和耐火黏土等材料中的一种或者多种。

进一步的，结合图1～图3所示，所述气动振动装置包括设置在所述铁水包1金属外壳的外周上的安装支座3，所述安装支座3的一面为弧面且与所述金属外壳的外周紧密贴合，所述安装支座3的另一面设有连接支座4，所述连接支座4上安装有气动振动器10，所述气动振动器10通过软管与空气压缩机连接。

通过在铁水包外周设置所述安装支座3，能够方便的安装所述连接支座4和所述气动振动器，使所述气动振动器10基本垂直于所述铁水包外壁设置，能够对所述铁水包1进行振动，将振动力传导至铁水包内部的铁水液中。

进一步的，所述气动振动器10为错开所述铁水包1的吊把转轴2设置的一个或者多个，所述气动振动器10位于所述铁水包1的包底向上的垂直高度的1/2位置处。

错开的布置能够让所述气动振动器10偏离所述吊把转轴2的位置，避免振动力对吊把转轴2等连接部件产生不利影响；多个所述气动振动器10的布置，能够从多个方位同时施加振动力，对于大体积的铁水包来说较为适用。

具体的，所述连接支座4上设有一对平行的耳板5，一对所述耳板5之间设有限位横杆6和铰接杆7，所述限位横杆6和所述铰接杆7分设在所述连接支座4的两侧，所述铰接杆7上设有可转动的连接螺杆8，所述连接螺杆8上设有锁紧螺母9。所述安装支座一面为弧形结构能够与铁水包的金属外壳紧密贴合，通过焊接或者螺接的方式连接固定，所述安装支座的另一面为平面，以便连接安装所述连接支座。

利用所述限位横杆6能够对所述气动振动器10的支脚进行限位，所述连接螺杆8和所述锁紧螺母9能够与所述气动振动器10的连接耳进行固定，从而安装所述气动振动器。

进一步的，所述耳板5的上端面为弧形面，所述限位横杆6靠下设置，所述铰接杆7靠上设置；所述连接螺杆8靠近所述铰接杆的一段为光杆、远离所述铰接杆的外周设有螺纹。所述连接螺杆8与所述气动振动器10的连接耳连接的部位外周还可以套设橡胶套，以起到保护和增加摩擦力的作用。

在一些实施方式中，还可以在铁水包1的外周设置环形的振动带，在所述振动带上布置所述安装支座，环形的振动带的设置不仅方便所述气动振动器的安装，还能够让振动力沿其均匀分散，整个周向的作用于铁水包内的铁水液。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。