[发明专利]一种铸铁机铸铁模

说明书

技术领域

本发明涉及炼铁高炉配套设备铸铁机所用的一种铸铁模。

背景技术

铸铁机是将炼铁高炉生产的铁水铸造成一定形状铁块的设备，铸铁模约占铸铁机整机重量的三分之一，是铸铁机关键的易耗件。铸铁模固定在传动链上，约1250℃的高温铁水经铁水流槽流入铸铁机的铸铁模内，铸铁模内铁水随着链带的移动经喷淋水冷却区域冷却铸成铁块，铁块脱离铸铁模时温度约500℃，铸铁模再次返回到浇注点时温度降低到200℃左右。可见铸铁模在工况条件下，长期处于频繁变化的急冷、急热状态，工作条件十分恶劣。铸铁模的破坏机理属于热疲劳破坏。目前，由于铸铁模结构设计及材质选用不合理，易造成铸铁模因热疲劳破坏而失效，大大缩短铸铁模的使用寿命，直接影响使用厂家的设备运行成本和经济效益。

目前铸铁模的型腔结构为倒等腰梯形，壁厚的偏差较大，斜边与底边过渡圆角为R40，易产生应力集中，使用中易产生裂纹；铸铁模采用的材质为普通灰铸铁、耐热铸铁等，韧性差，易断裂，往往要在铸铁模内放入钢筋，抵抗灰铸铁及耐热铸铁的断裂倾向，且导致铸造工艺复杂。

鉴于上述原因，开发长寿铸铁模非常迫切。

发明内容

本发明旨在解决上述铸铁模在使用过程中易出现的严重裂纹或断裂等技术问题，通过对铸铁模整体结构及材质的创新设计，延长铸铁模的使用寿命，减少铸铁机停机维修时间，从而提高铸铁机的综合生产能力。

本发明采取的技术方案如下：

根据铸铁模急冷急热及局部冷热不均的使用工况条件，通过对铸铁模断裂主要原因的分析、判定，认为铸铁模断裂的主要原因是热应力的循环加载引起铸铁模的热疲劳破坏所致。应从材质及结构两方面进行改进。

1.材质：对现有常用材质(灰铁、耐热铁、球墨铸铁、铸钢等)进行比对，发现铸钢性能是较好的一种材料，而在铸钢中添加稀土元素后，更能进一步提升其性能。经分析比对，铸铁模材质设计为ZG270-500特种合金铸钢新材料较合理。此种铸铁模的材质是在铸钢ZG270-500中加入总质量0.02％～0.2％的镧(La)和0.02％～0.1％的铈(Ce)制成的，这两种稀土元素的加入进一步提升了铸钢的机械性能，同时耐蚀、耐热性能也有所提高，能有效地延长铸铁模的使用寿命。

2.结构：将原倒等腰梯形改为大圆弧结构的成型腔，更能有效地减少铸铁模上应力集中和应变集中的区域。利用有限元分析软件，优化铸铁模的结构设计，采用双圆弧的设计方案，使铸铁模壁厚均匀一致，壁厚偏差为±3毫米(铸铁模的边缘和隔筋处除外)。减少铸铁模各表面因壁厚不均存在的温度梯度。温度梯度最大处往往存在应变集中，容易造成热疲劳破坏的发生。将温度梯度控制在合理的范围内，能有效减少应变集中的强度，从而能有效地减缓铸铁模的热疲劳破坏。为此，将成型腔纵向内圆弧r的尺寸控制在90～115mm，纵向外圆弧R控制在135～165mm，二者配合能使铸铁模受热区各处壁厚更加均匀，过渡更加平滑，可最大限度地避免热应力集中，减缓热疲劳破坏；同时经过有限元温度场的模拟分析，采用较合理的成型腔壁厚尺寸30～45mm，能将铸铁模的温度梯度控制在最为合理的范围内，工作时能缩小其内、外表面各处的温度差，从而有效地减缓热疲劳破坏的发生，最终实现铸铁模的长寿命。

铸铁模几种常用材质的常温性能比较见下表：

本发明通过以上技术方案的实施和铸铁机的工况使用验证：铸铁模的使用寿命提高了两倍以上，更换铸铁模次数明显减少。铸铁机的综合生产能力显著提高，使用厂家的设备运行成本大大降低，经济效益显著。

附图说明

图1是本铸铁机铸铁模的主视图；

图2是本铸铁机铸铁模的A-A视图；

图3是本铸铁机铸铁模的俯视图。

具体实施方式

以下结合附图介绍本发明的实施例。

实施例1：

铸铁模的材质是在铸钢ZG270-500中加入总质量0.06％的镧(La)和0.04％的铈(Ce)，稀土元素的加入提升了铸钢的机械性能，铸铁模耐蚀、耐热性能也有所提高。

铸铁模的结构，经过温度场模拟分析，壁厚尺寸采用40mm，成型腔纵向外壁大圆弧R为150mm，纵向内壁大圆弧r为110mm。铸铁模成型腔的壁厚偏差为±3毫米(铸铁模的边缘和隔筋处除外)。可以将铸铁模的温度梯度控制在最为合理的范围内，工作时能缩小其内、外表面各处的温度差，从而有效地减缓热疲劳破坏的发生，最终实现了铸铁模的长寿命。

实施例2：