[发明专利]一种内嵌冷却水管型冷铁及其铸造方法和应用

说明书

本发明公开了一种内嵌冷却水管型冷铁及其铸造方法和应用，属于铸铁铸件、冷铁及铸造工艺技术领域。本发明解决了超厚大断面球墨铸铁铸件凝固时间长，容易产生石墨衰退和畸变，造成铸件报废，以及通水冷却存在安全隐患的技术问题。本发明将冷却水管嵌铸在铸铁中，在保证内嵌冷却水管型铸铁冷铁的力学性能的同时，实现了冷铁快速传热，进而加速了铸件凝固过程中的冷却速度，减少了球墨铸铁铸件因冷却不及时而产生的组织粗大、力学性能低的情况，尤其是对于超厚大断面球墨铸铁铸件，减少铸件凝固时间长，避免由于产生石墨衰退和畸变，造成铸件的报废。并且本发明将冷却水管和铸铁结合形成一个整体，有效保证了通水冷却的安全可靠性。

技术领域

本发明涉及一种内嵌冷却水管型冷铁及其铸造方法和应用，属于铸铁铸件、冷铁及铸造工艺技术领域。

背景技术

近年来，随着高端装备制造业的发展，对超厚大铸件的需求越来越多，尤其是对超厚大断面球墨铸铁铸件的需求更为迫切，并且对球墨铸铁材料的性能要求也越来越高。例如，核乏燃料贮运容器铸件，对显微组织和力学性能都提出较高要求，并且对低温冲击性能提出严格要求(-40℃V口冲击和断裂性能)。有些风电球墨铸铁铸件要求达到QT400-18L水平。

众所周知，对球墨铸铁铸件来说，凝固时间过长，出现球化衰退、石墨畸变，严重恶化铸件的显微组织和力学性能，因此，对厚大断面球墨铸铁铸件生产来说，一般会采取强制冷却措施，使铸件在两小时内完成凝固过程。

目前，最为常用的强制冷却措施是使用冷铁，增加局部冷却速率。但对超厚大断面球墨铸铁件来说，单单使用冷铁已不能满足冷却速率和凝固时间的要求。为增加冷却效果，也有关于采用通风冷却、通雾冷却、通液氮冷却和通水冷却的报道。然而，在生产实际中，通风冷却、通雾冷却、通液氮冷却等方式由于其冷却介质的热容较小，冷却过程中带走的热量有限，冷却效果并不理想。因此，通水冷却是最为有效的冷却方式，但是通水冷却也是在生产上最为有安全隐患的一种强制冷却方式。比较安全的通水冷却方式对企业安全生产至关重要，也为在超厚大断面球墨铸铁铸件生产中推广通水强制冷却方式提供有力的条件保障。因此，设计制造一种安全的通水冷却冷铁是解决通水冷却安全隐患的主要途径。

发明内容

本发明为了解决超厚大断面球墨铸铁铸件凝固时间长，容易产生石墨衰退和畸变，造成铸件报废，以及通水冷却存在安全隐患的技术问题，提供一种内嵌冷却水管型冷铁及其铸造方法和应用。

本发明的技术方案：

一种内嵌冷却水管型冷铁，冷却水管嵌铸于铸铁冷铁中，冷却水管为螺旋形，铸铁为环状；冷却水管的两端从铸铁冷铁内部伸出，位于环状铸铁冷铁的外侧。

进一步限定，螺旋状的冷却水管和环状的铸铁冷铁同轴，并且冷却水管的管径为铸铁冷铁壁厚的1/4～1/3倍，冷却水管位于铸铁冷铁的壁厚的中间位置，冷却水管内侧面与铸铁冷铁的内侧面间距离为50～100mm。

进一步限定，铸铁冷铁壁厚为300～400mm。

进一步限定，冷却水管为无缝低碳钢钢管，冷却水管的壁厚4～12mm，螺旋管间距d为150～400mm，冷却水管的管径为80～120mm。

进一步限定，冷却水管的螺旋管间距d、冷却水管的管外径r和铸铁高度h之间的关系为h＝(n+1)d+2nr，其中n为冷却水管的螺旋管层数。

进一步限定，铸铁冷铁的外侧面上均匀分布4个圆柱状吊把，吊把的直径为铸铁冷铁壁厚的1/4～1/3倍，吊把的长度为吊把直径的3～4倍。

进一步限定，铸铁冷铁为HT200型冷铁材料或者球墨铸铁材料。

上述内嵌冷却水管型冷铁采用底注式浇注成型方法。

进一步限定，当铸铁冷铁为HT200型材料时，浇注过程中铁水熔炼温度为1480～1500℃，浇注温度1260～1350℃，采用0.2～0.6％的75SiFe或硅钡孕育剂进行孕育处理。