铸件的温度控制型阶梯式浇注方法及阶梯式浇注装置

技术领域

本发明涉及铸造领域中的铸件的温度控制型阶梯式浇注方法及实施该方法的温度控制型阶梯式浇注装置。

背景技术

装备制造业涉及国家安全与国家经济命脉，装备制造业的发展水平是衡量一个国家重工业发展水平的重要标志。大型铸件是装备制造业的基础，大型铸件具有体积大、质量重、所需金属液多、金属液凝固时间长等特点。为了使浇注过程中的钢水温度更加均匀，大型铸件通常采用分层浇注工艺，浇筑前需要在铸型的浇道上设置堵截点，堵截点处设有用于对浇道进行封堵的堵截装置，常用的堵截装置有投球堵截装置和阀门堵截装置；浇注过程中在对堵截点进行封堵前和对堵截点封堵后会对砂型中某一区域的温度产生影响，该区域即形成与该堵截点对应的温度影响区。

公告号为CN205732941U、公告日为2016.11.30的中国实用新型专利公开了一种铸钢件分层浇注装置，包括铸型、钢球和投球堵截装置；铸型中设有型腔和与型腔连通的供钢水注入的浇道，所述的浇道包括沿上下方向延伸的竖浇道和沿左右方向延伸的横浇道，横浇道有两个以上，各横浇道上下分层设置且分别与竖浇道连通。竖浇道的内壁上于横浇道与竖浇道的连接处设有用于与对应规格的钢球配合的台阶结构，还设有至少一对间隔设置的电极式传感器；投球堵截装置包括控制盘、电极式传感器和电动推杆，电极式传感器为钢丝。堵球防止在铸型上侧的平台上，平台与竖浇道上端口之间设有供堵球通过的斜面。

浇注过程中，当竖浇道中的钢水的高度达到或超过钢丝所在位置时，由于钢水具有导电性，两钢丝之间导通，投球堵截装置开始投球，控制盘控制电动推杆动作，电动推杆将钢球推到竖浇道中，待钢球下落到位时，钢球将对应的横浇道隔断，此后注入的钢水无法进入处于钢球下侧的横浇道中；当钢水液面达到其他的横浇道时，依次类推，实现分层浇注。

现有的浇注方法是以浇注过程中浇道中的钢水的液位进行控制，由于铸件下层部位工艺热节处的缩孔、疏松、晶粒粗大等铸造缺陷主要是由于温度梯度引起的，仅靠控制钢水液面高度无法消除；另外，在钢水浇注温度低时不需要对钢水堵截，由于仅检测钢水液位，在钢水液面达到时仍发出信号堵截浇道，易产生浇不足和浪费钢球现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铸件的温度控制型阶梯式浇注方法，用以解决现有的阶梯式浇注装置存在的无法很好的消除铸件下层部位的铸造缺陷的问题；本发明的目的还在于提供一种实施该方法的温度控制型阶梯式浇注装置。

为实现上述目的，本发明的铸件的温度控制型阶梯式浇注方法的技术方案是：铸件的阶梯式浇注方法包括封堵浇道上的堵截点的步骤，对堵截点的封堵是在检测到与该堵截点对应的温度影响区的温度达到设定值时进行。

所述温度是所述堵截点所在位置的温度。

在温度检测前先对浇道中的钢水的高度进行检测，只有当钢水达到堵截点时才进行温度检测。

对堵截点的封堵是依靠向浇道内投入由陶瓷制成的堵球实现。

本发明的温度控制型阶梯式浇注装置的技术方案是：阶梯式浇注装置包括设有浇道的铸型和对所述浇道上的堵截点进行封堵的堵截控制装置，所述堵截点所对应的温度影响区设有温度传感器，堵截装置与温度传感器连接以在温度传感器的测量值达到设定值时对相应堵截点进行封堵。

所述的温度传感器设置在堵截点处。

所述的堵截控制装置为投球堵截装置，投球堵截装置包括堵球，所述的浇道包括竖浇道和横浇道，竖浇道为内腔截面由上至下逐渐减小的锥形通道，所述的堵截点设置在竖浇道上。

所述的堵球为陶瓷球。

温度控制型阶梯式浇注装置还包括用于检测浇道中的钢水高度的液面检测装置，液面检测装置与温度传感器连接以在钢水高度达到堵截点时使温度传感器进行测温。

本发明的有益效果是：通过检测与堵截点对应铸型中的温度影响区的温度控制堵截装置的堵截动作；相比于现有技术，以实际温度控制对堵截点的堵截操作，能够彻底解决铸件下层部位工艺热节处容易产生缩孔、疏松、晶粒粗大等铸造缺陷的问题。

进一步的，在检测钢水温度前，先检测铸型中的钢水的液面高度，只有当钢水的液面高度达到堵截点所在位置时，才对钢水进行温度检测；避免在钢水未达到堵截点时而过早投球。

附图说明

图1为本发明的温度控制型阶梯式浇注装置的具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明的温度控制型阶梯式浇注装置的具体实施例，如图1所示，包括铸型1和设置在铸型1上的用于对铸型1上的浇道进行封堵的堵截装置，本实施例中的堵截装置为投球堵截装置2，投球堵截装置2包括堵球3，堵球3为陶瓷球，陶瓷球在浇注完成后可从废砂中回收，经抛光处理后可重复使用。

铸型1中设有型腔11，铸型1上于型腔11的右侧设有浇道，浇道包括沿上下方向延伸的竖浇道12和沿左右方向延伸的横浇道13，横浇道13有三个，三个横浇道13上下分层设置，各横浇道13分别与竖浇道12连通。

竖浇道12为上大下小的锥形通道，铸型1的顶部与竖浇道12的上方设有顶座15，安装座15上与竖浇道12相对应的位置设有锥形的浇口杯安装槽，浇口杯14嵌设在浇口杯安装槽中且大端朝上；投球堵截装置2设置在顶座15的顶面上并靠近浇口杯14设置；顶座15上于浇口杯14和电动推杆23之间设有堵球盒，堵球3放置在堵球盒中。

投球堵截装置2包括控制盘21、温度采集器22和电动推杆23，温度采集器22包括温度传感器221，温度传感器221为热电偶；温度传感器221与温度采集器22之间以导线24连接。

竖浇道12中预设有两处堵截点，堵截点17靠近中间横浇道13设置并处于中间横浇道13的下方；堵截点18靠近上层横浇道13设置且处于上层横浇道13的下方；各堵截点在被堵截前后均会对铸型1中的对应区域的温度造成影响，即各堵截点均对应有温度影响区。

与各堵截点对应的温度传感器221设置在与该堵截点对应的温度影响区中，本实施例中的温度传感器221设置在各堵截点所在的位置，如图1所示，铸型1上于竖浇道12的右侧设有供温度传感器221安装的传感器安装孔16，两温度传感器221分别设置在与两堵截点对应的传感器安装孔16中。

投球堵截装置2还包括用于在浇注过程中检测竖浇道12中的钢水的高度的液位检测装置，液位检测装置与温度采集器22控制连接，只有当竖浇道12中的钢水的液位达到堵截点17或堵截点18时，温度采集器22才会对钢水温度进行检测，以防止浇注过程中在钢水液面未达到堵截点时而过早的投球。

所述的液位检测装置为现有技术，可以为现有技术中的电极式传感器，也可以为液位传感器。

温度传感器221将采集到的温度信号转化为电信号并传递给温度采集器22，温度采集器22与控制盘21信号连接，控制盘21具有设定的温度值；控制盘21控制电动推杆23动作。

由于竖浇道12上设有两处堵截点，各堵截点所在位置的竖浇道12的直径不同，对应的，堵球2具有两种规格；堵球3放置在堵球盒中，并且不同规格的堵球3在堵球盒中从浇口杯14所在位置到电动推杆23所在位置堵球直径由大到小排列。

浇注过程中，当钢水高度达到第一堵截点17时，温度传感器221对钢水温度进行采集，温度传感器221采集到的温度传递给温度采集器22，温度采集器22将信号传递给控制盘21。

当钢水温度超过控制盘21的设定值时，温度控制盘21控制电动推杆23动作，电动推杆23将对应的堵球3推入到竖浇道12中，堵球3下落到堵截点17处，并将最下层的横浇道13隔断；当钢水温度低于控制盘21的设定值时，则不进行投球。当钢水高度达到第二堵截点18时，依次类推。

下面以大型高锰钢铸件、普通低碳钢铸件和大型铝合金铸件为例，对阶梯式浇注装置的工作原理加以说明：

一种大型高锰钢铸件的浇注生产（重约150吨），包括以下步骤：

步骤一：对高锰铸钢件进行工艺设计，采用三层阶梯式浇注装置，水玻璃砂造型，砂型上预留供热电偶安装的安装孔；确定堵截点在竖浇道中的位置及各堵截点所对应处的竖浇道的内径，本实施例中第一堵截点的直径为Φ60mm，第二堵截点的直径为Φ70mm。

步骤二：浇注前，将热电偶插入铸型上的预留的安装孔中，测温点与各堵截点的位置对应。

第三步：将堵球、温度采集器、控制盘和电动推杆安装到顶座的顶部，并将各电气元件连接好，调试以保证性能良好。

第四步：控制盘的设定温度为1480℃；直径为Φ60mm和Φ70mm堵球各一个，堵球从靠近浇口杯的位置到电动推杆所在的位置由小到大依次排列。

第五步：浇注，当钢水液面达到第一个堵截点时，温度测试，数据采集并传输给温度采集器。

第六步：当所测温度超过1480℃时，控制盘发出信号给电动推杆，电动推杆推动第一个陶瓷球进入竖浇道，堵球到位后将最下层的横浇道隔断，钢水无法向堵球下侧的横浇道中流动。如果所测温度低于1480℃，则不发出信号，电动推杆不动作。

第七步：第二个堵截点操作测温后重复第六步。

第八步：浇注完成后，将热电偶和顶座上的投球堵截装置全部拆下、收好，以备下个铸件浇注使用。

第九步：铸件打箱后，在废砂中将堵球回收，抛光处理，待下次使用。

一种大型普通低碳钢铸件（重约300吨）浇注生产，包括以下步骤：与上述高锰钢铸件的浇注过程的不同之处在于：1、采用四层阶梯式浇注装置；2、竖浇道中设有三个堵截点，用于与各堵截点配合的堵球的直径分别为Φ70mm、Φ80mm和Φ90mm；3、控制盘的设定温度为1560℃；具体的操作步骤与上述一种大型高锰钢铸件的操作步骤类似，不再详细说明。

一种大型铝合铸件浇注生产（重约30吨），包括以下步骤：与上述高锰钢铸件的浇注过程的不同之处在于：1、采用双层阶梯式浇注装置；2、竖浇道中设有一个堵截点，用于与该堵截点配合的堵球的直径为Φ60mm；3、控制盘的设定温度为680℃；具体操作步骤与上述一种大型高锰钢铸件的浇注生产过程的步骤类似，因此，不再详细说明。

在其他实施例中，也可以不设置液位检测装置，在竖浇道的内壁上设置凹陷结构，温度传感器的感应头处于凹陷结构的之内，只有当竖浇道中的钢水的高度达到凹陷结构所在位置时，温度传感器才能对钢水进行温度检测。

在其他实施例中，堵球也可以设置成钢球。

在其他实施例中，也可以将温度传感器设置在铸型上的与某一堵截点对应且非堵截点所在位置的其他温度影响区中，例如，铸型上靠近型腔的侧壁上。

在其他实施例中，也可以将投球堵截装置设置成阀门堵截装置，通过检测到的与堵截点对应的温度影响区的温度来控制阀门的启闭，实现分层浇注。

本发明的铸件的温度控制型阶梯式浇注方法的具体实施例，铸件的温度控制型阶梯式浇注方法的实施步骤与上述本发明的温度控制型阶梯式浇注装置的任一实施例的实施步骤一致，因此，不再重复说明。