[发明专利]离心铸造管内壁用保护剂

说明书

本发明属于冶金离心铸造领域。特别适用于多种材料的离心铸造管内壁用保护剂。

在现有技术中，离心铸造管是采用预定重量的高温金属熔液注入到高速旋转的铸型内，在离心力的作用下，可以使金属熔液均匀地被分配在铸型内壁上，经冷却凝固后获得铸造管。采用离心铸造方法所生产铸管内壁容易出现的质量缺陷有(1)铸管内表面由于二次氧化容易形成氧化膜，而冷却后的氧化膜缩成皱纹，造成内壁粗糙不平整。(2)铸管内壁容易形成缩孔和疏松。液体金属开始结晶于铸件外壁，逐渐向孔内面发展，凝固收缩由孔内环形液体金属不断补充，但是由于内孔表面也有一定程度的冷却，在全部截面尚未完全凝固之前，内孔表面已达到了凝固温度，则最后剩余液体便在主要凝固层和内孔凝固层之间形成环形缩孔带、疏松带，有时甚至可达到管厚度的1/4～1/3。(3)铸管内壁容易产生裂纹。由于金属溶液的凝固过程中存在有液态收缩，凝固收缩及固态收缩，造成铸管内壁产生裂纹。根据离心铸管存在有上述缺陷，因此人们开始采用添加保护剂的办法来解决铸管内壁的质量问题。例如日本所介绍的昭51-10818、离心铸造用溶剂；昭60-124460，浇注用保护渣；昭60-223650，双金属离心铸造用保护渣；昭62-158558，离心铸造套筒的制造方法等。这些用于离心铸造的保护渣从成份上大致可分为两类。一类保护渣为含B或B的化合物。由于渣中含B，则B元素易于向金属液中扩散，使金属液中B含量增高，金属件易于脆化和造成裂纹等缺陷，保护渣的成本也较高，在使用时有局限性。而另一类保护渣是属于不含B或B的化合物，成份比较单一，但保护渣的使用效果不显著。综上所述，无论是哪一种保护渣，都仅仅只适用于一般铸铁或球墨铸铁、普通铸钢或合金元素含量＜2％的低合金钢离心铸造使用。

本发明的目的是提出一种熔化温度低，综合性能好，使用范围广和方便的离心铸造管用保护剂。

对于特殊钢的离心铸造管来说，由于合金元素含量高，特别是铬含量高，在浇铸过程中金属液表面与空气接触，极易生成氧化铬膜，并与FeO、MgO等形成更复杂的化合物使钢液的流动性降低。再有高合金钢具有凝固收缩率比碳钢大和导热性能差等特性，因此在离心浇铸时，内表面更容易生成氧化膜皱纹，内壁容易形成缩孔、疏松和裂纹等缺陷。根据不同的离心铸造材料的需要，我们所提出使用范围更广的离心铸造管用保护剂的具体化学成份含量按重量％为：Na₂CO₃ 10～35％；CaF₂ 20～35％；Al₂O₃ 4～10％；K₂O 0.1～5％，其余为SiO₂。

在工业上，保护剂的碱度通常是按照熔渣中CaO和SiO₂重量百分含量的比值计算的，当CaO/SiO₂＞1时为碱性渣，当CaO/SiO₂＜1时为酸性渣。因此在本发明离心铸造管用保护剂是酸性渣，SiO₂可采用廉价的原材料形式提供，成本较低，并可保证熔渣的玻璃性。另外Na₂CO₃不仅可以明显降低保护剂的熔融温度和粘度，而且它遇到热分解可以放入一定量的CO₂气体，形成保护性气氛，增加了保护剂防止金属二次氧化和保温的效果，因比Na₂CO₃含量应控制在10～35％。在本发明保护剂中加入廉价的萤石，即CaF₂；其主要目的是促使硅氧聚合体解体，从而降低保护剂的粘度和熔点，使熔化后的保护剂能够均匀地分布在铸件内壁上，因此本发明保护剂中CaF₂的加入量应在20～35％范围内。在本发明保护剂中Al₂O₃可以起到调节保护剂的熔点作用，但含量不宜过高，当含量过高时则保护剂的粘度升高，熔液的流动性则变差，因些Al₂O₃的应在4～10％。在本发明保护剂中加适量的K₂O可以起到助熔作用，其K₂O含量应在0.1～5％。另外在本发明保护剂中还存在有一些不易被去除的不必要物质，例如MgO、Fe₂O₃、MnO等，这些物质是由于本发明保护剂所采用的是廉价原材料而带入的，因此这样不必要物质在本发明保护剂中含量越低，则本发明保护剂在使用时效果会越好。所以本发明保护剂在不增加原料成本的情况下，这些不必要物质越少越好。