專(zhuān)利名稱(chēng)：孕育方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新的孕育方法，用于孕育(灰ロ或球墨)鑄鐵，特別是設(shè)置在熔爐出口和鑄模線(xiàn)(line of molds)之間的澆注設(shè)備(鐵水溝、爐或澆包)所包含的熔融鐵水浴。孕育可以改進(jìn)基礎(chǔ)金相組織，能夠影響金屬基體中石墨的形狀、尺寸以及分布。本發(fā)明同樣涉及實(shí)施所述孕育方法的裝置。
背景技術(shù)：
制造鑄鐵部件需要使用稱(chēng)為孕育劑的特定添加剤，其在熔融和/或澆注過(guò)程中被引入熔融鐵水浴中以獲得期望的金相組織并確保部件的內(nèi)部健康。孕育被定義為在澆注某些合金之前的時(shí)刻供應(yīng)至金屬浴中以造成石墨分布的變化、力學(xué)特性的改善和白ロ化趨勢(shì)的減少。孕育的目的是產(chǎn)生在凝固期間固相在其上生長(zhǎng)的晶核化核。在某些情況下，這些晶種來(lái)自于添加待凝固的同相細(xì)粒。這些粒子不完全溶解，弓丨起晶體的生長(zhǎng)。因此，例如，在澆注之前的時(shí)刻在鑄鐵中添加石墨碳促進(jìn)了石墨在金屬浴中成核并且防止在凝固過(guò)程中過(guò)冷。然而，用作添加劑的碳必須具有高結(jié)晶度以產(chǎn)生能夠析出石墨形式的碳的成核種子。由與那些凝固粒子不同的材料粒子可以得到這種相同的效果。熔融金屬中核的數(shù)目的増加有利于可在最小過(guò)冷下發(fā)生共晶凝固，特別是石墨析出，從而減少形成共晶碳化物的趨勢(shì)并且有利于石墨析出。目前使用的大多數(shù)孕育劑主要含有45 75%的Si和可變百分?jǐn)?shù)的Ca和Al (純硅合金對(duì)于孕育沒(méi)有效果)。根據(jù)待制造的部件的特征性質(zhì)和現(xiàn)有的制造方法，所述孕育劑可以引入可變量的其他元素，例如Ca、Ba、Mg、Mn和Zr，用來(lái)増加孕育劑的溶解度和域強(qiáng)度。孕育可以在鑄型的內(nèi)部或外部進(jìn)行。常規(guī)外部孕育方法(最常用的孕育方法)包括在充填澆注包的過(guò)程中在來(lái)自處理包轉(zhuǎn)移的金屬流中加入孕育劑。目的是獲得均勻的混合物以及良好稀釋的孕育劑。這個(gè)方法存在顯著的局限性，既影響待處理的金屬重量(對(duì)小量無(wú)效)，又影響有用的澆注時(shí)間(孕育效果的衰退非?？?。在鋳型外的孕育中，使用顆粒或線(xiàn)形式的材料，它們通過(guò)不同方式并且在澆注線(xiàn)的不同點(diǎn)處引入熔融金屬中。專(zhuān)利GB 2069898描述了ー種用于壓カ澆注爐的線(xiàn)孕育方法，其中孕育材料被引入在容器的出口燒道(runner)中的熔融金屬流道中，使熔融金屬通向流槽(spout),在其另一端是經(jīng)其充填鋳型的澆注管嘴。根據(jù)所提出的設(shè)計(jì)進(jìn)行推斷，該方法具有幾個(gè)操作缺陷或局限性，主要來(lái)源于澆注流的規(guī)律性。顯然，澆注線(xiàn)的停止導(dǎo)致澆注単元相應(yīng)停止，以及隨后的孕育效果衰退和暴露于敞ロ槽中的金屬的快速冷卻。防止上述問(wèn)題的方法包括在澆注流進(jìn)入鑄型的確切時(shí)刻將孕育劑顆粒投入金屬流中。這種類(lèi)型的孕育方法描述在專(zhuān)利JP 55122652中。在這種情況下，操作缺點(diǎn)轉(zhuǎn)化為不規(guī)律且通常低的產(chǎn)量，這是由于因投料自身和因金屬流上的部分顆粒反彈導(dǎo)致的材料損失造成的。這些投料方法的另ー缺點(diǎn)在于難以使流量適應(yīng)金屬流量，原因在于投料發(fā)生在充填的精確時(shí)刻。通常的做法包括根據(jù)平均澆注流量制定固定的孕育劑流量，考慮到鋳型被充填，因此流量可以在幾百克/秒 幾公斤/秒之間變化。在常規(guī)的鑄型充填操作期間，顯而易見(jiàn)的是缺少比例性，即在鑄型中存在過(guò)孕育部件以及相対的孕育不足的部件，這會(huì)導(dǎo)致在相同鋳型中產(chǎn)生相反性質(zhì)的缺陷 。就前述石墨碳孕育而言，要強(qiáng)調(diào)的是在Fe-C圖中C在共晶點(diǎn)(TE = 1153°C )處具有4. 26%的飽和度。合金元素提高或降低該飽和點(diǎn)的溫度。在利用石墨的孕育中，必須仔細(xì)觀察溶解度。一旦供應(yīng)的石墨碳溶解，它就失去了作為成核劑的性質(zhì)，這涉及根據(jù)溫度、化學(xué)組成和熱熔體攪拌程度，其效果以不可控的方式快速衰退。這使得利用石墨進(jìn)行孕育是很少使用的方法。該孕育在極端條件的鑄件中可能是必不可少的，如具有低氧含量的過(guò)燒金屬，這使得晶核與氧化物之間產(chǎn)生弱反應(yīng)。在這種情況下，石墨的引入必須剛好在充填鋳型之前進(jìn)行，這涉及用于凝固的低溫和短等待時(shí)間。具有導(dǎo)流器和用氮?dú)饧訅旱臐沧t在市場(chǎng)上的出現(xiàn)涉及制造エ藝的巨大改進(jìn)并轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)率的直接增長(zhǎng)。然而，品質(zhì)和制造成本并沒(méi)有同等受益，其原因在于新?tīng)t引入了來(lái)自于其自身的構(gòu)思與設(shè)計(jì)的新的具體問(wèn)題。因?yàn)榻鉀Q了上述的兩個(gè)重要缺點(diǎn)即金屬的溫度損失和鎂的衰減(在球墨鑄鐵中)，所以這些爐允許保持金屬可用于澆注更長(zhǎng)的時(shí)間。然而，上述爐有ー個(gè)非常重要的一般操作問(wèn)題爐必須始終保持熔融金屬覆蓋導(dǎo)流器，因此導(dǎo)流器必須始終運(yùn)行。金屬在其循環(huán)通過(guò)導(dǎo)流器的過(guò)程中遭受的冶金品質(zhì)損失必須加入由于在非操作期間維持金屬所產(chǎn)生的成本中。已經(jīng)證實(shí)，用于控制冷卻曲線(xiàn)的主要參數(shù)(共晶溫度和再輝溫度)根據(jù)金屬的溫度和容器中的停留時(shí)間而遭受逐步線(xiàn)性退化。已經(jīng)提到的兩種技術(shù)被用于補(bǔ)償和修正這種劣化首先通過(guò)將材料供應(yīng)至轉(zhuǎn)移澆包(ladle)的流中而在爐充填期間對(duì)金屬進(jìn)行孕育；然后通過(guò)在充填鋳型的時(shí)刻投料從而在澆注流中對(duì)金屬進(jìn)行孕育。這兩種技術(shù)的組合使得對(duì)冶金品質(zhì)的控制達(dá)到可接受的程度，并且是目前在具有此類(lèi)爐的澆注中常用的方法。然而，消極方面的總和即該方法累積了衰退的缺陷和缺乏孕育劑的比例性和效率的缺陷抵消了積極方面的總和。其中還必須加入由于在澆注階段供應(yīng)固體合金化劑而出現(xiàn)的產(chǎn)生熔渣的缺陷。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中仍然需要提供一種至少部分克服上述缺點(diǎn)的用于孕育鑄鐵的新的孕育方法。


圖I是澆注爐的具有澆道或流槽配置的澆注布料器(distributor)的圖，其中a_l或a-2是指陽(yáng)極可在陰極的上游或下游；c是陰極；S是用于封閉使金屬外流至鋳型的管嘴的圓柱體(塞棒)；f是鑄鉄，M是鑄型。圖2是具有鐵水溝(trough)配置的澆注布料器的圖，其中a_l或a_2是指陽(yáng)極可在陰極的上游或下游。圖3是具有可傾式澆包配置的澆注布料器的圖，其中c-Ι和c-2是指陰極在澆包的流槽內(nèi)或在澆包的儲(chǔ)罐內(nèi)的兩個(gè)可能的位置，a-Ι和a-2是指陽(yáng)極的可能位置。圖4是具有澆包轉(zhuǎn)移至澆盤(pán)配置的澆注布料器的圖，其中a和c表示陽(yáng)極和陰極在澆注布料器中的可能位置，c表示陰極在澆盤(pán)中的可能位置。圖5示出靜態(tài)冷卻曲線(xiàn)，表示在使用本發(fā)明的孕育方法的鑄鐵合金中的低共晶溫度(ΤΛ )和再輝(Recalescence)的演變過(guò)程。圖6示出動(dòng)態(tài)冷卻曲線(xiàn)，表示在使用本發(fā)明的孕育方法的鑄鐵合金中的低共晶溫度和再輝的演變過(guò)程。
發(fā)明概述本發(fā)明的第一方面涉及ー種對(duì)鑄鐵合金進(jìn)行添加劑孕育的方法，包括在所述合金的表面和轉(zhuǎn)移電弧等離子體炬的陰極之間建立等離子體電弧，所述轉(zhuǎn)移電弧等離子體炬設(shè)置在位于鑄模線(xiàn)前方的澆注布料器中。在本發(fā)明的領(lǐng)域中，澆注布料器理解為設(shè)置在熔爐的出口和鑄模線(xiàn)之間的澆注裝置。還應(yīng)理解的是，澆注布料器中所包含的鑄鐵合金被移向所述鑄模線(xiàn)。所述等離子體炬包括部分浸在鑄鐵合金中的陽(yáng)極和設(shè)置在所述合金上的陰極。在ー個(gè)特定的實(shí)施方案中，陰極包含石墨，陽(yáng)極是任意常規(guī)陽(yáng)極。在另ー特定實(shí)施方案中，陽(yáng)極包含石墨，陰極是任意常規(guī)陰扱。在另ー特定實(shí)施方案中，陰極和陽(yáng)極均包含石墨。陰極的石墨、陽(yáng)極的石墨或二者為鐵合金提供成核添加剤。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，所述添加劑是脫離陽(yáng)極、脫離陰極或脫離二者的碳物質(zhì)，并且碳物質(zhì)理解為包括帶有ー個(gè)或更多個(gè)正電荷的一個(gè)或更多個(gè)碳原子。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述石墨是合成結(jié)晶石墨。當(dāng)碳物質(zhì)脫離陰極時(shí)，它們通過(guò)等離子體電弧產(chǎn)生的等離子體氣體的夾帶被引入到合金中，陰極與等離子體氣體接觸的部分含有合成結(jié)晶石墨。等離子體炬的陰極以任意可變的高度設(shè)置在金屬表面上，從其中產(chǎn)生電弧，沖擊在鑄鐵合金的表面上。該陰極具有中心孔，在其整個(gè)長(zhǎng)度上從中引入通過(guò)產(chǎn)等離子體的氣體(plasmagenic gas),優(yōu)選惰性氣體(氮?dú)?、気氣?。當(dāng)施加電流并建立電弧時(shí)，陰極溫度由于通電和電弧自身輻射的雙重影響而升高，該溫度在電極尖端達(dá)到其最大值，因?yàn)殡姌O尖端是接觸電弧的區(qū)域。在其核心處達(dá)到超過(guò)4000°C的溫度，使得電極尖端被快速加熱并開(kāi)始脫離出碳物質(zhì)。這些碳物質(zhì)被等離子體氣體自身夾帶并注入鑄鐵合金中用作強(qiáng)孕育劑，其由于澆注布料器中鑄鐵合金的運(yùn)動(dòng)以及等離子體的實(shí)際作用而均勻地分布在熔體中。通過(guò)控制在每ー時(shí)刻所施加的等離子體炬功率和所施用的產(chǎn)等離子體氣體的流量來(lái)調(diào)節(jié)來(lái)自陰極的碳物質(zhì)的供應(yīng)，二者以直接成比例的方式作用，這是因?yàn)楣?yīng)増加的程度與陰極溫度和氣體夾帶能力増加的程度分別成比例。因此，可以通過(guò)氣體流量和施加功率的平衡來(lái)得到相同的結(jié)果。如果工作是以低功耗進(jìn)行，則有必要增加氣體流量以促進(jìn)夾帶效果；與此相反，如果采用高功率，則必須降低流量以保持碳物質(zhì)的相同供應(yīng)體積。當(dāng)陽(yáng)極包括石墨時(shí)，通過(guò)陽(yáng)極與鑄鐵合金接觸，成核添加劑從陽(yáng)極上脫離并被引入鐵合金，陽(yáng)極與鑄鐵合金接觸的部分包含石墨，優(yōu)選是合成結(jié)晶石墨。陽(yáng)極是等離子體炬的第二電極并且其供應(yīng)碳物質(zhì)的原理與陰極的原理的不同之處在于其功能和組合體的設(shè)置。考慮到電路通過(guò)浸在鑄鐵合金中的陽(yáng)極而封閉，因此相對(duì)于陰極這包括兩個(gè)顯著的差異。首先，在陽(yáng)極尖端不存在電弧，因此陽(yáng)極與鑄鐵合金接觸的區(qū)域的溫度顯著低于陰極的溫度，原因在于陽(yáng)極被包圍它的鑄鐵合金永久冷卻。其次，陽(yáng)極是固體的，這意味著前述的在陰極中適當(dāng)產(chǎn)生的產(chǎn)等離子體氣體的夾帶功能被鑄鐵合金在澆注布料器中移動(dòng)所導(dǎo)致的磨損和稀釋所替代。 陽(yáng)極的孕育能力基本上是基于用于引入在澆注鑄鐵合金的每個(gè)時(shí)刻所需的確切和必需量的孕育劑的系統(tǒng)能力。陽(yáng)極可以任意地浸在合金中，而不改變功率設(shè)定值或其他電變量。其結(jié)果是暴露在鑄鐵合金的磨損作用下的陽(yáng)極區(qū)域(石墨區(qū)域)可以通過(guò)任意的和直接的方式進(jìn)行控制。在陽(yáng)極和陰極包括石墨的情況下，成核添加劑通過(guò)用于石墨陽(yáng)極和石墨陰極的單獨(dú)實(shí)施方案的上述機(jī)制從陽(yáng)極和陰極二者上脫離，由此增加了兩個(gè)電極(陽(yáng)極和陰極)的
孕育效果。此外，陽(yáng)極和陰極可以設(shè)置為使得在陰極中產(chǎn)生的等離子體電弧的輻射作用在陽(yáng)極的非浸潰部分上，從而加熱陽(yáng)極(例如，陽(yáng)極和陰極安置在同一個(gè)腔室內(nèi))。在這種情況下，石墨物質(zhì)的引入體積還受益于陽(yáng)極的非浸潰部分所達(dá)到的高溫并且該高溫通過(guò)傳導(dǎo)而傳遞到浸在合金中的部分。這個(gè)溫度與等離子體電弧中所施加的功率成比例，因?yàn)樗黾訜嶂饕且騺?lái)自所述電弧的輻射而產(chǎn)生。因此，在陽(yáng)極和陰極位于同一個(gè)腔室這樣的設(shè)置中，孕育程度的控制必須考慮該變量，因?yàn)樵撟兞繉?duì)過(guò)程的加速有高度影響?？偠灾杏龣C(jī)制所涉及的變量一方面是鑄鐵合金的流量、速度和溫度，另一方面是施加的功率、產(chǎn)等離子體的氣體的流量、陽(yáng)極和陰極之間的距離以及陽(yáng)極與鑄鐵合金的接觸表面。顯然，通過(guò)使等離子體系統(tǒng)的工作參數(shù)符合冶金和澆注金屬流量的實(shí)時(shí)要求來(lái)控制操作，在所有時(shí)間均保持在安排其立即澆注的金屬中的精確孕育程度。這種孕育方法允許達(dá)到比市場(chǎng)上的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)高得多的精度和可靠性水平。本發(fā)明的方法在理論上可以在任何常規(guī)的澆注布料器中實(shí)施。在本發(fā)明方法的一個(gè)具體實(shí)施方案中，澆注布料器具有選自以下的配置1)澆注爐的澆道或流槽；2)鐵水溝(例如，中間包(Tundish)) ；3)可傾式燒包;和4)燒包轉(zhuǎn)移至燒盤(pán)。因此，本發(fā)明方法的重要優(yōu)點(diǎn)在于，它允許單一和可變地管理電極(陽(yáng)極和陰極)以及下述的條件和參數(shù)等離子體炬的功率、澆注流量、澆注溫度和陽(yáng)極表面的浸潰面積，這導(dǎo)致對(duì)孕育的絕對(duì)控制。該方法允許在澆注方向上流通地將碳物質(zhì)供應(yīng)至鑄鐵合金的廣闊可能性，使得最終的冶金品質(zhì)可以不斷地調(diào)整以符合根據(jù)鑄件分析控制指南以及生產(chǎn)的要求。另一個(gè)非常重要的優(yōu)點(diǎn)來(lái)自于轉(zhuǎn)移電弧等離子體炬在澆注布料器中的位置，因?yàn)樘砑觿┑墓?yīng)點(diǎn)接近鑄模線(xiàn)，這由于實(shí)際消除了衰退影響而允許獲得高成核率。差熱分析(DTA)已被用來(lái)確定孕育方法對(duì)鑄鐵合金的影響。DTA是預(yù)測(cè)液體狀態(tài)的合金的冶金品質(zhì)的工具，由此預(yù)先知道在凝固后的相的形成。利用DTA，可以綜合方式來(lái)評(píng)估影響在材料金相組織中存在的相的成核的所有變量的綜合效果，以及估計(jì)冶金型(滲碳體)和/或進(jìn)料型(縮孔)的外觀缺陷的概率的可能性。這種技術(shù)是基于對(duì)凝固過(guò)程中的合金的冷卻曲線(xiàn)的解釋。冷卻曲線(xiàn)表示澆注在中心處配置有熱電偶的標(biāo)準(zhǔn)鑄型中的樣品的溫度隨時(shí)間的演變。通過(guò)對(duì)冷卻曲線(xiàn)的數(shù)學(xué)模型解釋?zhuān)梢源_定在金屬凝固過(guò)程中內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變的臨界溫度。冷卻曲線(xiàn)及其臨界點(diǎn)的解釋是復(fù)雜的。一些最重要的轉(zhuǎn)變參數(shù)和溫度列舉如下〇低共晶溫度(Lower eutectic temperature,Te1ow):其為部件冷卻導(dǎo)致的熱損失被石墨析出的共晶反應(yīng)放出的熱所補(bǔ)償?shù)臏囟取Ｔ摐囟仍诨铱阼T鐵中是金屬成核狀態(tài)的量度。〇再輝(R):再輝是以。C測(cè)量的上述T e^w與高共晶溫度(TEhigh)之間的溫差，高共晶溫度(Taigh)為在成核和石墨析出期間產(chǎn)生的熱導(dǎo)致材料達(dá)到的溫度。為了獲得無(wú)缺陷部件，合宜的是具有低再輝值和盡可能高的低共晶溫度(Te1ot)。因此，防止過(guò)冷石墨的析出甚至是滲碳體的存在，另一方面，石墨膨脹將被二次收縮所抵償，從而防止縮孔和內(nèi)部孔隙度?？梢宰C明，在本發(fā)明的孕育中，鑄鐵合金的再輝降低并且低共晶溫度增加。利用成核添加劑使鑄鐵合金孕育的孕育裝置也是本發(fā)明的一個(gè)目的，所述裝置包括轉(zhuǎn)移電弧等離子體炬和澆注布料器，所述等離子體炬設(shè)置在位于鑄模線(xiàn)前的所述澆注布料器中，所述等離子體炬包括部分浸在所述澆注布料器所包含的鑄鐵合金中的陽(yáng)極和位于所述鑄鐵合金的表面上的陰極，用以建立在陰極和熔融合金的表面之間的等離子體電弧，陽(yáng)極或陰極或二者包含供應(yīng)所述成核添加劑至鑄鐵合金的石墨。石墨可以是合成結(jié)晶石墨。陽(yáng)極可以設(shè)置有用于調(diào)節(jié)浸在鑄鐵合金中的陽(yáng)極的表面的面積的裝置。調(diào)節(jié)浸在鑄鐵合金中的陽(yáng)極量的可能性允許控制熔融的陽(yáng)極量，并因此控制從陽(yáng)極進(jìn)入鑄鐵合金進(jìn)行孕育的成核添加劑的量。例如，一方面，根據(jù)對(duì)每個(gè)參考溫度固定的溫度范圍和布料器自身中的和/或澆注流中的登記溫度，即在金屬轉(zhuǎn)移至鑄型的時(shí)刻，通過(guò)有規(guī)律地施加功率來(lái)控制澆注溫度。進(jìn)而根據(jù)在特定時(shí)刻施加的功率來(lái)調(diào)節(jié)孕育。因此，對(duì)于陽(yáng)極和陰極為石墨的情況，如果功率高，則陽(yáng)極的浸潰深度成比例地減小，因?yàn)樘嘉镔|(zhì)的轉(zhuǎn)移優(yōu)選從陰極進(jìn)行。然而，當(dāng)功率降低時(shí)，陽(yáng)極浸潰更大的深度以提供更大的溶解表面，從而補(bǔ)償陰極碳物質(zhì)轉(zhuǎn)移的降低。等離子體炬可以包括用于調(diào)節(jié)等離子體電弧功率的設(shè)備。澆注布料器可具有選自以下的配置I)澆注爐的澆道或流槽。這些爐具有中央儲(chǔ)罐和用于充填來(lái)自熔爐的金屬的裝料孔。所述罐是不泄漏的并且金屬由于注入該罐中的氣體壓力而移動(dòng)向澆注流槽。氮?dú)獬Ｓ糜趯?duì)所述罐加壓，這是因?yàn)榈獨(dú)馐遣挥绊懡饘俳M成的惰性氣體，但空氣常用于制造灰口鑄鐵或可鍛鑄鐵，這是因?yàn)榛铱阼T鐵或可鍛鑄鐵不含易氧化元素。當(dāng)金屬達(dá)到其在流槽中的工作液位時(shí)，開(kāi)始利用電極對(duì)金屬浴進(jìn)行加熱和孕育。其在流槽中的位置主要是通過(guò)該流槽的尺寸來(lái)調(diào)節(jié)并且可以任意改變而不涉及其性能的任何下降。金屬通過(guò)組裝在流槽底部并且位于鑄型充填料斗的軸上的澆注管嘴澆注至鑄型。充填流量通過(guò)用于封閉所述管嘴的塞棒或塞子進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過(guò)調(diào)節(jié)儲(chǔ)罐內(nèi)部的壓力，使金屬在流槽中的液位保持不變，并且表面通過(guò)接觸電極進(jìn)行控制。在此類(lèi)型的裝置中，如圖I所示，陽(yáng)極可以位于相對(duì)于流槽中陰極(C)的上游a-1或下游a-2處。2)澆注鐵水溝。該澆注裝置是簡(jiǎn)化的加壓爐，主要由在澆注過(guò)程中在其中保持并澆注熔融金屬的敞口罐構(gòu)成。出料系統(tǒng)由相同的部件組成，即管嘴和塞棒的組合件，與前述裝置不同的是，所述鐵水溝中的金屬液位并不恒定，而是隨澆注的進(jìn)展而下降。加熱和孕育的效果傳遞至全部存儲(chǔ)金屬質(zhì)量，如圖所示，等離子體系統(tǒng)的電極設(shè)置可以根據(jù)鐵水溝的幾何形狀自由修改。同樣地，在這種情況下，陽(yáng)極可以位于相對(duì)于流槽中陰極(C)的上游a-1或下游a-2處。 3)可傾式澆包。這種類(lèi)型的澆包主要用于水平成型線(xiàn)，并且由于通過(guò)直接傾斜澆注至鑄型進(jìn)行流量調(diào)節(jié)所涉及的困難而用于中等-高鑄型重量(超過(guò)25Kg)。由于其特殊的幾何結(jié)構(gòu)，通過(guò)陽(yáng)極進(jìn)行孕育的選擇受到儲(chǔ)罐的限制，使得在保持狀態(tài)下使用隨金屬液位一同下降的陽(yáng)極。陽(yáng)極的位置可選擇為a-Ι或a-2。然而，陰極可以根據(jù)鑄件的具體要求而位于c-1或c-2，推薦的是c-1用于在等待階段的保持，c-2用于澆注中溫度的控制。4)澆包轉(zhuǎn)移至澆包。這是可傾式澆包的一個(gè)變化方案，其中從供應(yīng)澆包向位于鑄型充填料斗的軸線(xiàn)上的澆盤(pán)的中間轉(zhuǎn)移設(shè)定為選項(xiàng)。該系統(tǒng)允許雙重等離子體系統(tǒng)的組合體，其中具有第一等離子體炬，以及安裝在供應(yīng)澆包或進(jìn)料澆包中的電極a-Ι和c-1，其中進(jìn)行孕育并保持金屬的溫度。作為輔助設(shè)備，該系統(tǒng)可以引入低功率等離子炬a-2、c-2用以調(diào)節(jié)中間盤(pán)自身的澆注溫度。陽(yáng)極和陰極可設(shè)置在位于流通軸上并在朝向所述熔融鐵合金的鑄型出料方向上的澆注布料器中。陽(yáng)極或陰極或二者可以設(shè)置在惰性氣氛下的封閉腔室內(nèi)。等離子炬可用作加熱裝置，其可以增加鑄鐵合金的溫度，用以將該溫度調(diào)節(jié)至設(shè)定點(diǎn)的燒注溫度，公差小于±5°C。以下給出本發(fā)明的示例性實(shí)施例，用以更好地理解本發(fā)明，在任何情況下所述實(shí)施例均不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明范圍的限制。
實(shí)施例實(shí)施例I :灰口鑄鐵部件制造方法中的孕育步驟孕育步驟在可傾式澆包(圖3)中靜態(tài)進(jìn)行。所用金屬是灰口鑄鐵(加入澆包中600Kg)。使用直徑為50mm的合成結(jié)晶石墨的陽(yáng)極。所用的陰極是8mm的穿孔合成石墨。陽(yáng)極和陰極之間的距離為230mm。陽(yáng)極浸潰深度為50mm。使用UHP (超高純度)電極(陽(yáng)極和陰極)，其特征在于比電阻率6. 5 μ Ω/米扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度9.OMpa彈性模量12.OGPa最大灰分0.3%顆粒密度1.65g/cm3。測(cè)試時(shí)間為95分鐘，在這期間鐵水浴的溫度保持恒定在1430°C。平均施加功率為57千瓦。測(cè)試開(kāi)始時(shí)的碳含量為3. 47%，測(cè)試結(jié)束時(shí)的碳含量為3. 48% (兩個(gè)wt%均相對(duì)于熱熔體的總重量)。所述含量通過(guò)LECO Y發(fā)射光譜確定。測(cè)試開(kāi)始時(shí)的共晶溫度(Telow)為1147°C，測(cè)試結(jié)束時(shí)的共晶溫度為1151°C。陽(yáng)極消耗量為2.4克/千瓦。
陰極消耗量是I. 8克/千瓦。圖5示出鑄鐵合金的冷卻曲線(xiàn)，表示TeLow和再輝的演變。實(shí)施例2 :球墨鑄鐵部件制造方法中的孕育步驟孕育步驟在具有導(dǎo)流器的澆注澆道中動(dòng)態(tài)進(jìn)行(壓力澆注)(圖I)。所用金屬為球墨鑄鐵，澆道中的金屬重量為280Kg，澆注流量為7. 2噸/小時(shí)。電極的設(shè)置為陽(yáng)極在陰極的上游。使用直徑為50mm的合成結(jié)晶石墨的陽(yáng)極。 所用的陰極是8mm的穿孔合成石墨。使用UHP(超高純度)電極(陽(yáng)極和陰極)，其特征在于比電阻率:6· 5 μ Ω /米扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度9.OMpa彈性模量12.OGPa最大灰分0.3%顆粒密度1.65g/cm3。陽(yáng)極和陰極之間的距離為180mm。陽(yáng)極浸潰深度為70mm。測(cè)試時(shí)間為180分鐘，在這期間鐵水浴的溫度保持在1390 1410°C。等離子體的平均施加功率為24千瓦，在導(dǎo)流器中為150千瓦。測(cè)試開(kāi)始時(shí)的共晶溫度(Telow)為1138°C，測(cè)試結(jié)束時(shí)的共晶溫度為1141°C。陽(yáng)極消耗量為3. 8克/千瓦。陰極消耗量是O. 4克/千瓦。圖6示出鑄鐵合金的冷卻曲線(xiàn)，表示TeLow和再輝的演變。
權(quán)利要求
1.一種用于使鑄鐵合金孕育的孕育方法，所述方法包括在所述合金的表面和轉(zhuǎn)移電弧等離子體炬的陰極之間建立等離子體電弧，所述轉(zhuǎn)移電弧等離子體炬設(shè)置在位于合金鑄模線(xiàn)前方的澆注布料器中，所述轉(zhuǎn)移電弧等離子體炬包括部分浸在所述鑄鐵合金中的陽(yáng)極和設(shè)置在所述合金上的所述陰極，所述陽(yáng)極或所述陰極或二者包含石墨，其供應(yīng)成核添加劑至所述鐵合金中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述陰極為石墨。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述陽(yáng)極為石墨。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述陰極和所述陽(yáng)極均為石墨。
5.根據(jù)權(quán)利要求I 4中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述石墨是合成結(jié)晶石墨。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4或5中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述成核添加劑脫離所述陰極并通過(guò)所述等離子體電弧產(chǎn)生的等離子體氣體的夾帶被引入所述鑄鐵合金中，所述陰極的與所述等離子體氣體接觸的部分包含合成結(jié)晶石墨。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、3、4或5中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述成核添加劑通過(guò)所述陽(yáng)極與所述鑄鐵合金的接觸脫離所述陽(yáng)極并被引入所述鑄鐵合金中，所述陽(yáng)極的與所述鑄鐵合金接觸的部分包含合成結(jié)晶石墨。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其中所述陽(yáng)極和所述陰極設(shè)置為使得在所述陰極上產(chǎn)生的所述等離子體電弧的輻射作用于所述陽(yáng)極的非浸潰部分上，導(dǎo)致所述陽(yáng)極的加熱。
9.一種用于孕育鑄鐵合金的孕育裝置，包括(i)轉(zhuǎn)移電弧等離子體炬和(ii)位于鑄模線(xiàn)前方的澆注布料器，所述等離子體炬設(shè)置在所述澆注布料器中，所述等離子體炬包括部分浸在包含在所述澆注布料器中的鑄鐵合金中的陽(yáng)極和位于所述鑄鐵合金的表面上的陰極，以在所述陰極和熔融合金的表面之間建立等離子體電弧，所述陽(yáng)極或所述陰極或二者包含石墨。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的孕育裝置，其中所述石墨是合成結(jié)晶石墨。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的孕育裝置，還包括用于調(diào)節(jié)浸在所述鑄鐵合金中的所述陽(yáng)極的所述表面的面積的設(shè)備。
12.根據(jù)權(quán)利要求9 11中任一項(xiàng)所述的孕育裝置，其中所述澆注布料器具有選自以下的配置1)澆注爐的澆道或流槽；2)鐵水溝；3)可傾式澆包；和4)澆包轉(zhuǎn)移至澆盤(pán)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的孕育裝置，其中所述陽(yáng)極和所述陰極在所述澆注布料器中，所述澆注布料器位于流通軸上并在朝向所述熔融鐵合金的鑄型的出料方向上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的孕育裝置，其中所述陽(yáng)極或所述陰極或二者設(shè)置在惰性氣氛下的封閉腔室內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9 14中任一項(xiàng)所述的孕育裝置，還包括用于調(diào)節(jié)所述等離子體電弧功率的設(shè)備。
16.根據(jù)權(quán)利要求9 15中任一項(xiàng)所述的孕育裝置，其中所述等離子體炬是加熱裝置，其可增加所述鑄鐵合金的溫度，用以調(diào)節(jié)所述溫度至設(shè)定點(diǎn)澆注溫度，公差小于±5°C。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種將成核添加劑引入澆注布料器內(nèi)的熔融鐵合金中的孕育方法，該方法包括使用具有部分浸在熔融鐵合金中的陽(yáng)極和位于所述合金表面上的陰極的轉(zhuǎn)移電弧等離子體炬，所述陽(yáng)極或所述陰極或二者包含石墨，優(yōu)選合成結(jié)晶石墨，用以為所述鐵合金提供所述成核添加劑。此外，本發(fā)明描述了一種用于實(shí)施所述孕育方法的孕育裝置。
文檔編號(hào)C21C1/10GK102712034SQ200980163189
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2009年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日
發(fā)明者喬斯·路易斯·翁卡拉阿維萊斯, 佩德羅·卡尼塞爾阿方索, 弗朗西斯科·羅德里格斯巴斯克斯, 路易斯·科博斯希門(mén)尼斯 申請(qǐng)人:伊納斯米特基金會(huì)