适合于处理铸铁熔体的超声波振动装置的制作方法

本发明涉及铸造生产技术领域，尤其涉及一种适合于处理铸铁同体的超声波振动装置。

背景技术：

进入二十一世纪以来，由于世界资源的过度开采以及人们对环境的日益破坏，促使了人们的环保意识和资源再循环利用意识的提高。由于熔体超声处理技术是一种物理处理金属液的方法，具有对环境的破坏作用小、被处理的金属可以再次使用等特点，因此超声波熔体处理技术引起了世界各国的广泛关注。

在将超声波引入金属熔体的问题上，大多采取将超声波探头从坩埚上方直接浸入熔体的方式，这种方式的优点是超声波能量损失小、处理效果好等优点；但是，同时也带来了问题，就是对超声波探头来说极容易产生空化热腐蚀，探头在使用几次后，几乎就被熔体腐蚀熔化掉，这样就会污染熔体，使熔体的化学成分改变，失去了超声波处理的意义。

在利用超声波处理镁合金熔体方面，通常采用普通的碳钢探头，就足以满足处理的需求，而且使用性能非常稳定，不会发生探头的腐蚀问题。

在超声波处理铝合金方面，通常选用不锈钢质以及钛合金质的探头，但是，短时间的超声波处理，还不足以产生探头的腐蚀问题；过长时间的超声波处理就会把探头腐蚀，虽然可以采用金属陶瓷质的超声波探头，但是该种探头的造价过高，生产周期较长，而且容易被磕碰损坏，使用时还要充分预热，避免温度过高而炸裂，所以操作上要求小心谨慎，避免损伤探头。

在超声波处理铸铁等高熔点熔体的情况下，探头的腐蚀问题显得尤为严重，由于铸铁熔体的熔点高，超声波探头极易在高温下被自身的空化效应所加速腐蚀熔化。普通碳钢、不锈钢以及合金钢质的超声波探头已经不能在这种情况下使用。即使是高熔点的纯钛及钛合金作为超声波探头来使用的话，也必须采取相应的措施才行。

人们也曾经尝试使用高熔点的铌合金来处理熔体，但是，铌合金的声阻抗值比较大，传到熔体里面的能量已经大大减少，因此产生的处理效果也比较差。

针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的适合于处理铸铁熔体的超声波振动装置，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。

技术实现要素：

根据上述提出金属探头腐蚀问题严重，陶瓷探头易炸裂并且造价高的技术问题，而提供一种适合于处理铸铁熔体的超声波振动装置。本发明主要利用在钛质超声波探头上涂有耐火涂层及缠绕冷却管的方式，达到的效果满足生产上超声波处理铸铁熔体的需要。

本发明采用的技术手段如下：

一种适合于处理铸铁熔体的超声波振动装置，包括：感应炉、流铁槽、中间包、滑块、漏斗、铸型或铸锭模；中间包位于铸型或铸锭模上方；中间包底部的口部设置有滑块，位于铸型或铸锭模上方的漏斗上部；流铁槽的两端分别位于感应炉的出口部下方及中间包上方开口处；其特征在于：中间包置于保温炉中，并且中间包上方开口部始终覆盖有保温盖；中间包内的铸铁熔体内插装有铂-铑热电偶，铂-铑热电偶与温度控制装置连接，温度控制装置同时与保温炉相连接；中间包内的铸铁熔体的上方还浸入有钛质超声波探头；钛质超声波探头安装在超声波变幅杆上，超声波变幅杆通过换能器与超声波发生器电器相连。

进一步地，钛质超声波探头上装有蛇形纯铜冷却管；蛇形纯铜冷却管缠绕在钛质超声波探头位于铸铁熔体液面上方5-40mm处，管内的冷却水流量为10-60ml/s；。

进一步地，钛质超声波探头与铸铁熔体想接触的端面及测表面涂有耐火涂层。

进一步地，耐火涂层由65-90％的耐火材料、10-35％的粘结剂和0.01-0.04％d的辅料混合干燥，再经0.5-3小时300-500℃烘干而成。

进一步地，耐火材料的粒度为200-400目。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的适合于处理铸铁熔体的超声波振动装置，通过将超声波作用于铸铁液，超声波除了具有细化铸铁共晶团组织，去除铸铁熔体内部气体等作用外，还具有诱发球形石墨的形成，改善球墨铸铁的孕育效果等作用。

2、本发明提供的适合于处理铸铁熔体的超声波振动装置，简单可行、成本低廉并易于操作，可以长时间对铸铁熔体实施照射效果，能有效地防止了钛质超声波探头在高温铸铁熔体中容易被腐蚀熔化掉、难于实施照射处理的缺点；并具有高效节能、经济环保、资源再生等特点。

3、1、本发明提供的适合于处理铸铁熔体的超声波振动装置，通过对钛质超声波探头进行改进，在探头与铸铁液相接触的表面涂以耐火质涂层；在距离探头的端面以上采取水冷蛇形管对探头进行强制冷却，防止超声波探头的空化腐蚀。它不仅适合于铝、镁、铜、锌等有色金属熔体的超声波处理，还适合于包括亚共晶、共晶、过共晶成分铸铁、含ti普通铸铁以及fe-sn-c系、fe-si-c系等含碳系合金以及各种钢熔体的超声波处理。

综上，应用本发明的技术方案解决了现有技术中的金属探头腐蚀问题严重，陶瓷探头易炸裂并且造价高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明结构示意图。

图中：1、超声波发生器2、换能器3、超声波变幅杆4、钛质超声波探5、蛇形纯铜冷却管6、耐火涂层7、温度控制装置8、铂-铑热电偶9、感应炉10、铸铁熔体11、保温盖12、漏斗13、铸型或铸锭模14、流铁槽15、保温炉16、滑块17、中间包。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图所示，本发明提供了一种适合于处理铸铁熔体的超声波振动装置，包括：感应炉9、流铁槽14、中间包17、滑块16、漏斗12、铸型或铸锭模13；中间包17位于铸型或铸锭模13上方；中间包17底部的口部设置有滑块16，位于铸型或铸锭模13上方的漏斗12上部；流铁槽14的两端分别位于感应炉9的出口部下方及中间包17上方开口处；其特征在于：中间包17置于保温炉15中，并且中间包17上方开口部始终覆盖有保温盖11；中间包17内的铸铁熔体10内插装有铂-铑热电偶8，铂-铑热电偶8与温度控制装置7连接，温度控制装置7同时与保温炉15相连接；中间包17内的铸铁熔体10的上方还浸入有钛质超声波探头4；钛质超声波探头4安装在超声波变幅杆3上，超声波变幅杆3通过换能器2与超声波发生器1电器相连。

钛质超声波探头4上装有蛇形纯铜冷却管5，管内的冷却水流量为10-60ml/s；蛇形纯铜冷却管5缠绕在钛质超声波探头4位于铸铁熔体10液面上方5-40mm处；。

钛质超声波探头4与铸铁熔体10想接触的端面及测表面涂有耐火涂层6。耐火涂层6由65-90％的耐火材料(粒度为200-400目)、10-35％的粘结剂和0.01-0.04％d的辅料混合干燥，再经0.5-3小时300-500℃烘干而成。

实施例1

1、用本溪生铁、废钢、硅铁和增碳剂等为原材料10kg，将配制好的原材料用100kw可控硅控制的感应炉9熔化，并将熔体过热至1500℃；其中配制成的灰铸铁名义成分如下(wt-％)：c＝3.85％；si＝1.3％；mn<0.3％；s<0.03％；p<0.07％；碳当量＝4.307，属于共晶灰铸铁；

2、将熔化的灰铸铁熔体10经流铁槽14流至保温的中间包17中，该保温中间包的温度维持在1200℃；

3、在钛质超声波探头4外表面离灰铸铁熔体液面5mm处开始缠以蛇形纯铜冷却管5，管内通以冷却水，冷却水的流量为10ml/s；

4、在钛质超声波探头4与金属液相接触的端面及侧表面涂以耐火涂层6，该耐火涂层6由土状石墨粉(粒度200)占65％；水玻璃(硅酸钠)占35％和正丁醇占0.01％混合，干燥，在经300℃烘干0.5小时而成；

5、当温度降至1420℃时，将超声波探头4浸入铸铁熔体液面下5mm，对中间包中的铁液施加2000w高能超声波照射，超声波频率为15khz，超声波照射时间为5分钟；中间包的冷却速度为0.8℃/s；

6、超声波照射结束后，立即移出超声波照射探头4，打开中间包17底部的滑块16，将被处理后的铸铁熔体经漏斗12，浇注到铸型13中。

实施例2

1、用99.9％的电解铁、含碳量为99.99％的高纯度石墨、含硅量为99.999％的高纯硅作原料，原料重约40kg；将配好的原料放入感应炉9中，使之熔化，熔制合成铸铁，并过热至1600℃；配制成的母合金的化学成分为：c＝3.8％，si＝2.1％；

2、将熔融的铸铁熔体10经流铁槽14流至保温的中间包17中，该保温中间包的温度维持在1000℃；

3、在钛质超声波探头4外表面离灰铸铁熔体液面20mm处开始缠以蛇形纯铜冷却管5，管内通以冷却水，冷却水的流量为35ml/s；

4、在钛质超声波探头4与金属液相接触的端面及侧表面涂以耐火涂层6，该耐火涂层6由澳大利亚锆英粉(粒度300)占80％；硅溶胶占20％和正戊醇占0.02％混合，干燥，在经400℃烘干2小时而成；

5、当温度降至1500℃时，对保温中间包17中的液态铸铁熔体施加高能超声波照射处理，超声波探头4浸入铸铁熔体液面下30mm，超声频率为25khz，超声波功率为3000w，对该铸铁熔体施加超声波的照射时间为30分钟；中间包的冷却速度为0.6℃/s；

6、超声波照射结束后，立即移出超声波照射探头4，滑开中间包17底部的滑块16，使被处理后的铸铁熔体经漏斗12浇入铸型(或铸锭模)13中成型。

实施例3

1、按照成分要求进行配料，以含ti普通铸铁合金为例，将配好的原材料120kg放入熔化用的感应炉9中，使之熔化，并过热至1380℃；配制成的合金的化学成分为：c＝3.6％，si＝2.6％，p＝0.07％,s＝0.09％,ti＝0.2％；碳当量＝4.4，属于过共晶铸铁；

2、将熔融的含ti普通铸铁熔体10在炉内原地保温，并使温度降至1100℃左右；

3、在钛质超声波探头4外表面离灰铸铁熔体液面40mm处开始缠以蛇形纯铜冷却管5，管内通以冷却水，冷却水的流量为60ml/s；

4、在钛质超声波探头4与金属液相接触的端面及侧表面涂以耐火涂层6，该耐火涂层6由氧化镁粉(粒度400)占90％；耐火粘土占10％和na2co3占0.04％混合，干燥，在经400℃烘干3小时而成；

5、将超声波探头4浸入铸铁熔体10液面下10mm，对炉内的液态铸铁熔体施加高能超声波照射处理，超声频率为40khz，超声波功率为3500w，对该铸铁熔体施加超声波的照射时间为10分钟；炉内熔体的冷却速度为0.3℃/s；

6、超声波处理结束后，立即移出超声波照射探头4，将被处理后的含ti普通铸铁熔体10直接经漏斗12浇注到铸型13中凝固成型。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。