一种超厚大球墨铸铁储运容器的铸型的制作方法

本发明涉及一种超厚大球墨铸铁储运容器的铸型，属于超厚大球墨铸铁制造技术领域。

背景技术：

近年来，随着核电、水电、风电发电机组的大型化发展以及其它工程机械设备的重型化发展，对超厚大球墨铸铁的需求越来越迫切。国外发达国家在生产超厚大球墨铸铁件方面具有较高水平。德国siempelkamp公司早在1983年就生产了壁厚达630mm的球墨铸铁冲压机支架，法国和日本相继研制出壁厚大于400mm的球墨铸铁件。核乏燃料球墨铸铁储运容器结构复杂、技术条件苛刻、环境条件恶劣，代表了世界球墨铸铁件生产的最高水平，德国thyssen成功生产了重115吨、壁厚400mm的n1300核乏燃料球铁罐。

目前国家标准《gb/t1348-2009球墨铸铁件》和欧洲标准《dinen1563:2012铸造球墨铸铁》中，对球墨铸铁的壁厚规格均定义至200mm为止，而对壁厚超过200mm的超厚大球墨铸铁尚无明确的检测要求。超厚大球墨铸铁热节部位或中心部位由于凝固速度缓慢、凝固时间长，经常出现变态石墨、缩松、缩孔等组织缺陷，导致力学性能下降，尤其碎块状石墨的产生对性能的恶化尤为明显。针对壁厚超过500mm的球墨铸铁容件，如核乏燃料容器罐等，该类工件提出的技术要求是：铸件超声波探伤、磁粉探伤零缺陷；而对于超厚大球墨铸铁储运容器超声波探伤零缺陷是技术难点。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种超厚大球墨铸铁储运容器的铸型，避免上述技术短板，使得铸型满足超声波检验、磁粉检验的要求。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种超厚大球墨铸铁储运容器的铸型，包括砂箱、金属型单元和快速冷却系统，所述砂箱包括底箱和多个浇道箱，所述底箱内设有底箱浇道，所述浇道箱内设有直浇道管道，多个所述浇道箱分别设于底箱上，实现直浇道管道和底箱浇道连通；所述底箱内设有坭芯，所述坭芯上套有金属型单元，所述坭芯与金属型单元之间形成超厚大球墨铸铁贮运容器仿形腔室，所述金属型单元固定于底箱上，实现仿形腔室与底箱浇道连通；所述金属型单元上设有水冷装置，对金属型单元进行降温；所述快速冷却系统一端与坭芯连通，另一端与抽/送风装置连接，实现对坭芯冷却；所述金属型单元与底箱之间设有防膨胀锁紧装置。

所述坭芯包括坭芯支架和冷铁单元，所述坭芯支架竖向固定于底箱上，所述坭芯支架上套设冷铁支架，所述冷铁单元包覆于冷铁支架，所述冷铁支架与坭芯支架之间填设砂坭。

所述冷铁支架底部环向设有若干支撑块，用于支撑冷铁单元；所述冷铁支架沿轴环向设有若干间隔设置的安装孔，所述安装孔内穿设螺栓，实现冷铁支架与冷铁单元连接。

所述冷铁单元包括环向冷铁和冷铁盖，所述冷铁盖设于环向冷铁顶端且冷铁盖与坭芯支架固定连接。

所述冷铁盖包括外圈冷铁和内圈冷铁，所述外圈冷铁环向卡设于盖板上，所述内圈冷铁铺设于外圈冷铁内侧。

所述快速冷却系统包括抽风管路和送风管路，所述抽风管路、送风管路分别设于砂箱内，所述冷铁支架上开设若干空冷孔，所述抽风管路、送风管路分别与对应的空冷孔连通。

所述水冷装置包括水冷管和喷嘴，所述水冷管抱于金属型单元，所述喷嘴环向设于水冷管上，所述水冷管上设有用于调节出水状的阀门。

所述防膨胀锁紧装置包括压铁和抱箍，所述压铁压于金属型单元顶端，所述抱箍固定连接底箱和金属型单元。

所述金属型单元包括若干金属型，若干所述金属型叠合设置且分别固定连接，顶部所述金属型上设有铸件本体冒口。

所述浇道箱上设有座包，所述座包与浇道直浇道连通。

与现有技术相比，本发明的优点在于：一种超厚大球墨铸铁储运容器的铸型，对冷铁单元和金属型单元分别进行降温，提高了冷铁和金属型的持续激冷能力，缩短了共晶凝固时间，提高了铸件的致密性；压铁放于顶层金属型上，抱箍将底箱和金属型单元紧固牢靠，防止浇注过程中石墨化膨胀抬箱，避免了超厚大球墨铸铁储运容器产生缩松、射箱等问题，从而获得高性能、零缩松的产品，满足超声波探测要求。采用两个底注式浇注系统同时对仿形腔室进行浇注，不仅使得铁液静置充分，便于夹渣上浮，减少了过滤片使用，降低了生产成本；而且浇注过程稳定，防止铸件产生夹渣、冷隔等缺陷；满足磁粉探测要求。

附图说明

图1为百吨级乏燃料球墨铸铁容器的示意图；

图2为本发明实施例一种超厚大球墨铸铁储运容器的铸型(除去压铁和抱箍)的示意图；

图3为本发明实施例一种超厚大球墨铸铁储运容器的铸型的示意图；

图4为本发明实施例一种超厚大球墨铸铁储运容器的铸型的纵剖视图；

图5为本发明实施例一种超厚大球墨铸铁储运容器的铸型(除去砂箱)的示意图；

图6为本发明实施例一种超厚大球墨铸铁储运容器的铸型中底箱的俯视图；

图7为本发明实施例一种超厚大球墨铸铁储运容器的铸型中冷铁支架示意图；

图8为本发明实施例一种超厚大球墨铸铁储运容器的铸型中坭芯支架示意图；

图9为本发明实施例一种超厚大球墨铸铁储运容器的铸型中水冷装置俯视图；

图10为本发明实施例一种超厚大球墨铸铁储运容器的铸型中冷铁盖(除去盖板)的示意图；

图中1底箱、2浇道箱、3金属型单元、4座包、5水冷装置、5.1水冷管、5.2喷嘴、6坭芯支架、7冷铁支架、7.1空冷孔、7.2支撑块、8直浇道管道、9内浇道、10窝座、11横浇道、12抽风管路、13送风管路、14压铁、15抱箍、16本体冒口、17外圈冷铁、18内圈冷铁。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，百吨级乏燃料容器的外径为2550mm，内径为1565mm，高度为4860mm，壁厚为500mm、重量为120t。如图2、3所示，该百吨级乏燃料容器的铸型包括砂箱、金属型单元3和快速冷却系统，砂箱包括底箱1和浇道箱2，底箱1内设有底箱浇道，浇道箱2设有直浇道管道8，底箱1左右两侧设有分别设有浇道箱2，实现直浇道管道8和底箱浇道连通，底箱1内设有坭芯，坭芯上套有金属型单元3，金属型单元3将坭芯包覆在其内腔，坭芯外表面与金属型单元3内腔之间形成百吨级乏燃料容器的仿形腔室，金属型单元3固定在底箱1上，使得仿形腔室与底箱浇道连通。在浇道箱2上分别设有50t座包4，两座包4分别与对应侧的直浇道管道8连通。快速冷却系统包括送风管路13和抽风管路12，送风管路13和抽风管路12分别预埋于砂箱内，送风管路13一端和抽风管路12一端分别与坭芯连通，送风管路13另一端与鼓风机连接，吹入自然风，抽风管路12另一端与抽风机连接，及时抽出仿形腔室内的热空气。

上述百吨级乏燃料储运容器浇注重量约150t，采用两套50t座包4加30t浇包的浇注方式，优点在于：铁液静置充分便于夹渣上浮，减少过滤片使用，降低成本；保持浇注过程稳定，防止铸件产生夹渣、冷隔等缺陷；便于快速浇注及充型，减少铸件夹渣。

由于百吨级乏燃料储运容器的浇注重量达150t，为防止石墨化膨胀抬箱，理论的压铁14重量需在450t以上。而顶层金属型顶面面积小，无法放置这么多的压铁14。如图3所示，采用了压铁14和抱箍15结合锁紧，防止凝固过程中石墨化膨胀抬箱。合箱之后在顶层金属型上面放置4块25t的压铁14，然后通过抱箍15将底箱1和金属型单元3紧固牢靠，防止浇注过程中石墨化膨胀抬箱，导致百吨级乏燃料储运容器产生缩松、射箱等问题。

如图5、6所示，底箱浇道包括对称设置的左底箱浇道系统、右底箱浇道系统，左底箱浇道系统与左浇道箱内的直浇道管道8连通，右底箱浇道系统与右浇道箱内的直浇道管道8连通。左、右底箱浇道系统分别包括9个内浇道9，9个内浇道9通过窝座10与横浇道11连通，多个内浇道9进铁使得充型平稳，避免产生紊流而导致铸件产生夹渣、卷气等缺陷。上述直浇道管道8、内浇道9和横浇道11上分别包裹耐火管。考虑到百吨级乏燃料容器的壁厚约500mm，因此选择低温快浇工艺，浇注温度为1300－1350℃，浇注时间为100－150s，内浇道9进铁线速度为0.7－1.0m/s，能够减少金属的液态收缩，防止缩松的产生。

如图4、7、8所示，坭芯包括坭芯支架6、环向冷铁和冷铁盖，坭芯支架6由6道钢板通过环型加强筋烧焊、加工而成，要求底平面平整，非封闭式结构方便组装冷铁。冷铁支架7由钢板烧焊呈圆柱形筒体。坭芯支架6竖向固定于底箱1坭芯支架窝座上，坭芯支架6上套设若干叠设的冷铁支架7，环向冷铁包覆于对应的冷铁支架7外侧，使得若干叠设的冷铁支架7上分别设有环向冷铁。底部冷铁支架7上环向设有12个支撑块7.2，用于支撑环向冷铁。冷铁支架7沿轴线环向开设若干均匀设置的安装孔，安装孔内穿设螺栓，螺栓另一端穿设环向冷铁，使得环向冷铁与冷铁支架7具有连接关系，冷铁支架7与坭芯支架6之间填设铬铁矿砂，铬铁矿砂具有良好的导热性，能够有效降低冷铁的温度。冷铁盖支撑于环向冷铁顶端，冷铁盖与坭芯支架7通过螺栓固定连接，构成满足要求的坭芯。

如图10所示，上述冷铁盖包括外圈冷铁17和内圈冷铁18，外圈冷铁17底部开设t型凹槽，盖板上环向均匀设置t型凸槽，t型凹槽与t型凸槽相配合，使得盖板上环向卡设外圈冷铁17，内圈冷铁18铺设于外圈冷铁17内侧，盖板上被外圈冷铁17与内圈冷铁18包覆。安装好外圈冷铁17与内圈冷铁18位置后对两种冷铁间隙进行补砂。因铸件浇注后热胀冷缩，外圈冷铁17采用t型槽组装是为了防止开箱后外圈冷铁17粘到铸件上，铸件收缩时，外圈冷铁17会沿着t型槽向内滑动，而不会粘在铸件内壁，避免了清理困难的情况。

如图6、7所示，冷铁支架7底部环向开设4个空冷孔7.1，快速冷却系统包括3根送风管路13和1根抽风管路12，送风管路13和抽风管路12分别与4个空冷孔7.1连通。浇注后冷铁温度升高，会导致坭芯支架6里的空气温度升高，采用3台鼓风机对3根送风管路13分别吹自然风，吹入的自然风能降低型腔内的温度；通过1台抽风机对1根抽风管路12进行抽风，及时抽出型腔顶部的热空气，改善热节区的冷却环境。通过吹入自然风、抽热风能有效降低内腔的温度，加强冷铁的持续激冷效果，缩短百吨级乏燃料容器的凝固时间，从而获得高性能、零缩松的产品。

如图2、9所示，金属型单元3包括6层金属型，6层金属型叠合设置且相邻两金属型之间通过螺栓固定连接。金属型单元上包裹对合式水冷管5.1，水冷管5.1上环向设有若干喷嘴5.2，对水冷管5.1通水后经喷嘴喷出，对金属型单元3进行降温，加强金属型单元3的持续激冷能力。在水冷管5.1上设置若干阀门，每个阀门均可以调节喷嘴的出水状态：喷雾状或者喷水状。浇注后打开阀门，使得水冷管5.1通入的水经喷嘴5.2对着金属型单元3喷水或喷雾，降低了金属型单元3的温度，缩短了百吨级乏燃料储运容器罐的凝固时间。

当铸件壁厚超大时，组织容易出现石墨漂浮、石墨开花、碎块状石墨、石墨球数偏少及石墨尺寸粗大等问题。当采用冷铁和金属型对铸件进行冷却时，由于冷铁、金属型受热后激冷能力会大大下降，无法起到持续冷却作用，甚至会出现保温的反作用。普通的冷铁、金属型对铸件进行冷却的做法已无法解决此类金相组织问题。本申请对冷铁和金属型分别进行降温，提高了冷铁和金属型的持续激冷能力，获得组织致密的百吨级乏燃料储运容器。

如图4所示，在顶部金属型单元上设置了铸件本体冒口16，本体冒口6不仅可以集脏、冷铁水，还可以起到补缩作用，防止超厚大球墨铸铁储运容器产生夹渣、缩松等缺陷。

本申请对冷铁和金属型单元3分别进行降温，提高了冷铁和金属型的持续激冷能力，缩短了共晶凝固时间，提高了铸件的致密性；压铁14放于顶层金属型上，抱箍15将底箱1和金属型单元3紧固牢靠，防止浇注过程中石墨化膨胀抬箱，避免了超厚大球墨铸铁储运容器产生缩松、射箱等问题，从而获得高性能、零缩松的产品，满足超声波探测要求。采用两个底注式浇注系统同时对仿形腔室进行浇注，不仅使得铁液静置充分，便于夹渣上浮，减少了过滤片使用，降低了生产成本；而且浇注过程稳定，防止铸件产生夹渣、冷隔等缺陷；满足磁粉探测要求。

除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。