一种φ800毫米以上法兰铸造设备及其铸造方法与流程

本发明涉及大型厚壁铸钢法兰铸造技术领域，具体一种φ800毫米以上法兰铸造工装及其铸造方法，适用于φ800毫米以上，壁厚大于50mm以上的铸钢法兰铸造装置。

背景技术：

法兰，又叫法兰凸缘盘或突缘，它是轴与轴之间相互连接的零件，或两个设备之间的连接，使用范围广泛，市场需求量大。法兰生产工艺主要有锻造、铸造、割制、卷制四种类型，割制、卷制受轧制板坯尺寸的限制，制作的法兰在一定范围内，以薄壁法兰为主；法兰的常规制作方式仍以锻造、铸造为主，锻造法兰内在质量高但制作成本高，还受限于锻锤的吨位。铸造法兰形状准确，加工量小，制作成本低，尺寸范围跨越大，但存在内在铸造缺陷，缩短法兰正常使用期限。

大型厚壁铸钢法兰（法兰最大外圆φ800毫米以上，壁厚大于50mm，单重大于300kg），超出一般锻造厂的制作范围，一般采用铸造砂型方式生产。铸钢件常规工艺为：法兰外圆底部放置外冷铁，顶部设置均布明冒口，法兰侧边设置冒口补缩；受铸钢材质收缩特性影响，易在大型厚壁法兰毛坯中上部存在缩孔、缩松、夹渣；要求探伤检测的高品质法兰，则无法通过无损探伤检验，不能投放现场；即便勉强使用，会在薄弱点产生裂纹源，存在安全隐患；从大型厚壁铸钢法兰的市场需求量、经济性考虑，急需一种简便、实用的铸造方式，来制作高品质的大型厚壁铸钢法兰。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种φ800毫米以上法兰铸造设备及其铸造方法，操作简单，经济实用，确保大型厚壁铸钢法兰内部组织致密，达到法兰使用标准，

为解决上述问题，本发明一种φ800毫米以上法兰铸造设备，包括有金属冷型ⅰ、金属冷型ⅱ、底座箱、浇注漏斗管和浇注管，金属冷型ⅰ与金属冷型ⅱ均为圆筒形状，金属冷型ⅰ与金属冷型ⅱ的壁厚为制作法兰壁厚的1.0—1.5倍，金属冷型ⅰ同轴连接在金属冷型ⅱ上端，金属冷型ⅰ与金属冷型ⅱ内径不相同，底座箱包括有方腔和圆腔，方腔和圆腔连通，方腔设在圆腔侧面，金属冷型ⅱ同轴连接在底座箱圆腔上端，浇注漏斗管同轴连接在浇注管上端，浇注管同轴连接在方腔上端，金属冷型ⅰ与金属冷型ⅱ内部同轴连接有主砂芯，主砂芯直径分别小于金属冷型ⅰ与金属冷型ⅱ的内径，主砂芯上端连接有上砂芯，上砂芯直径等于金属冷型ⅰ的内径，主砂芯、上砂芯、金属冷型ⅰ内壁和金属冷型ⅱ内壁之间形成空腔ⅱ，上砂芯上设有排气孔，排气孔设在空腔ⅱ上端，底座箱、浇注漏斗管和浇注管内设有耐火管道砖，耐火管道砖内部形成空腔ⅰ，空腔ⅰ与空腔ⅱ连通，耐火管道砖与浇注漏斗管或浇注管之间填充有型砂，底座箱与耐火管道砖之间填充有型砂。本发明利用金属冷型代替普通砂型造型，制造更加简单方便，可重复利用，使用时从浇注漏斗管浇注，采用底注方式，利用液体自旋将空腔ⅰ与空腔ⅱ中的浮渣带至上表面，减少内部组织缺陷。

进一步的，所述的金属冷型ⅰ上端面设有凸台ⅰ，金属冷型ⅰ下端面设有凹槽ⅰ，所述的金属冷型ⅱ上端面设有凸台ⅱ，金属冷型ⅱ上端面设有凹槽ⅱ，所述的圆腔上端设有圆法兰，圆法兰上端面设有凸台ⅲ，凸台ⅲ连接在凹槽ⅱ内，凸台ⅱ连接在凹槽ⅰ内。金属冷型ⅰ、金属冷型ⅱ和底座之间的连接采用了凸台与凹槽配合的方式，确保了连接准确性也提高了密封效果。

进一步的，所述的浇注漏斗管包括有漏斗、直管ⅰ和方法兰ⅱ，漏斗连接在直管ⅰ上端，方法兰ⅱ连接在直管ⅰ上端。所述的浇注管包括有方法兰ⅲ、直管ⅱ和方法兰ⅳ，方法兰ⅲ连接在直管ⅱ上端，方法兰ⅳ连接在直管ⅱ下端。所述的方腔顶端连接有方法兰ⅰ，所述的方法兰ⅰ连接在方法兰ⅳ下端，所述的方法兰ⅲ连接在方法兰ⅱ下端，所述的漏斗下端高度大于金属冷型ⅰ上端高度。漏斗的设置提高了浇注时的使用便利性，漏斗下端高度大于金属冷型ⅰ上端高度，确保浇注工作的顺利进行。

进一步的，所述的耐火管道砖从漏斗下端连接到空腔ⅱ下端。采用底注方式，利用液体自旋将空腔ⅰ与空腔ⅱ中的浮渣带至上表面，减少内部组织缺陷。

进一步的，所述的方法兰ⅰ与方法兰ⅳ之间连接在有卡子，所述的方法兰ⅲ和方法兰ⅱ之间连接有卡子，卡子上设有卡槽形成u型，卡槽两侧边为斜边，方法兰ⅰ与方法兰ⅳ连接在卡槽内，方法兰ⅲ和方法兰ⅱ连接在卡槽内。卡子用于连接固定底座、浇注漏斗管和浇注管，防止浇注时发生位移影响浇注工作。

进一步的，所述的金属冷型ⅰ上设有吊把ⅰ，吊把ⅰ设在金属冷型ⅰ外壁上，吊把ⅰ设有多个；所述的金属冷型ⅱ上设有吊把ⅱ，吊把ⅱ设在金属冷型ⅱ外壁上，吊把ⅱ设有多个；所述的底座上设有吊把ⅲ，吊把ⅲ设在底座外壁上，吊把ⅲ设有多个；所述的浇注漏斗管上设有吊把ⅳ，吊把ⅳ设在浇注漏斗管外壁上，吊把ⅳ设有多个；所述的浇注管上设有吊把ⅴ，吊把ⅴ设在浇注管外壁上，吊把ⅴ设有多个。吊把的设置方便零部件的吊装，提高使用便利性。

进一步的，所述的上砂芯上端连接有砂芯压块。砂芯压块的设置防止浇注时主砂芯和上砂芯发生位移。

本发明的一种φ800毫米以上法兰铸造设备的铸造方法，包括有如下步骤：

s1.尺寸选择：根据大型厚壁铸钢法兰壁厚，按1-1.5倍选择金属冷型ⅰ和金属冷型ⅱ的壁厚，根据铸钢法兰总高，选择金属冷型ⅰ和金属冷型ⅱ总高度大于法兰总高高度100mm-500mm；

s2.制作砂芯：根据法兰内腔尺寸制作主砂芯和上砂芯，主砂芯和上砂芯采用树脂砂制作，主砂芯和上砂芯外表面涂抹2mm-3mm厚的涂料，涂料为醇基涂料；

s3.造型：金属冷型ⅰ和金属冷型ⅱ内壁喷涂涂料或挂砂，金属冷型ⅰ、金属冷型ⅱ、底座、浇注漏斗管和浇注管依次连接，底座、浇注漏斗管和浇注管内埋设耐火管道砖，设耐火管道砖形成空腔ⅰ，设耐火管道砖外填充型砂并椿实；

s4.烘型：将步骤s3的金属冷型ⅰ、金属冷型ⅱ和底座放入干燥窑内烘干水分，出窑晾至200度；

s5.合箱：清理底座上表面的杂物和浮砂，将步骤主砂芯和上砂芯放入金属冷型ⅰ和金属冷型ⅱ并找正，砂芯压块连接在上砂芯上端；

s6.浇注，按照大型厚壁铸钢法兰具体化学成分冶炼，出炉温度控制在1550℃±20℃，浇注温度1500℃±20℃，确保浇注漏斗充满一次性浇起，不允许断流。

进一步的，所述步骤s3若在金属冷型ⅰ和金属冷型ⅱ内壁喷涂涂料，涂料厚度2mm-3mm，涂料为水基锆英粉。

进一步的，所述步骤s3若在金属冷型ⅰ和金属冷型ⅱ内壁挂砂，挂砂厚度10mm-15mm，挂砂为黏土砂。

本发明的有益效果是：包括有金属冷型ⅰ、金属冷型ⅱ、底座、浇注漏斗管和浇注管，金属冷型ⅰ同轴连接在金属冷型ⅱ上端，金属冷型ⅱ同轴连接在圆腔上端，浇注漏斗管同轴连接在浇注管上端，浇注管同轴连接在方腔上端，金属冷型ⅰ与金属冷型ⅱ内部同轴连接有主砂芯，主砂芯上端连接有上砂芯，主砂芯、上砂芯、金属冷型ⅰ内壁和金属冷型ⅱ内壁之间形成空腔ⅱ，底座、浇注漏斗管和浇注管内设有耐火管道砖，耐火管道砖内部形成空腔ⅰ，空腔ⅰ与空腔ⅱ联通，本发明方法简单，操作简便，便于质量控制，操作简单，安全可靠，降低制作成本，依靠厚大金属型的强激冷、整体加高冒口的铸造方式，可消除常规铸钢件间隔设置冒口、冷铁无法消除的内部铸造缺陷，提高组织致密度。铸钢件通过无损超声波探伤ⅱ级检验。

附图说明

图1为本发明整体结构剖视图；

图2为本发明金属冷型ⅰ的剖视图；

图3为本发明金属冷型ⅱ的剖视图；

图4为本发明底座的结构示意图；

图5为本发明浇注漏斗管的结构示意图；

图6为本发明浇注管的结构示意图；

图7为本发明卡子的结构示意图；

图8为本发明大型厚壁铸钢法兰浇注成型的结构示意图。

图中：1.金属冷型ⅰ；101.凸台ⅰ；102.凹槽ⅰ；103.吊把ⅰ；2.金属冷型ⅱ；201.凸台ⅱ；202.凹槽ⅱ；203.吊把ⅱ；3.底座；301.方腔；302.方法兰ⅰ；303.圆腔；304.圆法兰；305.凸台ⅲ；306.吊把ⅲ；4.浇注漏斗管；401.漏斗；402.直管ⅰ；403.方法兰ⅱ；404.吊把ⅳ；5.浇注管；501.方法兰ⅲ；502.直管ⅱ；503方法兰ⅳ；504.吊把ⅴ；6.卡子；601.卡槽；7.耐火管道砖；8.型砂；9.主砂芯；10.上砂芯；1001.排气孔；11.砂芯压块；12.空腔ⅰ；13.空腔ⅱ。

具体实施方式

如图1-图8所示，本发明一种φ800毫米以上法兰铸造设备，包括有金属冷型ⅰ1、金属冷型ⅱ2、底座箱3、浇注漏斗管4和浇注管5，金属冷型ⅰ与金属冷型ⅱ均为圆筒形状，金属冷型ⅰ1同轴连接在金属冷型ⅱ2上端，金属冷型ⅰ与金属冷型ⅱ内径不相同，金属冷型ⅰ与金属冷型ⅱ接触外露部分需用砂层过渡抹出圆角，底座3包括有方腔301和圆腔303，方腔301和圆腔303连通，方腔301设在圆腔303侧面，金属冷型ⅱ2同轴连接在圆腔303上端，浇注漏斗管4同轴连接在浇注管5上端，浇注管5同轴连接在方腔301上端，金属冷型ⅰ1与金属冷型ⅱ2内部同轴连接有主砂芯9，主砂芯9直径分别小于金属冷型ⅰ1与金属冷型ⅱ2内径，主砂芯9上端连接有上砂芯10，上砂芯10直径等于金属冷型ⅰ1与金属冷型ⅱ2内径，主砂芯9、上砂芯10、金属冷型ⅰ1内壁和金属冷型ⅱ2内壁之间形成空腔ⅱ13，上砂芯10上设有排气孔1001，排气孔1001设在空腔ⅱ13上端，底座3、浇注漏斗管4和浇注管5内设有耐火管道砖7，耐火管道砖7设有多个，多个耐火管道砖7依次逐块拼接，耐火管道砖7包括直段和弯头，耐火管道砖7内部形成空腔ⅰ12，空腔ⅰ12与空腔ⅱ13联通，耐火管道砖7与浇注漏斗管4和浇注管5你内壁之间填充有型砂8，底座箱3与耐火管道砖7之间填充有型砂8。

进一步的，所述的金属冷型ⅰ1上端面设有凸台ⅰ101，金属冷型ⅰ1下端面设有凹槽ⅰ102，所述的金属冷型ⅱ上端面设有凸台ⅱ201，金属冷型ⅱ上端面设有凹槽ⅱ202，所述的圆腔303上端设有圆法兰304，圆法兰304上端面设有凸台ⅲ305，凸台ⅲ305连接在凹槽ⅱ202内，凸台ⅱ201连接在凹槽ⅰ102内。

进一步的，所述的浇注漏斗管4包括有漏斗401、直管ⅰ402和方法兰ⅱ403，漏斗401连接在直管ⅰ402上端，方法兰ⅱ403连接在直管ⅰ402上端。所述的浇注管5包括有方法兰ⅲ501、直管ⅱ502和方法兰ⅳ503，方法兰ⅲ501连接在直管ⅱ502上端，方法兰ⅳ503连接在直管ⅱ502下端。所述的方腔301顶端连接有方法兰ⅰ302，所述的方法兰ⅰ302连接在方法兰ⅳ503下端，所述的方法兰ⅲ501连接在方法兰ⅱ403下端，所述的漏斗401下端高度大于金属冷型ⅰ1上端高度。

进一步的，所述的耐火管道砖7从漏斗401下端连接到空腔ⅱ13下端。

进一步的，所述的方法兰ⅰ302与方法兰ⅳ503之间连接在有卡子6，所述的方法兰ⅲ501和方法兰ⅱ403之间连接有卡子6，卡子6上设有卡槽601形成u型，卡槽601两侧边为斜边，方法兰ⅰ302与方法兰ⅳ503连接在卡槽601内，方法兰ⅲ501和方法兰ⅱ403连接在卡槽601内。

进一步的，所述的金属冷型ⅰ1上设有吊把ⅰ103，吊把ⅰ103设在金属冷型ⅰ1外壁上，吊把ⅰ103设有多个；所述的金属冷型ⅱ2上设有吊把ⅱ203，吊把ⅱ203设在金属冷型ⅱ2外壁上，吊把ⅱ203设有多个；所述的底座3上设有吊把ⅲ306，吊把ⅲ306设在底座3外壁上，吊把ⅲ306设有多个；所述的浇注漏斗管4上设有吊把ⅳ404，吊把ⅳ404设在浇注漏斗管4外壁上，吊把ⅳ404设有多个；所述的浇注管5上设有吊把ⅴ504，吊把ⅴ504设在浇注管5外壁上，吊把ⅴ504设有多个。

进一步的，所述的上砂芯10上端连接有砂芯压块11。

本发明利用金属冷型代替普通砂型造型，制造更加简单方便，可重复利用，使用时从浇注漏斗管4浇注，采用底注方式，利用液体自旋将空腔ⅰ12与空腔ⅱ13中的浮渣带至上表面，减少内部组织缺陷。

金属冷型ⅰ1、金属冷型ⅱ2和底座箱3之间的连接采用了凸台与凹槽配合的方式，确保了连接准确性也提高了密封效果。

漏斗401的设置提高了浇注时的使用便利性，漏斗401下端高度大于金属冷型ⅰ1上端高度，确保浇注工作的顺利进行。

卡子6用于连接固定底座箱3、浇注漏斗管4和浇注管5，防止浇注时发生位移影响浇注工作。

吊把的设置方便零部件的吊装，提高使用便利性。

砂芯压块11的设置防止浇注时主砂芯9和上砂芯10发生位移。

本发明一种φ800毫米以上法兰铸造设备的铸造方法，包括有如下步骤：

s1.尺寸选择：根据大型厚壁铸钢法兰壁厚，按1-1.5倍分别选择金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2的壁厚，根据法兰总高度，选择金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2连接后的总高度，且金属冷型ⅰ1高度大于图纸设计高度100mm-300mm，作为整体补缩冒口设置，冒口浇注水量占总水量的30-40%；

s2.制作砂芯：根据法兰内腔尺寸制作主砂芯9和上砂芯10，主砂芯9和上砂芯10采用树脂砂制作，主砂芯9和上砂芯10外表面涂抹2mm-3mm厚的涂料，涂料为醇基涂料；

s3.造型：金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2内壁喷涂涂料或挂砂，金属冷型ⅰ1、金属冷型ⅱ2、底座箱3、浇注漏斗管4和浇注管5依次连接，底座箱3、浇注漏斗管4和浇注管5内埋设耐火管道砖7，设耐火管道砖7形成空腔ⅰ12，设耐火管道砖7外填充型砂并椿实；金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2内壁伸尺大于常规铸钢件2-3%；

s4.烘型：将步骤s3的金属冷型ⅰ1、金属冷型ⅱ2和底座3放入干燥窑内烘干水分，出窑晾至200度；

s5.合箱：清理底座3上表面的杂物和浮砂，将步骤主砂芯9和上砂芯10放入金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2并找正，砂芯压块11连接在上砂芯10上端；

s6.浇注，按照法兰具体化学成分冶炼，出炉温度控制在1550℃±20℃，浇注温度1500℃±20℃，确保浇注漏斗充满一次性浇起，不允许断流。

进一步的，所述步骤s3若在金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2内壁喷涂涂料，涂料厚度2mm-3mm，涂料为水基锆英粉。

进一步的，所述步骤s3若在金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2内壁挂砂，挂砂厚度10mm-15mm，挂砂为黏土砂。

普通铸钢件一般采用均布的圆形或椭圆形冒口补缩，但存在冒口根部或在相邻冒口之间出现缩孔，而圆筒型铸钢件采用整体加高替代冒口补缩，会消除上述冒口间缩孔；按照铸钢件工艺出品率=铸件毛重/铸件毛重+浇冒口重量×100%的计算公式,对应法兰单重及主要壁厚，对应查找出工艺出品率在64-72%，因整体采用厚壁金属型作为外冷铁，加强激冷效果，且该类型离心辊模壁厚一致，缺少形成热节的条件，对冒口补缩要求有所降低。再通过法兰浇注模拟核算，确认金属液体中渣滓上浮且最终形成的缩孔位于大于法兰高度50--100mm范围内，遂将该工艺出品率上升到85-89%。选择金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2连接后的总高度大于离心辊模高度200mm-500mm，是考虑钢水温度及金属型模温，还有考虑气候的影响，超出500mm以后就是浪费，造成离心辊模工艺出品率低下，制作成本上升。

根据大型厚壁法兰壁厚，按1-1.5倍选择金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2的壁厚小于1.0，冷型激冷效果差，大型厚壁法兰内部会被反抽出现缩孔；大于1.5，一是激冷效果递增，影响冒口补缩。

烘烤前，金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2内壁喷涂涂料或挂砂已经完成，放入干燥窑的时候是只烘烤金属冷型ⅰ1、金属冷型ⅱ2、底座3，底座箱3内以埋设有耐火管道砖7，浇注漏斗管4和浇注管5事先造型烘干。

金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2内壁喷涂涂料，涂料厚度2mm-3mm；2mm-3mm的涂料层会紧贴冷型内壁，起到保护冷型作用；小于2mm，涂料过薄，形成的保护膜会存在薄弱点，被充入型腔的钢水穿破，钢水与冷型粘连，影响法兰外形质量，严重会损坏冷型内壁；涂料大于3mm时，会起皮、爆裂，同样被充入型腔的钢水穿破。

金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2内壁挂砂，挂砂厚度10mm-15mm；砂层小于10mm，强度差，不能抵御钢水冲击；砂层大于15mm，冷型激冷效果在逐步降低，影响大型厚壁法兰内壁枝晶方向；从10mm-15mm逐渐增长的时候，型砂强度在增强，冷型激冷效果在降低，最佳砂层厚度为12.5mm。

主砂芯9和上砂芯10外表面涂抹2mm-3mm厚的涂料是为了形成外壳起到保护砂芯不被钢水冲破，确保钢水纯净度，小于2mm，涂料过薄，形成的保护膜会存在薄弱点，被充入型腔的钢水穿破，钢水与冷型粘连，影响大型厚壁法兰外形质量，严重会损坏冷型内壁；涂料大于3mm时，会起皮、爆裂，同样被充入型腔的钢水穿破。

实施例：

以φ900/φ600*232mm法兰，壁厚60mm，材质zg42crmo，净单重0.357吨为例，利用本发明方法，

s1.尺寸选择：φ900/φ600*232mm法兰壁厚为60mm，内外圆放置加工量及伸尺，壁厚增大到85mm。按照1：1.5的比列，选用金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2的壁厚≧100mm，选择组合高度超出法兰净尺寸100mm；

s2.制作砂芯：根据φ900/φ600*232mm法兰尺寸，核算出砂芯的尺寸为φ650×450mm，采用树脂砂可分段制芯，总高累加达标即可；

s3.造型：金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2内壁挂砂12mm，金属冷型ⅰ1、金属冷型ⅱ2、底座箱3、浇注漏斗管4和浇注管5依次连接，底座箱3、浇注漏斗管4和浇注管5内埋设耐火管道砖7，设耐火管道砖7形成空腔ⅰ12，设耐火管道砖7外填充型砂并椿实；

s4.烘型：将步骤s3的金属冷型ⅰ1、金属冷型ⅱ2和底座3放入干燥窑内烘干水分，出窑晾至200度；

s5.合箱：清理底座3上表面的杂物和浮砂，将步骤主砂芯9和上砂芯10放入金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2并找正，砂芯压块11连接在上砂芯10上端；

s6.浇注，按照zg42crmo化学成分冶炼，出炉温度控制在1550℃±10℃，浇注温度1500℃±10℃，确保浇注漏斗充满一次性浇起，不允许断流。

金属液体中渣滓上浮且最终形成的缩孔位于232mm+50--100mm，法兰最上端凝固后下缩80mm，该部位主要为浮渣、保护渣及缩孔组成，切割冒口留量232mm+30mm，端面存在细小缩孔和夹渣，加工至232mm时缺陷消除，超声波检验内部组织致密达到二级标准。