[发明专利]一种控制大型铸件凝固与冷却的方法

说明书

技术领域

本发明属于铸造领域，具体涉及控制大型铸件的凝固与冷却。

背景技术

大型铸件是重型装备最主要的毛坯之一，其生产能力是国家工业综合实力的一种体现。大型铸件的重量达到几顿、几十吨，甚至几百吨。大型铸件在铸造过程中凝固与冷却均非常缓慢，特别是砂型铸造过程。为了保证砂型的强度，大型铸件的吃砂量大。铸件的热量需要穿过厚实的砂型传到砂箱表面，然后与空气换热。砂箱表面温度在大型铸件浇注后要经过几个甚至几十个小时后才开始上升，并且表面温度只上升了几十度。由于厚实砂型的导热慢与砂箱表面温度低，导致了大型铸件散热慢，生产周期长，生产效率低。

为了顺利补缩，砂型铸造时在大型铸件的厚实部位放置冷铁来加快铸件的局部凝固。由于冷铁的蓄热能力有限，为了加大冷却效果往往是加大冷铁的尺寸，使得大型铸件的砂型铸造中冷铁质量可以达到几吨，甚至几十吨。虽然冷铁可以起到一些加快凝固的作用，但冷铁温度上升快，在冷铁温度上升到高温后将丧失对铸件的冷却能力。有人提出在铸件砂箱表面吹风或者喷水等，这只能在铸件后期冷却可以起到一些作用，但难以保证铸件均衡冷却。

发明内容

为了加快与均衡大型铸件的冷却，本发明提出了一种控制大型铸件凝固与冷却的方法。本发明的主要技术方案是对传统冷铁进行改造，在冷铁内部设置冷却通道。在大型铸件浇注后，当向冷铁内部冷却通道中通入流动的冷却介质，冷却介质不断地从冷铁中带走热量，使得冷铁的冷却能力不会达到饱和，可以持续地发挥冷却作用。如果不向冷铁内部的冷却通道通入冷却介质，空心冷铁由于具有空气隔离作用而阻碍铸件热量从冷铁向外传递，反而可以起到保温作用。本发明改变了传统冷铁的作用，使得冷铁作为一种传热冷却的载体，实现冷却介质不断地对大型铸件的间接冷却。同时可以通过调节冷却介质的流速来控制冷铁的冷却能力，进而间接控制铸件局部的冷却速度。

在以上所述的方法中，优选：对大型铸件的传统冷铁重新设计，在冷铁内部设置冷却通道。当不通入冷却介质时所述冷却通道使得空心冷铁具有空气隔离作用而阻碍铸件热量从冷铁向外传递。大型铸件造型时将所述冷铁置于铸件厚实部位的砂型中，把所述冷却的冷却通道进出口管置于砂箱外，便于与冷却介质管道的连接。

在以上所述的方法中，优选：在大型铸件浇注后向冷铁内部冷却通道中通入流动的冷却介质，可以不断地对铸件进行间接冷却，加快铸件厚实部位的凝固。在大型铸件凝固后可以根据需求调节冷却介质的流量，从而控制铸件局部冷却速度。当所述冷铁的冷却能力过大，导致铸件局部冷却过快而温差大时，需要减小冷却介质的流量甚至停止通入冷却介质，达到均匀冷却。

在以上所述的方法中，优选：所述冷却介质可以是压缩空气，也可以是水。水的冷却能力比压缩空气强。冷却通道需要做好密封性，并且具有一定的强度，避免在使用过程中出现裂纹。

本发明的有益效果陈述如下：

所述冷铁作为一种热量传递的载体，把铸件的热量不断地传递给了所述冷却介质。所述冷铁的冷却能力不再取决于冷铁的尺寸，而且取决于冷却介质的冷却能力，可以减小冷铁的质量。所述冷铁的持续冷却能力，可以不断地加快铸件局部的凝固冷却，更好地实现顺序凝固，改善铸件的补缩。在大型铸件凝固后通过控制冷却介质在铸件冷却过程不同时刻的流量，可以调节所述冷铁在不同时刻的冷却能力，进而加快与均匀铸件冷却，减小铸件残余应力。本发明的所述冷铁制作简单，操作简便，成本低。

附图说明

图1带有冷却通道的冷铁使用示意图

附图标记：1、铸件；2、砂型；3、冷铁；4、冷却通道；5、进出口管；6、砂箱。

具体实施方式

以下结合图1对本发明中所提及的带有冷却通道的冷铁的优选实施过程进行阐述。具体步骤如下：

第一步，对大型铸件1的冷铁3进行设计，在冷铁3内部设置冷却通道4。冷却通道4使得空心冷铁3具有空气隔离能力而阻碍铸件1热量从冷铁3向外传递。冷却通道4具有密封性与一定的强度，防止在使用过程中出现裂纹。

第二步，大型铸件1造型时在铸件1厚实部位的砂型2中放置所述冷铁3，将所述冷铁3中冷却通道4的进出口管5置于砂箱6外，以便与冷却介质管道的连接。

第三步，在大型铸件1浇注后向所述冷铁3的冷却通道4中通入冷却介质，不断地对大型铸件1进行间接冷却，加快大型铸件1凝固。在大型铸件1凝固后可以根据需求调节冷却介质的流量，从而控制铸件1的局部冷却速度。当冷铁3的冷却能力过大，导致铸件1局部冷却过快而温差大时，需要减小冷却介质的流量甚至停止通入冷却介质，达到均匀冷却。所述冷却介质可以是压缩空气，也可以是水。