一种长寿型大尺寸锌锭模的生产方法及锌锭模

摘要

本发明属于有色金属锌冶炼技术领域，本发明提供了一种长寿型大尺寸锌锭模的生产方法及锌锭模，包括以下几个步骤：步骤S1、消失模配合金属芯包覆树脂砂复合成型工艺制作砂芯；步骤S2、铁水熔炼；步骤S3、铁水处理；步骤S4、浇注铁水；步骤S5、冷却与脱箱；步骤S6、喷涂金属陶瓷复合层，本发明的有益效果在于，通过对锌锭模的结构进行合理设计，并通过反复试验得出各材料的精准配比，使得材料金相组织适宜，并通过在锌锭模工作面覆盖陶瓷层使其合金化，从而使得本锌锭模的综合性能优异，使用寿命延长50％以上。

说明书

技术领域

本发明属于有色金属锌冶炼技术领域，具体而言，涉及一种长寿型大尺寸锌锭模的生产方法及锌锭模。

背景技术

锌锭模是锌冶炼行业浇注锌锭所使用的模具，在生产使用中，要经受高温锌液加热与冷却的反复热冲击，不断承受着冷热的交替变化，在热交变应力的长期作用下而产生疲劳，出现变形、龟裂、开裂、断裂而失效报废。锌锭模的消耗，成为了工厂的主要成本。因此，提高锌锭模的使用寿命，对锌冶炼企业来说，具有较大的经济效益。

其破坏机理主要是金属基体的氧化和生长。氧化作用是温度愈高，氧化愈激烈。生长则是指锌锭模工作面的温度升高后体积长大，但是，在温度下降后，体积不能复原的现象。由于发生生长过程，显著降低了模具的机械性能，产生裂纹，进而使锌锭模失效报废。

从使用环境来看，锌锭模与钢锭模、铸球球模、铜锭模(阳极模)、铝锭模的工作条件极为相似，分别被浇注锌水、钢水、铁水、铜水和铝水，均需要承受热负荷冲击，需具有耐热疲劳、抗氧化、抗生长，耐热冲击、耐磨损、耐腐蚀，导热性好，热膨胀系数小，组织均匀、致密等特性。蠕墨铸铁材质在前述浇钢、铁、铜、铝模具中，均得到了较好的应用，且效果明显，因而，在锌锭模上应用蠕墨铸铁材质，以期提高其使用寿命，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明是这样实现的：

本发明提供了一种长寿型大尺寸锌锭模的生产方法，所述锌锭模的生产方法包括以下几个步骤：

步骤S1、消失模配合金属芯包覆树脂砂复合成型工艺制作砂芯，按所述锌锭模内部结构要求设计制作一块随形外冷铁，然后在外冷铁上包覆树脂砂，制作出所述锌锭模的砂芯，将制作好的消失模模样，扣在砂芯上，组合为一体，然后放入真空负压砂箱中进行埋砂造型；

步骤S2、铁水熔炼，以原材料为铸造生铁、回炉料和废钢为主，并加入硅铁、锰铁合金，并进行蠕化处理和孕育处理，且废钢为无锈、无油污的工业边角废料按配方计算投料，采用三吨级中频感应电炉进行熔炼；

步骤S3、铁水处理，取样光谱分析铁水含硫量，使残留的稀土在控制范围内，且成分达标，使所述铁水的蠕化率控制在30～50％范围内，温度1450～1500℃开始出铁；

步骤S4、浇注铁水，浇注温度为1350～1380℃，浇注系统设置过滤网，拦截铁液杂质；

步骤S5、冷却与脱箱，锌锭模铸件保温48hr脱箱，埋砂继续保温，待常温时，吊出、清理；

步骤S6、喷涂金属陶瓷复合层，所述锌锭模铸件外表清理干净后，采用高速喷涂，在锌锭模的工作表面，喷涂一层陶瓷涂层后，进行热处理，处理温度为700±20℃，保持6小时，200℃以下出炉冷却，温升速率≤100℃/hr，炉内冷却速率≤50℃/hr。

进一步的，所述锌锭模整体呈顶部开口的矩形槽体结构，且横截面呈上大下小的等腰梯形，所述锌锭模内壁底部的左右两端处设置有起定位凸台，所述锌锭模槽体正面和背面且靠近中部处均设置有加强筋，筋条截面的厚度和高度分别为所述锌锭模壁厚的0.9倍和1.1倍。

进一步的，所述锌锭模的材料组成的质量分数为：碳：3.4～3.7％、硅：2.4～2.8％、锰：≤0.4％、磷：≤0.06％、硫：≤0.03％、残留稀土：0.03～0.06％、残留镁：0.015～0.03％，其余为铁和不可避免的杂质；所述锌锭模的基体组织为铁素体与珠光体的混合体，石墨形态为蠕虫状、球状、团絮状以及少量片状的混合形态，蠕虫状的所述石墨形态的含量为30～50％。

进一步的，所述锌锭模表面高速喷涂所述陶瓷涂层的厚度不小于0.3mm。

进一步的，所述步骤S1中，所述树脂砂覆盖于所述砂芯外部的厚度为50～80mm，所述消失模为泡沫塑料材质制成，所述消失模扣于所述砂芯外部，并通过真空负压造型。

进一步的，所述步骤S3中，使所述铁水的蠕化率控制在30～50％范围内的步骤为：

当铁水充满所述铁水包三分之一高度时，

A、取粒度为3～10mm，并在700℃的温度条件下烘干两小时以上的FeSiRe21合金，送入出铁槽内，并利用随流冲入法进行蠕化处理；

B、取粒度为1～5mm；在700℃的温度条件下烘干两小时以上的75SiFe合金，送入出铁槽内，并利用随流冲入法进行孕育处理；

C、在铁水包内取铁水，浇注三角试验样，并在所述三角试验样温度为600～700℃呈暗红色时丢入水中，冷却后取出，通过敲断、看断口和三角形的三边、听敲击声音来判断铁水的蠕化情况，使蠕化率控制在30～50％范围内。

本发明的有益效果是：

本发明的有益效果在于，通过对锌锭模的结构进行合理设计，并通过反复试验得出各材料的精准配比，使得材料金相组织适宜，并通过在锌锭模工作面覆盖陶瓷层使其合金化，从而使得本锌锭模的综合性能优异，使用寿命延长50％以上。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明公开的方法流程图；

图2为本发明公开的锌锭模正视全剖结构示意图；

图3为本发明公开的锌锭模左视全剖结构示意图；

图4为本发明公开的随形外冷铁实物照片；

图5为本发明公开的砂芯实物照片；

图6为本发明公开的消失模实物照片。

附图标记说明：100、锌锭模；101、起定位凸台；102、加强筋。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

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定义和解释。

实施例

请参阅图1-6，本发明提供了一种长寿型大尺寸锌锭模的生产方法，锌锭模的生产方法包括以下几个步骤：

步骤S1、消失模配合金属芯包覆树脂砂复合成型工艺制作砂芯，按锌锭模100内部结构要求设计制作一块随形外冷铁，然后在外冷铁上包覆树脂砂，制作出锌锭模100的砂芯，将制作好的消失模模样，扣在砂芯上，组合为一体，然后放入真空负压砂箱中进行埋砂造型；

步骤S2、铁水熔炼，以原材料为铸造生铁、回炉料和废钢为主，并加入硅铁、锰铁合金，并进行蠕化处理和孕育处理，且废钢为无锈、无油污的工业边角废料按配方计算投料，采用三吨级中频感应电炉进行熔炼；

步骤S3、铁水处理，取样光谱分析铁水含硫量，使残留的稀土在控制范围内，且成分达标，使铁水的蠕化率控制在30～50％范围内，温度1450～1500℃开始出铁；

步骤S4、浇注铁水，浇注温度为1350～1380℃，浇注系统设置过滤网，拦截铁液杂质；

步骤S5、冷却与脱箱，锌锭模100铸件保温48hr脱箱，埋砂继续保温，待常温时，吊出、清理；

步骤S6、喷涂金属陶瓷复合层，锌锭模100铸件外表清理干净后，采用高速喷涂，在锌锭模100的工作表面，喷涂一层陶瓷涂层后，进行热处理，处理温度为700±20℃，保持6小时，200℃以下出炉冷却，温升速率≤100℃/hr，炉内冷却速率≤50℃/hr。

锌锭模100整体呈顶部开口的矩形槽体结构，且横截面呈上大下小的等腰梯形，锌锭模100内壁底部的左右两端处设置有起定位凸台101，锌锭模100槽体正面和背面且靠近中部处均设置有加强筋102，筋条截面的厚度和高度分别为锌锭模100壁厚的0.9倍和1.1倍，设置起定位凸台101用于定位制作锌锭上起吊孔的模芯，通过合理布置并精加工起定位凸台101制作的起吊孔用于与机械手对接，并将制作好的锌锭从锌锭模100中取出。

锌锭模100的材料组成的质量分数为：碳：3.4～3.7％、硅：2.4～2.8％、锰：≤0.4％、磷：≤0.06％、硫：≤0.03％、残留稀土：0.03～0.06％、残留镁：0.015～0.03％，其余为铁和不可避免的杂质；锌锭模100的基体组织为铁素体与珠光体的混合体，石墨形态为蠕虫状、球状、团絮状以及少量片状的混合形态，蠕虫状的石墨形态的含量为30～50％。

锌锭模100表面高速喷涂陶瓷涂层的厚度不小于0.3mm。

步骤S1中，树脂砂覆盖于砂芯外部的厚度为50～80mm，消失模为泡沫塑料材质制成，消失模扣于砂芯外部，并通过真空负压造型。

步骤S3中，使铁水的蠕化率控制在30～50％范围内的步骤为：

当铁水充满铁水包三分之一高度时，

A、取粒度为3～10mm，并在700℃的温度条件下烘干两小时以上的FeSiRe21合金，送入出铁槽内，并利用随流冲入法进行蠕化处理；

B、取粒度为1～5mm；在700℃的温度条件下烘干两小时以上的75SiFe合金，送入出铁槽内，并利用随流冲入法进行孕育处理；

C、在铁水包内取铁水，浇注三角试验样，并在三角试验样温度为600～700℃呈暗红色时丢入水中，冷却后取出，通过敲断、看断口和三角形的三边、听敲击声音来判断铁水的蠕化情况，使蠕化率控制在30～50％范围内。

经过上述步骤最后冷却至室温，得到本长寿型大尺锌锭模100，取锌锭模100附铸试样，用扫描电镜分析，金相组织为铁素体与珠光体的混合体，且晶粒细小，蠕墨含量为35％，且该试样的机械性能检测结果为：

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。