一种自蔓燃粉剂及其在离心铸管成型中的应用 本发明涉及金属铸造成型过程中的处理剂领域。专用于大型离心铸管的成型。
一般直径较大的大型离心铸管在成型过程中，由于离心浇铸后，往往在管壁存在复杂的拉应力或压应力状态，使铸管的内、外表面产生各种裂纹，致使铸管报废。
产生裂纹的主要原因如下：
(1)、钢液在液固相线温度范围内，强度较低，如30号钢在此温度范围其强度仅为0.75MPa。当高速旋转或由于机械装置不平稳而造成振动时，容易产生裂纹。
(2)、钢液在离心浇铸时，由于气体和夹杂在内表面排出，使内表面成为薄弱的自由表面，在受到拉应力的作用下，极易在内表面形成裂纹。
(3)、铸管在离心浇铸后，型桶受热膨胀，在随后的冷却过程中收缩，对铸管产生压力；同样，铸管本身也产生热胀冷缩，产生压力。当型桶的收缩与铸管的收缩互相迭加时，产生更大的压力，导致加速裂纹的形成和扩展。离心铸管的直径越大，这种不利因素越大。如经试验，直径为1000mm的铸管收缩率达1.5％，故径向收缩达15mm，周向收缩达47mm，致使产生巨大的应力。
拉应力往往导致形成纵向沟状裂纹，而压应力则导致形成网状裂纹。为此，大直径离心铸管的成品率很低。
目前，有关解决大直径离心铸管裂纹问题有效办法的文献未见公开报道。本申请人提出的申请号为94119497.3地在先申请提供了一种离心铸造熔渣。该熔渣是在离心浇铸时随钢液一起加入的，其特点之一是由于比重轻，熔渣趋于内表面，并在内表面形成一层保护层，具有保温作用，故延缓了钢液的凝固，降低了铸管在凝固过程中产生的内应力，可大大减少或消除裂纹。但该熔渣的此作用只限于小直径的离心铸管，对于大直径的离心铸管，其作用甚微，解决不了内应力裂纹的产生。
本发明的目的在于提供一种能消除离心铸管内壁裂纹和提高铸管耐磨耐蚀性能的自蔓燃粉剂及其在离心铸管成型中的应用。
针对上述目的，本发明采用的技术方案如下：
首先提供一处由氧化物和还原剂组成的自蔓燃粉剂。当离心铸管浇铸后，马上将自蔓燃粉剂喷入离心铸管的空腔中，利用离心铸管钢液在凝固过程中所放出的热量，点燃喷入的自蔓燃粉剂。氧化物和还原剂产生氧化还原反应，并放出大量的热量，对已浇铸完的离心铸管内壁起到良好的保温作用，大大延缓凝固过程，减小内应力，避免裂纹的产生；同时，氧化还原反应的产物还在内表面沉积一层耐磨、耐蚀的沉积层，提高铸管的耐磨耐蚀性。
本发明所述的自蔓燃粉剂的化学成分(重量％)为：
氧化物SiO2、TiO2、Fe2O3、K2O、NiO中任两种或任两种以上之和为30～80％，还原剂Al、Ti、Si中任一种或任两种之和为20～70％。
该自蔓燃粉剂的粒度≤70μm。
本发明自蔓燃粉剂在离心铸管成型中的具体应用如下：在离心铸管浇铸停止后的1分钟之内，通过喷枪将自蔓燃粉剂喷射到离心铸管的腔体内。喷射持续时间为30～120秒。喷枪采用压缩空气为粉体的载体，空气压力为0.3～0.5MPa。
自蔓燃粉剂喷入离心铸管腔体后，利用刚浇铸的钢液在凝固过程中放出的热量进行点燃，氧化物SiO2、TiO2、Fe2O3、K2O、NiO中的氧被还原，还原剂Al、Ti、Si自身被氧化成Al2O3、TiO2、SiO2。如氧化物Fe2O3和还原剂Al发生如下反应：
该氧化还原反应为放热反应。通常这种自蔓燃过程的瞬时温度可达3000℃左右，而且，这种自蔓燃是持续发生的，使离心铸管得到连续的良好的保温，大大延缓了凝固过程，内应力也大为下降，可减少或消除裂纹；另外，自蔓燃的过程，使气体膨胀，产生压力，同时，喷入的载气也是高压气体，这样，离心铸管腔体内产生较大的气体压力，该压力可以抵消或平衡铸管冷却凝固所产生的收缩力，这也是减少或消除裂纹的重要因素之一；自蔓燃过程所产生的氧化还原反应产物在铸管内表面形成的沉积层也产生压应力，与铸管凝固过程产生的内应力相平衡，也可减少或消除内表面裂纹。
另一方面，自蔓燃粉剂燃烧时，自身所产生的氧化还原反应产物随着型桶的高速旋转，使它们不断沉积在铸管内表面，逐渐形成一个沉积层，由于该沉积层是在铸管凝固过程沉积的，因此，与基体(即铸管表面)结合牢固。根据离心铸管的用途和自蔓燃剂的成分范围，选择不同的氧化物和还原剂为自蔓燃粉剂的组份，使之得到不同性质的沉积层，如耐磨沉积层、耐蚀沉积层等等。象含有FeAl2O4或TiAl2O4的沉积层，因FeAl2O4和TiAl2O4为尖晶石结构，具有优异的耐磨性性能，而含有Al2O3或SiO2.Al2O3的沉积层，是具有优异的耐蚀性和韧性。
本发明自蔓燃粉剂是专用于离心铸管成型的。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)、由于自蔓燃粉剂在燃烧过程在铸管腔体内持续产生高温，大大延缓凝固过程，显著降低内应力，以及铸管腔体内所形成的气体压力，也平衡铸管凝固过程所产生的收缩力，为此可消除铸管裂纹，提高产品的成品率。
(2)、可以使铸管内表面获得耐磨或耐蚀等性能良好的沉积层，提高铸管的使用寿命。
(3)、由于延缓了钢液的凝固结晶过程创造了良好的结晶条件，有利于提高铸管质量。
实施例
根据本发明所述的化学成分范围，配备了5批自蔓燃粉剂，其具体的化学成分如表1所示。将5批自蔓燃粉剂用于5种不同的离心铸管的成型过程，离心条件为G＝60。5批自蔓燃粉剂的粒度、5种离心铸管的钢种和尺寸规格如表2所示。采用喷射粉剂的喷枪，将5批不同组份的自蔓燃粉剂分别对应地喷射到刚停止浇铸的5种离心铸管中，喷射载体、载体压力、喷射离停止浇铸的时间和喷射持续时间如表3所示。铸管凝固后，对5种离心铸管的裂纹和内表面沉积层进行了检验，检验结果如表4所示。
为了对比，在5种离铸管成型过程中喷射自蔓燃粉剂的同时，在同样条件下还浇铸了2种离心铸管，但在成型过程中未喷射自蔓燃粉剂。
表1实施例自蔓燃剂的化学成分(重量％) 组份批号SiO2TiO2Fe2O3K2ONiO Al Ti Si 1 15 46 10 29 2 20 10 65 5 3 10 60 30 4 40 10 50 5 30 25 45
表2实施例自蔓燃粉剂粒度、离心铸管钢种及尺寸 参数批号自蔓燃剂粒度μm离心铸管钢种离心铸管尺寸本发明 1 ≤70 45号钢种X200×2000 2 ≤70 45号钢种X400×2000 3 ≤70 45号钢种X400×1000 4 ≤70 45号钢种X200×1500 5 ≤70 45号钢种X200×200对比例 6 45号钢种X200×2000 7 45号钢种X400×2000
表3实施例喷射自蔓燃粉剂起始时间、持续时间、载体及其压力 参数批号自蔓燃粉剂载体载体压力 MPa距停止浇铸的起始喷射时间 秒喷射持续时间 1空气0.4 15 30 2空气0.4 8 40 3空气0.5 25 40 4空气0.3 35 30 5空气0.4 8 30
表4实施例离心铸管质量检验结果 参数批号内表面裂纹数 (条)沉积层与内表面结合情况(肉眼观察和锤击)本发明 1 无结合好，无剥落 2 无结合好，无剥落 3 无结合稍差，无剥落 4 无结合差有少许剥落 5 无结合好无剥落对比例 6少许裂纹结合差有剥落 7少许裂纹结合差有剥落