离心雾化法生产铸钢丸工艺优化

1、离心雾化法生产铸钢丸工艺优化全欣二尹建国2,刘岳杨振宏2(i.山东省劳动职业技术学院. 山东济南250022；2.山东开泰抛丸机械股份，山东滨州256217)摘 要采用理论分析和试验研究相结合的方法.本文分析了离心雾化法生产铸钢丸时其好的 形成机理，疥突了离心雾化法工艺参数对传铜丸粒径分布就倬的影电机制，并对有心霁化法生产传钢丸 的工艺进行了优化.结果说明：经工艺优化后制得镑钢丸的空心技陷宰明显就少，有效应用检径范fi内 的铸钢丸分布更集中.提高了生产效率。关堆词传钢丸；离心穿化；工艺优化；空心块昭率中图分类号tg234.4文航标识码a引b铸钢丸作为一种优质的金属磨料,广泛应用 于汽车、铁路机

2、车、飞机、桥梁、集装箱、钢结 构等行业的金届外表的滑理及强化山随者我国 工业化进程的加快.铸钢丸的需求虽和应用范围 越来越大，对钙钢丸质虽和性能的要求也在不断 提高。射传统的生产工z和设备进行优化和更新 已成为每钢丸行业研究的巫点同其它制备铸钢 丸方法相比拟，雾化法具有粒度分布集中、圆整 度好、生产效率高等优点，已成为制备铸钢丸的 主要方法之一。李会平等基于高速平面离心转 盘.应用外表波理论对膜状分裂区的笄化液滴进 行了预测。张春明等'进行了水射流冲击法制备 饬钢丸的.艺研究.对金同液出口装置.金风液 和水流的取向关系进行优化，降低r传钢丸的空 心率，提高了生产效率。eissa m等用

3、分析了离 心务化法制备了待钢丸粒度的影响因素马杰等文章编号1c06-7523 (202x) 01-0106-05通过旋转锥离心雾化法制备了钓钢丸,分析了工 之参数与旋转盘转速.金皿液甩出时液滴半径之 间的关系。ii前大多数的研究主要集中在低焰点金域1. 高速旋转的平而转盘离心务化，而针对高熔点金 属在低转速离心雾化的研究较少。本文结合实际 生产.通过分析离心雾化法制备高始点金屈铸 钢丸时工艺参数对粒度和孔洞缺陷分布的影响观 律,探讨铸钢丸欲陷的形成机理.以优化离心笄 化铸钢丸的生产工艺。一、离心雾化法装置(作者筲介仝欣(1971.1-).女.学士.山东肖劳动业技术学诂 尹瑚. 9.学七，山东开

4、泰摊丸机慎股份 有隈公司；5«&( 1962.11).男,工程硕上山东开辩ttt丸以皿份'洒讯 物振宏(1971.11).工程硕士. 山东开春搏凡机饿股份有pr公司.金缄i程飨.1旅-105-离心雾化法是将高心力作用于溶融的金国液 体，在体心力的作力下金团下液从溶转圆盘的边 缘被抛出，在空中快速的冷却、固化，在到达冷 水池前已成型离心雾化法制取铸钢丸的粒度分 布范囹窄、外形圆挨气孔率低、金属液出丸率高, 不需再经筋选去除异形铸钢丸.可筒化生产t.序.目前已得到广泛的应用一实际生产中所采用的离心雾化法装置原理图 如图1所示其成廿艺的流程为:金属溶 浇注杯落入高速旋转的离

5、心圆盘内，在离心力的 作用下沿高心圆盘上的流带抛出并分散成液滴落 入水中冷却“影响偌钢丸粒度及质缺的主要参数 为：金屈溶液流ht、离心留盘的直径及转速.金 属溶液抛出口的尺寸、浇注的高度及落水的高度二、铸钢丸缺陷形成机理离心雾化法制备铸钢丸的过程中受工艺参 数和原料成分组成的限制，不可防止的会产生某 些缺陷.如：淬火裂纹、爆孔、气孔以及夹杂物等, 从而降低体钢丸致密度，影响佑钢丸的欧文寿命。澎心雾化浇注过程中，由于金质液滴入冷却 水池前尚未凝困完全，处于高温状态，金届液浦 落入水池后在水流的冲击作用下，山表及里快速 冷却并发生剧烈的相变，当伴随产生的组织应 力和热应力之和超过了材料的强度极限时

6、.将导 致铸钢丸产生淬火裂纹。同时,液滴在水流的冲 击下，会产生旋转，使液滴去面各局部与水流充 分接触，使得液滴由去及里的凝固速度均衡，但 传钢丸在凝固时外表和心部冷却速度不同，外表 首先凝固.然后奥氏体树枝品向悼钢丸中心生长, 当树枝品接触后，阻止了金局液对心部的补缩, 金展液的收缩和凝固会使铮钢丸中心部位出现一 个或儿个相对较大的孔泥.即缩孔。铸钢丸的原材料多来源于废钢.通常是多种 废钢混合溶炼,浇注过程中金厦液滴与夹杂物同 时冷却，不可防止的在钙钢丸内部形成仟类夹杂 物而且在常压下溶炼过程中.钢液总是同大 气接触.除了以外.还有可能与hz、hq、 阳、co-等气体接触。特别是凡和区不仅能

7、溶 解于金属液中，还存在于凝固后的固体碍钢丸中。 随着金姐液温度的降低，机、其的溶解度也会随 之政小，在接近凝固温度范围时.液相中的溶解 度要远大于固相中的溶解度气体以分子态析出， 残阴在铸钢丸内部,成为镑钢丸内的气孔°三、生产试验及工艺优化1.生产试验在hq高碳铸钢丸自动生产线上进行工程 试典.相关工艺参数如下：共浇注3炉次.各 炉次金制液元素质扯百分比见表1.储液钢包 的金贝溶液址为loookg,金属液浇注温度为 1540 1600%；.转盘转速度分别为800r/min. 900r/min. looor/min . 1050r/min» 11 oor/min, looo

8、kg金属溶液歆的浇注时间分别为100s、 150s、 180s、 200s表1金属液元来成分质量百分敬二%)炉次csivnsp10.840s50.0)0.0200.02320,明0疏0.660.0250例30.900.620.690.0250.0302.始果分析在金域液浇注过程中，从水池同位置(距 出液口距离约3.0m )每间隔«j5min从水池内垠 样一次，经枯燥处理后，记录钢丸总数，用孔径 分别为 6、8. 10、12、14、16、18、24 和 30 目 的筛子对其进行筛分,随后将钢丸砸碎.记录 空心钢丸数孔洞直径大于0.1mm的钢丸视为空 心丸:将具有孔洞缺陷的钢丸制成样品,

9、采用 hitachi x-650型扫描电子显微镜(sen1)猊察断 口形貌:(1 )转速对铸钢丸液粒径的彰响。1580°c 浇注温度下离心圆盘转速分别为800rpm、 900rpm. iooorpm. hoorpm时的佑钢丸粒度分 布曲线如图2所示。由图2可以而出，随看转速的增加.铸钢丸的平均粒径逐渐成小.且其分布 曲线也随之向粒度更小的方向偏移&101320 2s 30 >b w 佑rift图2 1580 p浇注时不同转速下锈钢丸枚度分布曲线(2)浇注流域对传钢丸粒径的影响图3所 示为158ctc浇注温度下，浇注时间分别为loos、 150s. 180s. 200s时

10、的铸钢丸粒度分布曲莉。由 图3可以看出，随着浇注时间的增加.浇注流借 随之祓小，离心雾化钢丸的平均粒径逐渐m小。 同时随着浇注流址的跛小.粒径小的铸钢丸的 质量分数逐渐增加.而粒径大的铸钢丸的质扯分 数随之减小.即随卷浇注流量的增加,钢丸的粒 径逐渐增加。5 m 153)» <iii k图3 1580°c浇注时不同浇注量时饬钢丸粒度分布曲线(3)浇注温jft对铸钢丸粒径的影响,图4所 示浇注时间为1805时，浇注温度分别为1540x 1580t、1600y的铸钢丸粒度分布曲线 由图4 可以看出，随假设温度的升高.铸钢丸的平均粒径 逐渐减小 同时.随着温度的升高，传钢丸

11、的粒 径分布曲线逐渐的向粒径较小的方向移动.即粒 径较小的铸钢丸占的质量分数逐渐减小.粒径较 大的铸钢丸的质虽分数逐渐增加:这是因为随着 温度的升高，金同液的粘度逐渐减小，外表张力 也随之激小.在外在条件相同的条件下可以破碎 成更小的液滴，从而所得怖钢丸的平灼粒径站更 小。8!15 z0 2s w »«41图4浇注时何为180s时不同浇注温度下铸钢丸段度分布曲线3,工艺优化以上铸钢丸缺陷形成机理及钙钢丸粒径影响 因素分析说明：不同的工艺条件对高心雾化碍钢 丸的粒径都右一定程度的影响.其中离心圆欧的 转速的影响最大.离心圆盘的转速越大，其平均 粒径越小，反之.那么越大。金屈液

12、的浇注流kt对 铸钢丸粒度的踱响较小.在一定的范囹内,随假设 浇注流量的增加.离心笄化铸钢丸的平均粒径缓 慢增大，浇注沮度在一定程度上影响着离心雾化 传钢丸的粒径分布.过热度越大，那么离心雾化佑 钢丸得的平均粒径越小，反之越大:，此外,随着浇注时间的延k,直径小于1.2 mm碍钢丸所占比例呈现减小的趋界，即生产初 期离心力对金域液的破碎效果明显优于后期,在 浇注后期都有空心率增加的的势这是因为随假设 浇注过程的进行.浇注包内的金届液将产生一定 的热情损失.随假设金属液浇注温度的降低.m粘 度逐渐增大.在转盘离心力不变的情况下，导致 离心力对金版液的破碎效果逐渐降低而且，粒 度较大的传钢丸七要产

13、生于浇注过程的末期，而 较大粒径的钢丸产生空心的几率相对较般为此,对离心雾化生产铸钢丸的工艺进行优化：浇注温 度为1580.商心圆盘转速为loorpm,浇注时 间为180so工艺优化前后空心缺陷率随浇注时间 变化而变化曲线以及绍钢丸的粒度分布曲线分别 如图5和图6所示，由图5和图6所示看出,工 艺优化后铸钢丸的空心缺陷率在浇注同期有明显 的降低.如图5所示。同时.工艺优化后的钢丸 粒度分布明显趋于集中.实际生产应用范围最广 的l2mm左右的钢丸所占比例更大,粒度分布趋 向集中化.如图6所示侦10 is 20253011图6工艺优化前后饬钢丸粒度分布曲线s m im un is im g 5 “

14、我i k 心 g>图5空心缺陷率随浇注时间变化而变化曲统四、结论高心秀化生产铸钢丸经工艺优化后，铸钢丸 在浇注同期空心缺陷率有所降低.实际生产应用 范用最广的粒径1.2mm左右的铸钢丸所占比例更 大.提高了生产效率.这说明工艺优化措施有效 可行。参考文献jhi ni£.刘长伟.朱丽虬 辛成.于海奴.捋钢丸制备工艺技术研亢现状|j|.4造.20xx,61(06)：507-514.|2|季会平.应用波理论预测坎转盘离心算化®!状分罢区的治东尺寸uj.粉末冶金工业,2006.2(10北17-21.13张4明 以文斌.水法；«取幼钢丸工艺优化jl热加工工艺.201(

15、x5)： 57-62.|4| eissa m, baramawy h. xbltar t. ikvdopwni i/ new grade of steel shots fcr casting cleaningl jj. steel73(2)29-76.151弓杰.王北玲.规转hi离心雾化制权试蟾ijl西安注筑科技大学学报.2000.394-306.optimization of manufacture process of cast steel shot by centrifugal atomizationquan xin',yin jian-guo:,liu yue',yan

16、g zhcn-hong2(1.shandong labor vocational and technical college. jinan 250022 «china；2.shandong kaitai shot blasting machinery co. ltd . binzhou 256217 . china )abstract: through a combination of theoretical analysis and model test method,the dcfcctsfbrmation mechanismof cast steel shotin the ce

17、ntrifugal atomization process was analysed. the influence mechanisms of centrifugal atomization parameterson the distribulion of cast steel shot size were studied. subsequently, the centrifugal atomi/ationtcchniquc proccdurcwas optimized. the results show thatjhc void defect ratcof cast steel shot is obviously reduced after process optimizaiion. and more concentrated distri