本實用新型涉及工程設備技術領域，尤其是涉及一種高強度高耐磨性的鑄鋼卷筒的鑄造系統。

背景技術：

卷筒是大型起重設備、旋挖鉆和卷揚減速機的關鍵零部件之一，由于承重的鋼絲繩直接纏繞在卷筒上，卷筒直接承受起吊載荷，其質量優劣對起重設備、旋挖鉆和卷揚減速機的安全運行有著至關重要的影響。隨著現代工程的發展趨向大型化，工程機械行業大型或超大型起重設備、鉆孔設備和卷揚減速機的應用越來越廣泛，起吊的重量和揚程均大幅度增加。例如：超大型起重設備的起吊重量已達到幾千噸；超大型卷揚機的揚程達到了數百米。因此，對卷筒的材質及其制備方法提出了更高的要求。

目前，現有卷筒有鑄鋼材質卷筒，但是該鑄鋼卷筒的綜合力學性能不太理想，尤其是強度與耐磨性隨著科技進步，越來越不能滿足實際工程需要。

因此，如何提供一種具有高強度高耐磨性的，且適用于大型或超大型起重設備、旋挖鉆以及卷揚減速機的鑄鋼卷筒是目前本領域技術人員亟需解決的技術問題。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種高強度高耐磨性的鑄鋼卷筒的鑄造系統，該鑄造系統產出的鑄鋼卷筒具有較高的強度和較高的耐磨性，且能夠適用于大型或超大型起重設備、旋挖鉆以及卷揚減速機。

為解決上述的技術問題，本實用新型提供的技術方案為：

一種高強度高耐磨性的鑄鋼卷筒的鑄造系統，所述卷筒包括空心筒狀的卷筒本體、上擋盤、下擋盤以及位于卷筒本體一端內側的楔子孔部，包括卷筒模樣、澆道系統模樣、能夠密閉的第一箱體、上升液管、真空抽吸管、填砂、能夠密閉的第二箱體、用于盛裝鋼水的開口容器；

所述卷筒模樣以及澆道系統模樣為注塑成型的無規共聚聚丙烯塑料材質；

所述卷筒模樣與所述澆道系統模樣通過粘結連接成一體，所述澆道系統模樣粘結在所述卷筒模樣的底面上，以得到包括所述卷筒模樣以及澆道系統模樣的模樣一體件；

所述模樣一體件以立式放置于所述第一箱體內；

所述上升液管穿過且固定在所述第一箱體的下箱底上，所述澆道系統模樣的自由端下端面與所述上升液管的上端開口對接，且所述澆道系統模樣的自由端下端面完全遮蓋所述上升液管的上端開口，所述上升液管與所述第一箱體下箱底的連接處為密封連接；

所述真空抽吸管穿過且固定在所述第一箱體的側箱壁上，所述真空抽吸管的一端與所述模樣一體件間隔一定距離，所述真空抽吸管的另一端露在所述第一箱體的外面且與真空系統連通，所述真空抽吸管與所述第一箱體側箱壁的連接處為密封連接；

所述填砂壓緊充實在所述第一箱體內的剩余空間以得到砂型；

所述開口容器放置在一個密閉的第二箱體內，且所述上升液管的下端穿過所述第二箱體的頂箱蓋浸入所述開口容器中的鋼水中，所述上升液管與所述第二箱體的連接處為密封連接；

所述第二箱體的箱壁上設置有帶壓氣體入口，所述帶壓氣體入口與帶壓氣體氣源連通。

優選的，還包括設置于所述模樣一體件的外圍以環繞所述模樣一體件的方式從上到下鋪設的多個冷卻盤管，每個所述冷卻盤管具有各自獨立的進口與出口，每個所述冷卻盤管與所述模樣一體件外壁的間距大小可以調節以控制鋼水的凝固過程。

優選的，還包括設置于所述模樣一體件的內部空心處從上到下鋪設的多個冷卻盤管，每個冷卻盤管具有各自獨立的進口與出口，每個所述冷卻盤管與所述模樣一體件內壁的間距大小可以調節以控制鋼水的凝固過程。

本實用新型提供了一種高強度高耐磨性的鑄鋼卷筒的鑄造系統，相比于卷筒的傳統砂型鑄造方法，本實用新型具有以下有益的技術效果：

1)原本砂型鑄造中，卷筒模樣多采用木模，制好砂型后，還要取出木模，為了取 出木模，需要做一些專門的設計，例如：砂型至少為兩層以利于后期取出木模，木模需要制作起模斜度以方便后期取出木模，等等，鑄造成型后，還要機加工去除鑄件上的起模斜度，費時費力，增加了生產成本，降低了生產效率，為此，本實用新型采用塑料模樣，由于塑料模樣在接觸到高溫的鋼水的時候很容易氣化，變成氣體被真空系統抽走，只留下一個與卷筒結構外形相似的砂型型腔，因此，本實用新型中，砂型不用設置分型面，整個砂箱是一個完整的砂箱，也不用設置起模斜度，也不用設置對應于卷筒本體的空心腔處的型芯等等，將上述的模樣一體件直接埋在填砂中就可以，省時省力，節省成本，提高了效率。

2)本實用新型采用注塑成型，強調采用非泡沫成型工藝，成型后得到的模樣比泡沫塑料具有更高的密度與強度，可以承受后面壓實填砂的過程中較大的壓實力，而不至于使得卷筒模樣以及澆鑄系統模樣出現變形，而泡沫塑料在該壓實力下很容易變形。

3)原有砂型鑄造中熔液從上往下充型，而砂型中的氣體從下往上運動，使得氣體被熔液壓住，不易從砂型逸出的問題，造成了砂型鑄造中嚴重的卷氣與氣孔問題，為此，本實用新型中，將模樣一體件立式安放在砂型中，且所述澆道系統模樣粘結在所述卷筒模樣的底面上，使得鋼水是從下往上充型，模樣一體件是從下往上氣化，氣化后的氣體也是從下往上運動，三者的方向是一致的，從而避免了上述的卷氣與氣孔問題。

4)現今的砂型鑄造，鑄件都是自然冷卻，凝固后得到的鑄件組織是什么樣子就是什么樣子，完全沒有受到有目的控制，是一種完全無控的冷卻凝固，得到的凝固組織多存在偏析、縮孔、縮松、冷隔、晶粒粗大等缺陷，嚴重影響了鑄件的力學性能，為此，本實用新型，在砂型中預先埋入冷卻盤管，通過控制多個冷卻盤管與所述卷筒模樣外壁的間距大小控制鋼水的凝固過程，通過控制多個冷卻盤管與所述卷筒模樣內壁的間距大小控制鋼水的凝固過程，且選擇合適的開始供給冷卻介質的時機，且控制多個冷卻盤管中開始供給冷卻介質的前后順序，且控制每個冷卻盤管中相應的冷卻介質流量與壓力，以實現對鑄鋼卷筒進行強制冷卻凝固，提高冷卻速速，以抑制晶粒長大，得到細化晶粒，通過細晶強化顯著地提高了鑄件的強度、韌性以及耐磨性等力學性能，以及實現從上到 下的順序凝固，鑄件的上部先冷卻，然后逐漸向下凝固，然后鑄件的底部凝固，最后是澆鑄系統凝固，顯著減少了原有砂型鑄造中的縮孔、縮松以及冷隔問題，提高了鑄件質量。由于第一箱體中砂型具有較大的透氣性，塑料氣化后的氣體以及充型過程中外界進入密閉的第一箱體內的空氣會在第一箱體內流動，作為一種傳熱介質，通過流動將充型鋼水的熱量傳遞給冷卻盤管中的冷卻介質，實現上述冷卻盤管的強制冷卻作用，提高鑄件的組織性能。

5)傳統砂型鑄造中，熔液完全是憑借自身的重力流動充型，很容易出現澆不足、冷隔、縮孔、縮松等問題，為此，本實用新型，采用帶壓氣體的壓力以及真空的抽吸力共同作用將鋼水注滿整個砂型型腔，并在完全凝固前，保持吹送氣體與抽真空，使得鋼水始終以一個壓力注滿砂型型腔，并隨之冷卻，顯著地減少了澆不足、冷隔、縮孔、縮松等質量問題。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例提供的卷筒的主視圖；

圖2為圖1的后視圖；

圖3為圖1的中心剖面結構視圖；

圖4為圖3中的A-A面剖面視圖；

圖5為圖3中的B-B面剖面視圖；

圖中：1卷筒，101卷筒本體，102上擋盤，103下擋盤，104楔子孔部。

具體實施方式

為了進一步理解本實用新型，下面結合實施例對本實用新型優選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是進一步說明本實用新型的特征及優點，而不是對本實用新型權利要求的限制。

現今，鑄鋼卷筒多采用砂型鑄造方法成型，但多存在一些問題，為此，本實用新型提供了一種高強度高耐磨性的鑄鋼卷筒的鑄造系統包括卷筒模樣、澆道系統模樣、能夠 密閉的第一箱體、上升液管、真空抽吸管、填砂、能夠密閉的第二箱體、用于盛裝鋼水的開口容器；

所述卷筒1包括空心筒狀的卷筒本體101、上擋盤102、下擋盤103以及位于卷筒本體一端內側的楔子孔部104；

所述卷筒模樣以及澆道系統模樣為注塑成型的無規共聚聚丙烯塑料材質；

所述卷筒模樣與所述澆道系統模樣通過粘結連接成一體，所述澆道系統模樣粘結在所述卷筒模樣的底面上，以得到包括所述卷筒模樣以及澆道系統模樣的模樣一體件；

所述模樣一體件以立式放置于所述第一箱體內；

所述上升液管穿過且固定在所述第一箱體的下箱底上，所述澆道系統模樣的自由端下端面與所述上升液管的上端開口對接，且所述澆道系統模樣的自由端下端面完全遮蓋所述上升液管的上端開口，所述上升液管與所述第一箱體下箱底的連接處為密封連接；

所述真空抽吸管穿過且固定在所述第一箱體的側箱壁上，所述真空抽吸管的一端與所述模樣一體件間隔一定距離，所述真空抽吸管的另一端露在所述第一箱體的外面且與真空系統連通，所述真空抽吸管與所述第一箱體側箱壁的連接處為密封連接；

所述填砂壓緊充實在所述第一箱體內的剩余空間以得到砂型；

所述開口容器放置在一個密閉的第二箱體內，且所述上升液管的下端穿過所述第二箱體的頂箱蓋浸入所述開口容器中的鋼水中，所述上升液管與所述第二箱體的連接處為密封連接；

所述第二箱體的箱壁上設置有帶壓氣體入口，所述帶壓氣體入口與帶壓氣體氣源連通。

在本實用新型的一個實施例中，上述鑄造系統還包括設置于所述模樣一體件的外圍以環繞所述模樣一體件的方式從上到下鋪設的多個冷卻盤管，每個所述冷卻盤管具有各自獨立的進口與出口，每個所述冷卻盤管與所述模樣一體件外壁的間距大小可以調節以控制鋼水的凝固過程。

在本實用新型的一個實施例中，上述鑄造系統還包括設置于所述模樣一體件的內部 空心處從上到下鋪設的多個冷卻盤管，每個冷卻盤管具有各自獨立的進口與出口，每個所述冷卻盤管與所述模樣一體件內壁的間距大小可以調節以控制鋼水的凝固過程。

本實用新型提供的上述的鑄鋼卷筒的鑄造系統的運轉方法，包括以下步驟：

1)制取卷筒模樣：

如圖1—圖5所示，所述卷筒1包括空心筒狀的卷筒本體101、上擋盤102、下擋盤103以及位于卷筒本體101一端內側的楔子孔部104；楔子孔部104包括一個壁厚較大但空心內徑較小的空心腔；

將無規共聚聚丙烯塑料通過注塑成型方法制取卷筒模樣；上述的卷筒模樣與其真實物的外形結構相似，只是存在補償鑄件凝固過程中收縮率的放大比例，且不存在傳統砂型鑄造中的起模斜度；

將無規共聚聚丙烯塑料通過注塑成型方法制取澆道系統模樣；優選的，澆道系統模樣為實心豎直柱狀；

將所述卷筒模樣與所述澆道系統模樣通過粘結連接成一體，所述澆道系統模樣粘結在所述卷筒模樣的底面上，得到包括所述卷筒模樣以及澆道系統模樣的模樣一體件；優選的，通過熱熔膠粘結連接；

上述的無規共聚聚丙烯塑料為以無規共聚聚丙烯為主，添加穩定劑、潤滑劑、增塑劑等制成的塑料。本實用新型對上述無規共聚聚丙烯塑料的配方沒有特殊限制，采用本技術領域內的常規配方即可；

本實用新型采用注塑成型，強調采用非泡沫成型工藝，成型后得到的模樣比泡沫塑料具有更高的密度與強度，可以承受后面壓實填砂的過程中較大的壓實力，而不至于使得卷筒模樣以及澆鑄系統模樣出現變形，而泡沫塑料在該壓實力下很容易變形；

原本砂型鑄造中，卷筒模樣多采用木模，制好砂型后，還要取出木模，為了取出木模，需要做一些專門的設計，例如：砂型至少為兩層以利于后期取出木模，木模需要制作起模斜度以方便后期取出木模，等等，鑄造成型后，還要機加工去除鑄件上的起模斜度，費時費力，增加了生產成本，降低了生產效率，為此，本實用新型采用塑料模樣， 由于塑料模樣在接觸到高溫的鋼水的時候很容易氣化，變成氣體被真空系統抽走，只留下一個與卷筒結構外形相似的砂型型腔，因此，本實用新型中，砂型不用設置分型面，整個砂箱是一個完整的砂箱，也不用設置起模斜度，也不用設置對應于卷筒本體101的空心腔處的型芯等等，將上述的模樣一體件直接埋在填砂中就可以，省時省力，節省成本，提高了效率；

2)取一個第一箱體，將步驟1)中的模樣一體件以立式放置于所述第一箱體內；

原有砂型鑄造中熔液從上往下充型，而砂型中的氣體從下往上運動，使得氣體被熔液壓住，不易從砂型逸出的問題，造成了砂型鑄造中嚴重的卷氣與氣孔問題，為此，本實用新型中，將模樣一體件立式安放在砂型中，且所述澆道系統模樣粘結在所述卷筒模樣的底面上，使得鋼水是從下往上充型，模樣一體件是從下往上氣化，氣化后的氣體也是從下往上運動，三者的方向是一致的，從而避免了上述的卷氣與氣孔問題；

然后在所述模樣一體件的外圍以環繞所述模樣一體件的方式從上到下鋪設多個冷卻盤管，每個冷卻盤管具有各自獨立的進口與出口，通過控制多個冷卻盤管與所述模樣一體件外壁的間距大小控制鋼水的凝固過程；

然后在所述模樣一體件的內部空心處從上到下鋪設多個冷卻盤管，每個冷卻盤管具有各自獨立的進口與出口，通過控制多個冷卻盤管與所述模樣一體件內壁的間距大小控制鋼水的凝固過程；

現今的砂型鑄造，鑄件都是自然冷卻，凝固后得到的鑄件組織是什么樣子就是什么樣子，完全沒有受到有目的控制，是一種完全無控的冷卻凝固，得到的凝固組織多存在偏析、縮孔、縮松、冷隔、晶粒粗大等缺陷，嚴重影響了鑄件的力學性能，為此，本實用新型，在砂型中預先埋入冷卻盤管，通過控制多個冷卻盤管與所述卷筒模樣外壁的間距大小控制鋼水的凝固過程，通過控制多個冷卻盤管與所述卷筒模樣內壁的間距大小控制鋼水的凝固過程，且選擇合適的開始供給冷卻介質的時機，且控制多個冷卻盤管中開始供給冷卻介質的前后順序，且控制每個冷卻盤管中相應的冷卻介質流量與壓力，以實現對鑄鋼卷筒進行強制冷卻凝固，提高冷卻速速，以抑制晶粒長大，得到細化晶粒，通 過細晶強化顯著地提高了鑄件的強度、韌性以及耐磨性等力學性能，以及實現從上到下的順序凝固，鑄件的上部先冷卻，然后逐漸向下凝固，然后鑄件的底部凝固，最后是澆鑄系統凝固，顯著減少了原有砂型鑄造中的縮孔、縮松以及冷隔問題，提高了鑄件質量；由于第一箱體中砂型具有較大的透氣性，塑料氣化后的氣體以及充型過程中外界進入密閉的第一箱體內的空氣會在第一箱體內流動，作為一種傳熱介質，通過流動將充型鋼水的熱量傳遞給冷卻盤管中的冷卻介質，實現上述冷卻盤管的強制冷卻作用，提高鑄件的組織性能；

然后設置上升液管，所述上升液管穿過且固定在所述第一箱體的下箱底上，所述澆道系統模樣的自由端下端面與所述上升液管的上端開口對接，且所述澆道系統模樣的自由端下端面完全遮蓋所述上升液管的上端開口，密封所述上升液管與所述第一箱體下箱底的連接處；

然后設置真空抽吸管，所述真空抽吸管穿過且固定在所述第一箱體的側箱壁上，所述真空抽吸管的一端與所述模樣一體件間隔一定距離，所述真空抽吸管的另一端露在所述第一箱體的外面且與真空系統連通，密封所述真空抽吸管與所述第一箱體側箱壁的連接處；

然后向所述第一箱體內填砂，然后壓實，得到砂型；該砂型與傳統砂型鑄造過程中的砂型的用砂種類、制作方法等等相同，本實用新型對此沒有特殊限制，采用現有技術中的即可；

然后密封整個所述第一箱體以配合上述的真空系統抽取真空；此處的真空意指整個第一箱體內都是負壓真空，由于本實用新型采用傳統砂型鑄造中的砂型，該砂型具有較高的透氣性，可以使得上述的塑料氣體以及原本的空氣流通，并最終通過真空抽吸管被真空系統抽走；

3)冶煉鋼水，得到上述的鋼水，然后將鋼水用開口容器盛裝；

4)將步驟3)中的開口容器放置在一個密閉的第二箱體內，且使得所述上升液管的下端穿過所述第二箱體的頂箱蓋浸入所述開口容器中的鋼水中，密封所述上升液管與所 述第二箱體的連接處；

5)向所述第二箱體內吹送帶壓氣體，同時，開啟真空系統制取真空，開口容器內的鋼水在帶壓氣體的壓力以及真空的抽吸力的作用下，沿上升液管流動進入砂型的型腔中，鋼水從下往上充型，先把澆道系統模樣與卷筒模樣氣化，直至開口容器內的液面不再下降表明鋼水注滿整個砂型型腔，氣化后的氣體通過真空抽吸管被真空系統抽走，然后保持吹送氣體與抽真空，直至砂型型腔內的鋼水凝固；

傳統砂型鑄造中，熔液完全是憑借自身的重力流動充型，很容易出現澆不足、冷隔、縮孔、縮松等問題，為此，本實用新型，采用帶壓氣體的壓力以及真空的抽吸力共同作用將鋼水注滿整個砂型型腔，并在完全凝固前，保持吹送氣體與抽真空，使得鋼水始終以一個壓力注滿砂型型腔，并隨之冷卻，顯著地減少了澆不足、冷隔、縮孔、縮松等質量問題；

當開口容器內的液面不再下降后，從上到下依次向每個冷卻盤管中供給冷卻介質以對鑄鋼卷筒進行冷卻凝固以及實現從上到下的順序凝固，優選的，冷卻介質為水；

6)當最下方的冷卻盤管的進口處與出口處的冷卻介質的溫差小于3℃后，停止吹送帶壓氣體以及抽真空，然后將所述上升液管從所述第二箱體中抽出，然后拆開所述第一箱體，然后破除砂型，敲掉所述型殼，得到鑄鋼卷筒；然后繼續后續的處理，例如熱處理；

傳統的砂型鑄造中，什么時候開箱全憑個人經驗，容易判斷失誤，而本實用新型以最下方的冷卻盤管的進口處與出口處的冷卻介質的溫差作為開箱判斷標準，當該溫差小于3℃后，表明鑄件的底部的溫度已降至較低，可以開箱，提供了一種從無到有的、且更為直觀方便的判斷方法。

以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以對本實用新型進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本實用新型權利要求的保護范圍內。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新型。對于這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說是顯而易見的，本文所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬范圍。