大口徑涂料法水冷金屬型離心鑄管機的設計

習 杰（新興河北工程技術有限公司，河北邯鄲市 056017）

大口徑涂料法水冷金屬型離心鑄管機的設計

習 杰（新興河北工程技術有限公司，河北邯鄲市 056017）

主要介紹了DN1000mm以上大口徑球墨鑄鐵管采用涂料法水冷金屬型工藝生產時，離心鑄管機的設計原理及方法。

球墨鑄鐵管；熱模法；水冷金屬型；涂料法；離心鑄管機

球墨鑄鐵管的生產工藝通常有兩種方法：熱模法和水冷金屬型。傳統大口徑球墨鑄鐵管的生產工藝一般采用熱模法。采用熱模法生產球墨鑄鐵管，鑄鐵管產品直徑不受限制，既適于生產小直徑鑄鐵管，也適用于生產DN1000mm以上的球墨鑄鐵管，但其不足之處是生產采用半自動化控制，生產節奏較慢，鑄造的球墨鑄鐵管外表質量較差，內壁容易出現龜紋，同時鑄態球墨鑄鐵管的伸長率較退火球墨鑄鐵管低，一般為5%左右。水冷金屬型離心鑄造工藝一般均采用自動控制，生產過程的自動化水平高，單機生產率高，適用于成批大量生產的中小直徑球墨鑄鐵管，這種工藝方法生產的鑄管表面質量高，內部缺陷少，其缺點是離心機結構較復雜，造價較高，鑄型（管模）壽命短，一般使用次數為3000～5000支。

鑒于兩種工藝方法各自的優缺點，我們在確定DN1000～1400mm離心鑄造機設計方案時，進行了充分的研究論證，在原有離心鑄造裝備和多年生產經驗的基礎上進行大膽嘗試，采用了兩種工藝原理相結合的方法，揚長避短，最終設計出新型工藝的大口徑水冷金屬型離心鑄管機，并成功投入生產使用。

1 概述

DN1000～1400mm離心鑄管機采用了涂料法水冷金屬型工藝（半水冷半熱模法）。工作原理與中、小口徑水冷金屬型離心鑄管機基本相似，但在工藝及裝備上有重大突破和創新：生產工藝上，在澆注前采用了熱模法的噴涂料工藝，從而有效延長了管模使用壽命；在鑄造裝備上，改變了傳統的承口支承機構，在保證鑄鐵管模旋轉精度的基礎上，降低了生產成本，同時，更便于更換不同規格管模；另外，為防止生產出的大口徑鑄鐵管變形的問題，在出管時采用了雙向托輪接管的機構設計；在工藝布局上，由于解決了大口徑鑄鐵管的變形問題，在工位的選擇上采用了占地小、布置緊湊、生產節奏快的二工位布局。

DN1000～1400mm離心鑄管機的工藝流程為：噴涂料—澆注—拔管—接管—專用吊具運管至無驅動軌道。裝備主體包括澆注裝置、離心主機、拔管車、接管機構四大部分，實現了從澆注到運管的連續快節奏生產。

2 工藝及裝備簡介

大口徑離心鑄管機裝備（≥DN1000mm）的設計具有以下幾方面的難點：

（1）如何提高工作效率；

（2）如何防止大口徑鑄管橢圓變形；

（3）如何提高管模壽命，從而降低生產成本；

（4）降低設備制造成本。

為解決這幾方面的問題，我們深入生產現場，并進行了跟蹤試驗，同時進行了大量周密、詳謹的計算。首先為解決工作效率的問題，在此次設計中采用了二工位的水冷金屬型整體布局；為了提高管模壽命，采用了在管模內噴涂保護性涂料的工藝；為防止鑄管變形，在結構設計中保證了鑄鐵管始終處于旋轉冷卻狀態；為降低設備制造成本，在承口的關鍵部位進行了技術創新。

2.1 整機二工位布局

傳統的中口徑（DN700～1000mm）水冷金屬型離心鑄管機都采用三工位布置，即澆注、主機行走、拔管各占一個工位，其目的是防止各工位在生產節拍間的互相干涉，但缺陷是占地空間較大（≥三倍鑄鐵管長），生產效率較低（為防變形，鑄管必須旋轉冷卻，較長時間占用拔管工位）。此次設計采用了二工位布局來彌補以上缺陷。

2.2 噴涂料工藝

因為水冷金屬型工藝在澆注瞬間管模內壁溫度可能達到800～900℃，而外壁溫度與冷卻水溫度相當；加上生產效率高，管模斷面上將承受很大的熱應力，造成管模壽命低。為彌補這一缺陷，DN1000～1400mm離心鑄管機增添了噴涂料工藝，在不影響鑄鐵管外觀質量的情況下，可有效的起到保護管模的作用。

離心鑄管機拔管后，管模溫度達到150℃左右時，管模高速旋轉，啟動高壓無氣噴涂機，打開自動噴槍進行噴涂，離心機勻速行走，管模內噴涂50μm左右絕熱涂料（見圖2），然后進行澆注。

該工藝的技術要點在于涂料，由于該工藝管模溫度（150℃左右）比熱模法（200～300℃）低，為了確保球鐵管外表面不出氣體缺陷，對涂料配制及噴涂工藝作以下調整：

（1）耐火骨料用膨脹珍珠巖，有以下幾點益處：①同樣粘度情況下，加水量減少，膨脹珍珠巖比硅藻土吸水性小；②涂料懸浮性提高，膨脹珍珠巖的容重比硅藻土小；③膨脹珍珠巖涂層發氣量比硅藻土涂層小。

（2）添加涂料減水劑以降低加水量。

（3）噴涂采用高壓無氣噴涂，其優點如下：①霧化效果良好，涂層表面光潔；②涂料飛揚大大減小，降低有氣噴涂對環境的污染；③噴涂量較大，減少噴涂次數，從而降低噴涂對生產的影響；④噴涂過程易控制，受其他因素影響較小。

2.3 防止鑄鐵管橢圓變形機構

生產大口徑鑄鐵管，為防止熱態變形，要求鑄鐵管從拔離管模開始一直要處于旋轉冷卻狀態。在此次設計中，拔管鉗設計為旋轉式（圖3），在接管機構上設計了雙向運動托輪（使鑄管在前進過程中可做旋轉運動），見圖4，保證了鑄鐵管在拔出管模后，仍然處于旋轉狀態，不會橢圓變形。

2.4 新型的承口支承結構

傳統中、小口徑水冷金屬型離心鑄管機承口為球軸承定位設計，DN1400離心機承口直徑尺寸達到2500mm以上，若采用傳統結構設計則在軸承制造、定貨、維修等方面都有一定困難，裝備制造成本將大幅度增加。DN1000～1400離心鑄管機采用了擋輪軸向定位、托輪及壓輪徑向定位的機構型式，即保證了管模的旋轉精度，又降低裝備的制造成本，簡化的承口支承結構更便于調整規格和維修。

3 結束語

DN1000～1400涂料法水冷金屬型離心鑄管機的設計，打破了離心鑄管機設計的傳統工藝思路，對新型裝備技術進行了大膽有效的嘗試，并通過了生產實踐的考驗，投入使用后，產品合格率達到95%以上，生產效率達到8～12支/小時，它的設計成功是該行業自主研發的良好范例，為提高國內球墨鑄鐵管裝備的整體技術水平起到良好推動作用，同時達到了國外相關技術的同等水平。

[1]范英俊.離心球墨鑄鐵管工藝及裝備.北京：中國科學技術出版社，

Design of Centrifugal Casting M achine for Pipe of Large Scale S.G.Ductile Cast Iron

XI Jie
（Xinxing Hebei Engineering Technology Co.Ltd.，Handan 056017，Hebei China）

Design p rincip le and method of centrifugal casting machine for p roduction of p ipe of large scale s.g.ductile cast iron w ith DN1000mm and above by coated water cooled d ie centrifugal casting have been mainly introduced.

S.G.ductile cast iron p ipe；Heat die；Water cooled d ie；coated

TG233.3;

A；

1006－9658（2011）02－3

2010－12－16

2010－191

習杰（1973－），女，高級工程師，長期從事離心球墨鑄鐵管裝備的設計與研究，新裝備研發，鑄鐵管及管件標準化