燒結機臺車體消失模鑄造

李靈奇,張建忠

（包頭市恒泰機械制造有限責任公司，內蒙古包頭 014040）

燒結廠燒結機臺車體屬大、中型設備。我公司生產的臺車體輪廓尺寸為4 180×1 500×460（mm），屬于較大型的臺車體。燒結車臺車體工作環境惡劣，同時受機械力和熱應力作用，而且車體溫度隨環境溫度周期性變化。因此要求臺車體必須用低S、P 球墨鑄鐵制造,材質為QT500-7，球鐵的機械性能和金相組織均作為驗收指標；如：球化率要求大于85%；機械性能則限制在一個嚴格的范圍，如：延伸率5%～10%;σb≥4 500 MPa;化學成分要求：S≤0.02%；其他C、Si、Mn、P 均作為驗收條件。

1 澆注位置確定

燒結機臺車主要由四道工字型大梁連接瓴塊端板構成，大梁之間用加強筋連接，構成抗彎強度較好的整體框架結構，端板上的軸端沿圓周布置了4 道加強筋，增加了端板的整體強度。另外配置有軸孔、游板槽等，臺車機體關于中心點平面坐標對稱，如圖l 所示。

輪廓尺寸為4 180 mm×1 500 mm×460 mm、主要壁厚30～40 mm，單件質量2 640 kg。工作時大梁上需要安裝耐熱鑄件、篦條構成柵狀篦縫，以滿足對爐料的燒結。

圖1 臺車體結構

臺車體雖然屬于較大型的球墨鑄鐵結構件，但壁厚相差不大，除四個軸端外，其余部分都較均勻，所以盡管結構收縮較大，但收縮速度相對較小，收縮分散，這樣在澆注過程中，后澆注的鐵液對先澆入的鐵液收縮有一個后補縮的作用。根據均衡凝固原則，澆注之后，靠澆注系統短時間的暢通補縮，之后靠漲縮自補。因此澆冒口系統的選擇，應有利于鐵液快速充型和熱解產物的充分順暢排出，保證鑄件合理的補縮效果，此外還要方便于干砂填充模型。將臺車體使用中的安裝位置翻轉180°作為澆注位置。這樣臺車體工字型梁下平面就可以直接放在刮平整的砂床上，大梁平面的平直度就能夠得到保證，同時關鍵部位的填砂，諸如軸孔、軸端下方等處也更加方便；另外適當增加大梁下平面的加工量，能夠將澆注過程中上浮匯集的夾渣、碳渣在加工之后徹底地去除,臺車體的內在質量得到了提高。因此鑄件工藝用內澆口直接由臺車體主梁平面引入,中間設8 個引氣冒口,僅在4 軸端柱體上各安置1 個壓邊冒口,壓邊量為10～12 mm。見臺車體消失模鑄造工藝簡圖2。

圖2 臺車體消失模鑄造工藝簡圖

根據鑄件的不同方位的尺寸公差要求，確定鑄造工藝參數如下。①收縮率：長度方向1.1%，寬度方向0.9%；②加工余量：上面13 mm，軸孔8 mm，下面、側面7 mm。

2 泡沫模樣制作

模樣成型采用EPS 板材切割下料的方式，白模選用密度18～22 g/L、粒徑4～5 mm 的EPS 板材，分3段制模。先用專用定位胎具組模方法制作兩端頭模樣，游板槽不鑄出，并保證軸孔等關鍵部位的尺寸精度。中間四道工字型大梁結構較長，必須采用專用仿形電熱絲切割機下料制成型材。然后采用專用的定位胎具進行模樣框架組接，以控制好模型的直線度和平行度。最后是大梁和兩端頭在定位胎具上進行粘接組裝，要求粘接定位準確，所有模型用冷膠粘接較為方便，便于保證尺寸精度。

3 涂料配制及涂刷

涂料是消失模鑄造工藝的關鍵之一，它處在高溫金屬液與泡沫模樣汽化作用的邊界，起到抵抗高溫鐵液沖刷、隔離型腔、排泄氣體、防止粘砂等多重作用，為了滿足大型臺車抗粘砂的要求。對于臺車體需配制兩種涂料,面層涂料涂1 遍，涂層厚0.5 mm（土狀石墨50%～55%,片狀石墨30%～35%,3%白乳液,1%CMC 作懸浮劑,水適量）；背層涂2 遍，涂層厚4 mm（用70～200 目石英粉100%，3%白乳液，2%CMC 和4%鈉基膨潤土作懸浮劑，水適量）。涂層分散的粒度在滿足涂料透氣性的同時又能達到良好的剪切強度，從而提高鑄件表面的光潔度。泡沫模樣上涂料并徹底烘干是防止鑄件粘砂、提高模型強度、防止變形的關鍵性措施，泡沫模樣在上涂料后濕態質量顯著增加，對于臺車模樣要固定在涂料槽中能夠垂直升降及旋轉的浸涂機可分離支架上，然后將模型下降到涂料液面以下進行浸涂，浸涂不充分的部位采用流涂和刷涂相結合的方法補涂，模樣在定形架上進烘干室烘干，待頭一遍涂料烘干后，把模樣與定形架固定在涂料機上，進行下一遍掛涂料操作，這樣可有效防止模樣變形及涂料層開裂[1]。最終涂層干燥后整體厚度控制在4 mm 左右，在滿足型腔透氣性的前提下，具有較高的強度，可有效地杜絕模型變形。

4 造型

由于臺車體EPS 模樣長度方向尺寸較大，中間框架部分壁厚相對較薄，為防止彎曲應嚴格按照工藝規程的要求進行全過程控制。除產品結構因素外EPS 模樣強度低也是極易引起變形的原因，雖然模樣在涂層干燥后強度顯著提高，但臺車體外形長度方向尺寸較大極易發生彎曲變形，因此在造型過程中應采取嚴格的措施防止白模變形。首先，模樣入箱后要與預制砂床吻合，而后采用雨淋加砂斗均勻加砂時，要保證模樣橫梁框架部分填砂量的均衡一致，不易振實的端頭柱內孔、端頭柱下方應手工預填充，每填200～300 mm 厚的砂層，需扒平砂面后進行振實，采用三維震實臺，激振力大于砂箱總質量的2倍，振幅控制在1 mm，每次振實時間1 min 左右，工作時振動要力求平穩。型砂選用內蒙古伊盟水洗圓顆粒石英砂，粒度集中在20～70 目，在具有較高的透氣性的同時也具備良好的填充性，適合大、中型球墨鑄鐵件的造型要求。

提供穩定的砂箱內部負壓是消失模鑄造澆注大型鑄件必要的條件。我公司采用的真空系統配備兩臺SK-20 真空泵并聯使用，2 個容積5 m3穩壓罐，1個3 m3除塵罐，能夠保證澆注過程中型腔所需的負壓度。

5 熔煉及澆注

5.1 熔煉

采用熔化率為3 t/h 中頻感應電爐冶煉,爐料采用Q10 生鐵、優質球鐵回爐料。鐵液成分見表1（w%）。

表1 鐵液成分 w%

爐前處理工藝為：球化劑用包鋼ReMg7-8 合金；加入量1.2%～1.6%，沖入法處理；孕育劑采用Si-Fe75，分2 次孕育處理。

熔化出爐溫度控制在1 430～1 460 ℃，澆注溫度控制在1 360～1 380 ℃，澆注質量為3.2 t。

5.2 澆注

采用頂注封閉式澆口，以便于實現泡沫快速平穩氣化，而且有利于熱解產物上浮到集渣冒口而去除，采用從大梁中間向2 端頭澆注，能夠有效地解決大型球鐵鑄件鐵液快速充型問題，杜絕了由于充型速度慢而造成的澆不足、冷隔等鑄造缺陷。

用水玻璃砂制作的大容積澆口箱坐在泡沫直澆道上并封閉嚴密，澆注過程中澆口箱始終存有鐵液可防止吸氣，對于保證砂箱內負壓很有效。初始真空度控制在-0.06～-0.07 MPa，澆注結束時真空度應不低于-0.03 MPa，澆注時間≤60 s。鑄件澆注效果基本滿足要求。月產球鐵臺車體20 臺，鑄件合格率可達到99%。

6 結論

球鐵燒結機臺車體用EPC 方法生產的優越性是利用了實型鑄造工藝中EPS 模實體原砂造型，無需起模直接澆注的特點，替代了粘土砂鑄造工藝復雜的組芯造型，克服了粘土砂鑄造型料需加粘接劑、需緊實，落砂清理費時費力的缺點,使消失模鑄造具有非常顯著的優越性。燒結機臺車采用消失模工藝生產，通過采用合理的工藝措施有效地控制了臺車體的彎曲變形,上表面有時由于EPS 模氣化不充分、C 當量偏高產生的碳黑及夾渣物也可通過機加工有效地去掉，易得到光潔的鑄件表面，以及無縮孔、氣孔、夾渣缺陷的內部組織結構，生產效率得到明顯地提高，且較粘土砂造型生產成本有所降低。因此用消失模鑄造工藝生產大型燒結機臺車是符合節能及環保的綠色工藝，具有顯著的經濟效益和社會效益。

[1]常征，劉占軍，賈國芳.大型燒結機臺車體消失模鑄造[J].鑄造技術,2008(9):85-87.

[2]傅駿,王新穎.燒結機臺車體的鑄造生產[J].鑄造技術,2011（8）：1186-1187.