超大型磨機(jī)端蓋鑄鋼件的制造工藝

馬進(jìn)，郭小強(qiáng)（共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川 750021）

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超大型磨機(jī)端蓋鑄鋼件的制造工藝

馬進(jìn)，郭小強(qiáng)
（共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川 750021）

摘要：超大型磨機(jī)端蓋鑄件的制造技術(shù)是大型礦山機(jī)械制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一，它反映了制造商核心競(jìng)爭(zhēng)能力和技術(shù)水平。本文主要介紹該類(lèi)產(chǎn)品鑄件的關(guān)鍵工序制造要點(diǎn)，包括鑄造工藝、冶煉工藝、造型工藝、熱處理工藝及焊接工藝的核心要點(diǎn)及控制要求。

關(guān)鍵詞：超大型磨機(jī)；端蓋；鑄鋼件；制造工藝

0　前言

礦山機(jī)械在經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展中占有十分重要的地位和作用，屬于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱行業(yè)。近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量越來(lái)越高[1],而礦山機(jī)械設(shè)備部件的80%由鑄件組成，這也間接對(duì)大型鑄鋼件尤其是高性能鑄鋼件提出了巨大的、高水平的需求，也給我國(guó)大型鑄鋼件行業(yè)帶來(lái)了更為廣闊的市場(chǎng)前景。

磨機(jī)作為傳統(tǒng)的粉磨設(shè)備，已經(jīng)有了100多年的歷史。它作為將固體物料細(xì)化制粉的重要設(shè)備，廣泛應(yīng)用于冶金、化工、水泥、陶瓷、建筑、電力、醫(yī)藥以及國(guó)防工業(yè)等部門(mén)。尤其是冶金工業(yè)中的選礦部門(mén)，磨機(jī)作業(yè)更是具有十分重要的地位。

我公司生產(chǎn)的磨機(jī)鑄件主要包括球磨機(jī)、半自磨機(jī)和自磨機(jī)的耳軸鑄件和進(jìn)出料端頭鑄件。本文主要介紹一種超大型球磨機(jī)端蓋鑄鋼件各關(guān)鍵工序的制造工藝及技術(shù)質(zhì)量特性。

1　鑄鋼件質(zhì)量要求

本文所述鑄件產(chǎn)品3D模型如圖1所示，鑄件尺寸為φ10 600×983(mm) ，鑄件凈質(zhì)量36 t，毛坯質(zhì)量47 t，最大壁厚250 mm，最小壁厚125 mm。

圖1　超大磨機(jī)端蓋鑄件圖

鑄件材質(zhì)為ASTM A216 WCA，具體化學(xué)成分要求見(jiàn)表1，鑄件力學(xué)性能要求見(jiàn)表2 。

表1　化學(xué)成分要求　（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

表2　力學(xué)性能要求

2　各關(guān)鍵工序的制造工藝

2.1鑄造工藝

本產(chǎn)品鑄件在鑄造、熱處理、加工、焊接等多個(gè)工序存在變形的可能性。變形后，難以矯正，如果通過(guò)尺寸焊補(bǔ)的辦法，則更容易變形。因此主要借鑒類(lèi)似結(jié)構(gòu)小型磨機(jī)鑄件生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)變形趨勢(shì)，在鑄件的不同位置設(shè)置加工量和非加工面工藝補(bǔ)正量，加工面設(shè)置20～50 mm，非加工面設(shè)置5～15mm可有效解決，如圖2所示。另外，該類(lèi)鑄鋼件易產(chǎn)生縮松、縮孔類(lèi)缺陷，應(yīng)用計(jì)算機(jī)三維凝固模擬與傳統(tǒng)模數(shù)計(jì)算相互驗(yàn)證，來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)鑄造工藝方案，最終確保合理的的補(bǔ)縮梯度，實(shí)現(xiàn)有效補(bǔ)縮和順序凝固，確保鑄件獲得致密的組織和極低的缺陷率。

圖2　加工量設(shè)計(jì)圖示

2.2造型工藝

鑄件形狀簡(jiǎn)單，但其直徑尺寸大，造型需要的砂箱尺寸大。澆注系統(tǒng)采用小砂箱胎板造型，澆注系統(tǒng)造型完畢翻箱后，再進(jìn)行中圈造型。由于鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在鑄件斜坡面與砂箱平面之間形成一個(gè)較大的空間，如果將這個(gè)空間全部采用砂子填滿，將是極大的浪費(fèi)。為此，在這個(gè)空間內(nèi)放置一些支撐填塞物，減少砂子用量。待中圈砂子硬化后開(kāi)始上箱造型，將上箱砂箱放入中圈之上，冒口、冷鐵等工藝措施準(zhǔn)備到位后流砂，面砂為鉻礦砂，厚度約為40～80 mm，背砂為硅砂，如圖3所示。

圖3　上箱造型

2.3冶煉工藝

本產(chǎn)品鑄件澆注鐵液質(zhì)量為130 t，冶煉質(zhì)量為140 t，冶煉工藝為EAF+LF+氬氣保護(hù)澆注工藝[2]。冶煉本鑄件的主要難點(diǎn)為Cr含量的控制，選取Cr含量＜0.15%的廢鋼，配入相應(yīng)的生鐵冶煉，以保證Cr含量滿足要求。冶煉的每個(gè)過(guò)程與節(jié)點(diǎn)都采取嚴(yán)密的過(guò)程控制措施，冶煉過(guò)程實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)跟蹤控制，化學(xué)元素含量采用管道送樣+光譜分析+氣體分析的檢測(cè)方法，滿足要求后才轉(zhuǎn)入下一工序，有效保證化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

精煉過(guò)程全程吹氬，加合金前要求氧化性降低至7×10-6以下，采用硅鋁鈣鋇精煉劑球化夾雜物，使夾雜物充分上浮，出鋼前軟吹時(shí)間＞10 min。澆注時(shí)采用吹氬環(huán)保護(hù)澆注，減少澆注過(guò)程的氧化，同時(shí)滑板采用吹氬滑板，確保澆注時(shí)自動(dòng)開(kāi)澆，減少引流引起的氧化物進(jìn)入型腔，保證鑄件的質(zhì)量。

2.4熱處理工藝

本產(chǎn)品鑄件熱處理的最大難點(diǎn)是化學(xué)成分的合理設(shè)計(jì)以及在顧客已規(guī)定熱處理方式為正火的情況下的性能及金相組織的獲得，同時(shí)熱處理過(guò)程中的鑄件防變形也是重點(diǎn)。鑄件一旦變形，將很難通過(guò)機(jī)械方式或熱校正方式進(jìn)行校正。因此，利用過(guò)去類(lèi)似產(chǎn)品成分工藝性能歷史數(shù)據(jù)再結(jié)合專(zhuān)用的STECAL熱處理模擬軟件進(jìn)行優(yōu)化模擬，最終確定出合理的內(nèi)控成分。

為了獲得好的力學(xué)性能，同時(shí)防止鑄件在熱處理過(guò)程中產(chǎn)生變形，采用正火空冷+回火的工藝方式[3,4]。正火溫度的選擇必須要合適[5]。正火熱處理的目的是充分溶解鑄件中的析出相，經(jīng)奧氏體化后形成較小晶粒的奧氏體，冷卻后形成細(xì)F+P組織。正火結(jié)束后，再通過(guò)中高溫的回火，促進(jìn)組織中少量的碳以碳化物的形式析出，同時(shí)降低鑄件殘余應(yīng)力，保證后期鑄件尺寸的穩(wěn)定性。為保證熱處理過(guò)程中溫度可控，除了采用計(jì)算機(jī)控制的天然氣熱處理爐偶控溫外，還需要在鑄件上接3個(gè)以上的拖偶，跟蹤鑄件實(shí)際過(guò)程溫度。

2.5焊接工藝

通過(guò)外觀及超聲波檢測(cè)，對(duì)發(fā)現(xiàn)的鑄件缺陷，以手工焊條電弧焊為主進(jìn)行焊接，易變形部位全部采用焊條電弧焊。在焊接預(yù)熱時(shí)采用天然氣管火焰預(yù)熱的方式，將焊接部位表面預(yù)熱至50～60℃，去除鑄件表面的水汽。采取分區(qū)域?qū)ΨQ(chēng)的方式焊接，控制每個(gè)焊道寬度小于30 mm，每一層焊接的厚度小于3 mm，焊接過(guò)程中控制焊接部位的層間溫度小于100 ℃。焊接量較大時(shí)，采用直徑為￠4.0 mm的焊條焊接，焊接電流控制在120～160 A之間，焊接過(guò)程中在焊接部位的背面及鑄件的其它部位安裝百分表進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)控。一旦變形量超過(guò)0.5 mm，停止焊接，待尺寸恢復(fù)后繼續(xù)焊接。采用由內(nèi)向外的焊接順序，內(nèi)外腔尺寸、缺陷處理合格后整體進(jìn)爐進(jìn)行消應(yīng)力焊后熱處理。

3　結(jié)論

通過(guò)對(duì)鑄件產(chǎn)品特點(diǎn)及難點(diǎn)進(jìn)行分析識(shí)別，對(duì)其中的各關(guān)鍵工序進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并嚴(yán)格過(guò)程控制，最終保證了該產(chǎn)品尺寸、外觀、成分、力學(xué)性能及NDT缺陷等均符合性能要求。同時(shí)在生產(chǎn)成本、交貨周期及各工序效率上具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)

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業(yè)界資訊 Information

2016'第二十一期消失模鑄造生產(chǎn)實(shí)用新技術(shù)培訓(xùn)班通知

“2016中國(guó)第二十一期消失模鑄造生產(chǎn)實(shí)用新技術(shù)培訓(xùn)班”于2016年4月15- 18日在唐山丞起汽車(chē)零部件有限公司舉辦。中國(guó)鑄造協(xié)會(huì)為企業(yè)發(fā)展加力助威，學(xué)習(xí)班結(jié)束頒發(fā)中國(guó)鑄造協(xié)會(huì)培訓(xùn)結(jié)業(yè)證書(shū)，同時(shí)可以將您的學(xué)習(xí)成績(jī)計(jì)入國(guó)家開(kāi)放大學(xué)鑄造學(xué)院學(xué)分銀行，學(xué)分累計(jì)后可頒發(fā)國(guó)家學(xué)歷文憑。

消失模鑄造開(kāi)始從普及轉(zhuǎn)向提高，從零散轉(zhuǎn)向規(guī)模，從低端轉(zhuǎn)向中高端，從粗放轉(zhuǎn)向精細(xì)，從簡(jiǎn)易轉(zhuǎn)向流水線，從手動(dòng)轉(zhuǎn)向自動(dòng)。2016年將重點(diǎn)轉(zhuǎn)向基礎(chǔ)理論與企業(yè)現(xiàn)實(shí)密切結(jié)合，增加案例，現(xiàn)場(chǎng)觀摩和實(shí)例答疑。

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學(xué)習(xí)時(shí)間：2016年4月15日（星期五）全天報(bào)到16-18日（星期六～星期一）學(xué)習(xí)參觀

學(xué)習(xí)地點(diǎn)：樂(lè)亭承啟大酒店(河北省唐山市樂(lè)亭縣大釗路21號(hào))

學(xué)習(xí)費(fèi)用：1500元／人（會(huì)員），1800元（非會(huì)員（含餐費(fèi)、資料費(fèi)、資料袋、筆記本、記錄筆、參觀用車(chē)費(fèi)講課費(fèi)、會(huì)場(chǎng)租賃費(fèi)、宣傳費(fèi)等）

專(zhuān)業(yè)特色展覽：每個(gè)展位（長(zhǎng)條桌一個(gè)兩把椅子1000元（會(huì)員），1500元（非會(huì)員）

培訓(xùn)資料廣告：A4彩色自制，1500元/頁(yè)(會(huì)員) 1800元／頁(yè)(非會(huì)員）：3月30日前發(fā)到聯(lián)系人。

聯(lián)系方式：

中國(guó)鑄造協(xié)會(huì)消失模V法實(shí)型鑄造分會(huì)： 李增民：1 8903396929，li ze ngmin@126.com;李立新：131800 83786，licad200 2@16 3.com;師雄雁15333217933, hyzsgmj-cao@163.com。

（中國(guó)鑄造協(xié)會(huì) 消失模V法實(shí)型鑄造分會(huì)

Summary of manufacturing process for one kind of large mill head castings

MA Jin；GUO XiaoQiang
(Kocel Steel Foundry Co.,Ltd. , Yinchuan 750021,Ningxia,China)

Abstract：Large sized mill head manufacture technology is one of the key technologies of large mining machinery industry, which reflects the manufacturer's core competitiveness and skill. This article mainly describes some of the key process points of the relevant steel castings, such as casting technology, melting process, modeling technique, heat treatment and welding core elements and control requirements.

Keywords：large mill； head; casting; manufacturing process

作者簡(jiǎn)介：馬進(jìn)（1973—），男，高級(jí)工程師，主要從事大型鑄鋼件的熱處理工藝研究和質(zhì)量管理工作.

收稿日期:2015- 08- 08

DOI：10.3969/j.issn.1 006-9 658.2016.01 .008

中圖分類(lèi)號(hào)：TG260；

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A；

文章編號(hào):1 006- 9658（2016）01 -0021 -03

稿件編號(hào):1508- 1024