高效熱模離心鑄造工藝研究

2021-10-10 01:04:32梅燕娜林雪川暴延強張永杰

中國鑄造裝備與技術 2021年5期

梅燕娜，林雪川，暴延強，宋斌，張永杰

（1.新興河北工程技術有限公司，河北邯鄲 056000；2.廣東新興鑄管有限公司，廣東陽江 529600）

為解決遠距離、大容量供、排水問題，大口徑球墨鑄鐵管成為輸水工程的首選管材，需求量在迅速增加[1]。

熱模法大口徑球墨鑄鐵管生產工藝是從樹脂砂型離心鑄造球鐵管演變而來的，樹脂砂型離心鑄造球鐵管工藝生產效率只有1 支/h，由于效率低、成本高逐漸被淘汰。目前，國內外普遍采用管模內壁噴涂絕熱涂料的方法生產大口徑球管，不同的規格生產效率在（1～3）支/h。

熱模涂料法大致工藝流程為：在鑄管模具（簡稱管模）內表面噴涂一定厚度的隔熱涂層，該涂層具有延長鐵液冷卻時間，消除激冷產生的滲碳體，同時延長管模壽命作用[2]。將熔煉、球化合格的鐵液伴隨孕育劑均勻澆注到旋轉管模內，并在離心力的作用下凝固成形，鑄管成形后進入退火爐進行低溫退火。

公司通過對熱模離心澆注工藝及裝備的改進，使得大管生產線的生產效率明顯提高。緩解公司大管供應緊張的局面，進一步降低生產成本。

1 離心澆注工藝改進

1.1 大管離心澆注工藝及裝置

大管離心澆注設備由以下幾部分組成：

（1）鐵水澆注系統：包括扇形包、澆注車、流槽、落槽、孕育裝置、模粉輸送裝置、測溫裝置。

（2）涂料噴涂系統：涂料攪拌機、涂料罐、膠體磨、發送裝置、噴涂泵、噴嘴等。

（3）管模及旋轉系統：管模、驅動電機、托輪、電氣控制裝置。

（4）上芯系統：芯架機構、鎖緊裝置、運輸行車。

（5）拔管系統：拔管鉗、拔管車、張緊裝置、旋轉接管裝置。

（6）清理系統：清理刷、收塵裝置。

（7）冷卻系統：冷卻水噴淋裝置、電動閥門、水泵、冷卻。

大口徑鑄管生產流程如下：

（1）管模內壁噴涂料：先在金屬管模內壁噴一層絕熱涂料，涂料的作用一是保護管模，二是減緩鐵水的冷卻速度，使得鑄管在鑄態組織中不出現滲碳體。如圖1，噴涂是由噴涂小車帶著噴涂桿（前方也有清理刷）前后移動完成的，通常涂料厚度1.0mm，噴涂車需要來回走2～3 趟。

圖1 熱模大口徑鑄管離心機

（2）上芯子：噴涂后，管模承口端開始上砂芯，砂芯的作用是擋住鐵水，離心旋轉時不讓鐵水甩出去，另一個作用是形成管子承口形狀。

（3）澆注：球化鐵水倒入一個扇形保內，澆注車前進，管模開始旋轉。澆注車前方有一根流槽，扇形包均勻翻轉，鐵水均勻地通過流槽澆入到管模內，澆注時鐵水從管模承口端開始，澆注車邊澆邊退，流槽上方有隨流孕育裝置。

（4）冷卻：澆注完成后開始打水冷卻，冷卻水直接打到管模外壁，冷卻時間約3min 左右。

（5）拔管：管模停止旋轉，冷卻水關閉，卸掉芯子壓板，拔管車工作，拔管鉗伸到管模內，張緊管子然后將管子拔出。

（6）清理：噴涂車帶著清理刷開進管模，清理殘余涂料，然后開始噴涂料進入下一個循環。

1.2 存在的問題

原大管工藝單支管的生產時間大約在23min，對于DN1500 管來說每小時能生產2 支，這個速度是比較慢的。要想提高生產效率，必須壓縮每一個動作的時間，才能使每支管的周期時間縮短，經過梳理，噴涂花費時間最長，改進的空間較大；其次是清理，目前的清理時間只有一半是有效的，另外其他的動作也都有改進的余地。

1.3 主要改進工作

1.3.1 涂料噴涂、清理工藝及裝置的改進

原工藝是清理刷進到管模里走一個來回進行清理，然后噴桿（清理刷在噴桿上）再進去噴涂料，噴涂車走2 個來回噴4 遍，一方面是為了保證噴涂質量，另一方面也是因為噴嘴出料口直徑較小（1.5mm）。后來換為直徑3mm 的大噴嘴，噴涂時間減少到2 遍，這時的生產效率有了一定提高。

繼續縮短時間發現，涂料的給料量上不去，涂料的供應是通過壓縮空氣將涂料從涂料罐壓出來的，由于涂料有一定的粘度，管道輸送距離較長，給料量無法繼續增加。為了解決這個問題，一是將涂層減薄，由0.8mm～1.0mm 降到0.5mm～0.8mm；二是在噴涂車上增加了一個涂料罐和一個螺桿泵，用泵抽送涂料，噴涂量很快得到改善，只需要噴一遍就能夠保證涂料厚度，這樣最終確定為，噴涂車進去時清理，退回時噴涂，清理和噴涂各一遍，時間節約了330s。

由于噴涂時間縮短、單位時間的噴涂量增加，為了保證涂層噴涂質量，將噴涂時的管模溫度從160℃降低到120℃，大流量噴涂溫度高，噴涂時易起球。

1.3.2 設備及工裝調整

（1）管模減薄。管模壁厚由80mm 改為70mm，主要是為了加快冷卻，縮短鐵水凝固時間，個別規格的壁厚減薄量達到20mm，冷卻時間減少了40s。

（2）提高澆注車行走速度。澆注是從承口開始的（澆注車后退時），澆注車進入管模的速度可以調整比澆注速度更快，通過對電氣控制系統調整，澆注時間縮短了95s。

（3）提高拔管車行走速度。通過對電氣控制系統調整，拔管時間縮短了120s。

（4）上下壓板機構改進。通過對卡板彈簧的更換及潤滑方面的改進，上芯及下壓板都更順利，都能夠一次到位，原來上芯時反復進出調整的現象不再出現，節省時間140s。

1.3.3 工藝調整

孕育劑加入量增加到0.8%，模粉量加入量從0.2%增加到0.3%。模粉的主要成分是SiBaCa，增加孕育劑和模粉的加入量主要是抵消管模減薄、涂料減薄及模溫降低造成的冷卻速度加快的影響，保證管子的鑄態組織不出現滲碳體。熱模法工藝生產的球墨鑄鐵管，鑄態組織里不能出現滲碳體，因為后續退火采用的是低溫退火工藝，滲碳體分解不了，如果出現滲碳體，管子就變成廢品，所以工藝調整后必須保證鑄管不能有滲碳體。

拔管溫度從600～700℃調整到700～750℃左右，調整的目的是加快生產節奏。

1.3.4 生產組織模式調整

原工藝球化的鐵水量澆注一支管，現在改為球化一包鐵水澆兩支。一次球化兩支管的鐵水量能夠使供鐵更連續，有利于生產效率的提高，由于生產節奏變快，每支管的生產周期能夠控制在10min 左右，因此，第二支管的鐵水等待時間不太長，不會出現球化衰退。球化鐵水量大，供鐵速度更快，球化成本更低些。