離心鑄管工藝和設備及其應用

王興正

沈陽亞特重型裝備制造有限公司 遼寧沈陽 110135

離心鑄管又稱離心球墨鑄鐵管，適用于球墨鑄鐵管的離心鑄造。球墨鑄鐵管采用離心鑄造工藝進行鑄造，離心鑄管的凝固順序為外表面先凝固，而后逐步地向里發展，直至內表面。這樣生產的球墨鑄鐵管產生夾渣、氣孔的可能性更小。離心鑄管上述的凝固順序也大大地改善了鑄管的補縮條件。提高的球墨鑄鐵管的質量。離心機生產的球墨鑄鐵管其密度較高，而且其組織相對均勻、致密，同時自身鑄造缺陷少。球墨鑄鐵管與灰口鑄鐵管相比，不僅強度高，韌性好，而且質量小，便于運輸和安裝。其機械性能接近鋼管，但其耐腐蝕性能卻遠超過鋼管。并且其購買價格也較便宜，因而球墨鑄鐵管自身具有明顯的經濟優勢。

1 離心鑄管特點

（1）運動特點。在離心力作用下，密度較小的質點向旋轉中心移動（內浮）；密度較大質點向型壁移動（外沉）。其浮沉速度比一般重力鑄造時可大約G倍，故離心鑄造時密度較小的氣泡、渣粒能很快移向自由表面或處于鑄型中部的澆注補縮系統中，但鑄件易產生密度偏析[1]。

（2）凝固特點。①凝固順序是由鑄管外表皮向內表皮凝固。②離心鑄造的補縮能力強，金屬液的離心力比重力大G倍，它具有較大的克服晶粒間補縮通道對晶粒間縮松進行補縮的能力。③進入離心鑄型的金屬液會在結晶前緣上有固液相混合區上發生相對滑動，使鑄件橫斷面上得到傾斜狀的柱狀晶。若滑動劇烈，促使形成等軸晶。④進入鑄型圓柱表面上的金屬液是逐層覆蓋在軸向上充填鑄型。

2 離心鑄管工藝和設備

（1）工藝。LZG系列鑄管機生產球墨鑄鐵管采用水冷金屬型離心制造法，通過噴水冷卻，達到熱平衡，保證金屬鑄型溫度在適當范圍內。因鑄型采用調速電機帶動，速度可無極調整，如生產DN100鑄管，其適宜轉速為1000-1200r/min。

LZG系列離心鑄管機組具有結構簡單、生產率高、噪音低、壁厚均勻、組織細密、尺寸精度高和自動化程度高等特點[2]。電氣和液壓等控制元件采用國際知名品牌，是具有國內外先進水平的成套設備。在鑄造行業中得到廣泛應用。

LZG系列鑄管機工藝流程：①定量的鐵水倒入扇形包內，流槽伸入鑄型（外面有噴淋水管）內，流槽出口位于承口砂芯前面，電機帶動鑄型旋轉，準備澆注。②扇形包在伺服電動機驅動下以恒定角速度繞軸旋轉，鐵水均勻的通過流槽，待承口型腔空間充滿后，離心機帶動鑄型勻速向下移動，在流槽出口均勻流出的鐵液以螺旋帶的形式均勻地鋪在鑄型內表面上。③離心機移至最下端，鐵液澆注完畢，流槽移出鑄型，鐵液全部凝固后，鑄型停止轉動。④拔管機伸入凝固的鐵管內，張開鉗爪，撐住鑄管內壁，離心機向上移動，拔管機向下移動，將鑄管從鑄型內拉出。鑄管由接管機從拔管機處運到運管車上，運管車將管子運至退火爐軌道處。

（2）設備。離心鑄管機由澆注裝置、離心機主機體、拔管機、接管機、運管車、電控系統、液壓系統、冷卻系統等組成。①澆注裝置主要組成如下：扇形包及扇形包傾翻裝置、澆鑄車、隨流孕育裝置和模粉裝置等[3]。②離心機主機體主要組成如下：離心機底座、離心機殼體、離心機承口機頭、機尾、管模旋轉驅動裝置、管模支撐托輪組、管模更換升降托輥、芯架機構和主機行走驅動系統等。③拔管機主要組成如下：機架軌道、拔管小車、驅動裝置和拔管鉗等。LZG系列離心鑄管機主要用于生產球墨鑄鐵管。

3 工藝控制要點

（1）鐵水成分的控制。鐵水具有合理的化學成分是保證球墨鑄鐵管金相組織和機械性能合格的必要條件。對生產球墨鑄鐵管用鐵水的基本要求：化學成分合格，具有足夠高的溫度，鐵水不氧化。

（2）鑄型轉速的優化。鑄型的轉速是一個非常重要的工藝參數。選擇離心鑄型轉速時考慮兩個問題:①離心鑄型的轉速應保證液體金屬在進入鑄型后立刻能形成圓筒形，繞軸線旋轉；②充分利用離心力的作用，保證得到良好的鑄件內部質量，避免鑄件內部產生縮孔、縮松、夾雜和氣孔等缺陷。但是，如果鑄型轉速過高，離心國過大，也會造成偏析加劇和外表面裂紋等。

（3）鑄型的行走速度。鑄型行走速度要與鐵水澆注速度相匹配。如果不匹配會造成球墨鑄鐵管有的地方澆不足或澆厚，輕則球墨鑄鐵管壁厚不均勻，嚴重造成廢管。

（4）新技術的應用。①采用伺服電機驅動扇形包翻轉系統，通過平行四連桿結構翻轉扇形包，實現對扇形包翻轉速度為勻速的控制，從而進一步控制從扇形包中流出的鐵水為勻速等量流出，對鐵水的凝固過程進行精確控制；②同時變頻電機對離心鑄管機行走驅動系統的齒輪齒條結構的運動進行控制，實現了離心鑄管機高速運轉，運動單元通過編碼器閉環控制，通過PID控制調整運動精度和速度，保證了離心鑄管機行走的穩定性和傳遞速度的可靠性，從而保證了鑄管壁厚的均勻程度，提高了鑄管的質量，節約了原料；③創新采用噴淋冷卻系統，控制閥門的開關使冷卻溫度可調。對于進水可以根據不同區域（機頭、機尾和機身等），進行不同的自動控制。管模冷卻系統應采用可變流量設計，以控制管模溫度，提高管模壽命和管子表面質量。除承插口外，可分3段控制水流量，實時監測冷卻水總壓力并可在操作面板上面顯示壓力、流量、水溫等數據，冷卻效果優于現有泡水冷卻技術。④上芯自動化，采用機器人自動上芯機構完成上芯過程，實現高效、自動上芯。

4 現存問題及瓶頸

（1）由于砂芯中有樹脂存在，在球墨鑄鐵管在生產過程中，承口砂芯在與鐵水接觸會產生黑煙及粉塵，造成車間的環境及空氣質量污染。布袋式除塵方式難以收集，吸風式要求大功率電機及配套設施，暫無更環保的方法解決。

（2）小于80mm管徑的鑄造仍是難點，首先，澆入金屬，當前僅靠澆口壓力頭噴射解決。其次，直徑小的鑄管轉速高，易出現夾雜或斷管等問題，有待于持續研究。

5 離心鑄管機的應用

在車間上布置離心鑄管機，還需對其他設備其自身的協調及配套給予有效的考量，同時對當前廠房實際的利用情況有一定的認識。以：LZG系列離心鑄造機，介紹了鑄管生產中常使用的兩個典型流水線。

（1）沖天爐熔化鐵錠→脫硫處理→感應爐對鐵水提溫→對鐵水進行球化處理→澆注。

（2）高爐鐵水→脫硫處理→感應爐對鐵水提溫并配成分→對鐵水進行球化處理→澆注。