燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)體消失模鑄造

李靈奇,張建忠

（包頭市恒泰機(jī)械制造有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古包頭 014040）

燒結(jié)廠(chǎng)燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)體屬大、中型設(shè)備。我公司生產(chǎn)的臺(tái)車(chē)體輪廓尺寸為4 180×1 500×460（mm），屬于較大型的臺(tái)車(chē)體。燒結(jié)車(chē)臺(tái)車(chē)體工作環(huán)境惡劣，同時(shí)受機(jī)械力和熱應(yīng)力作用，而且車(chē)體溫度隨環(huán)境溫度周期性變化。因此要求臺(tái)車(chē)體必須用低S、P 球墨鑄鐵制造,材質(zhì)為QT500-7，球鐵的機(jī)械性能和金相組織均作為驗(yàn)收指標(biāo)；如：球化率要求大于85%；機(jī)械性能則限制在一個(gè)嚴(yán)格的范圍，如：延伸率5%～10%;σb≥4 500 MPa;化學(xué)成分要求：S≤0.02%；其他C、Si、Mn、P 均作為驗(yàn)收條件。

1 澆注位置確定

燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)主要由四道工字型大梁連接瓴塊端板構(gòu)成，大梁之間用加強(qiáng)筋連接，構(gòu)成抗彎強(qiáng)度較好的整體框架結(jié)構(gòu)，端板上的軸端沿圓周布置了4 道加強(qiáng)筋，增加了端板的整體強(qiáng)度。另外配置有軸孔、游板槽等，臺(tái)車(chē)機(jī)體關(guān)于中心點(diǎn)平面坐標(biāo)對(duì)稱(chēng)，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(zhì)量2 640 kg。工作時(shí)大梁上需要安裝耐熱鑄件、篦條構(gòu)成柵狀篦縫，以滿(mǎn)足對(duì)爐料的燒結(jié)。

圖1 臺(tái)車(chē)體結(jié)構(gòu)

臺(tái)車(chē)體雖然屬于較大型的球墨鑄鐵結(jié)構(gòu)件，但壁厚相差不大，除四個(gè)軸端外，其余部分都較均勻，所以盡管結(jié)構(gòu)收縮較大，但收縮速度相對(duì)較小，收縮分散，這樣在澆注過(guò)程中，后澆注的鐵液對(duì)先澆入的鐵液收縮有一個(gè)后補(bǔ)縮的作用。根據(jù)均衡凝固原則，澆注之后，靠澆注系統(tǒng)短時(shí)間的暢通補(bǔ)縮，之后靠漲縮自補(bǔ)。因此澆冒口系統(tǒng)的選擇，應(yīng)有利于鐵液快速充型和熱解產(chǎn)物的充分順暢排出，保證鑄件合理的補(bǔ)縮效果，此外還要方便于干砂填充模型。將臺(tái)車(chē)體使用中的安裝位置翻轉(zhuǎn)180°作為澆注位置。這樣臺(tái)車(chē)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(shí)關(guān)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(dāng)增加大梁下平面的加工量，能夠?qū)沧⑦^(guò)程中上浮匯集的夾渣、碳渣在加工之后徹底地去除,臺(tái)車(chē)體的內(nèi)在質(zhì)量得到了提高。因此鑄件工藝用內(nèi)澆口直接由臺(tái)車(chē)體主梁平面引入,中間設(shè)8 個(gè)引氣冒口,僅在4 軸端柱體上各安置1 個(gè)壓邊冒口,壓邊量為10～12 mm。見(jiàn)臺(tái)車(chē)體消失模鑄造工藝簡(jiǎn)圖2。

圖2 臺(tái)車(chē)體消失模鑄造工藝簡(jiǎn)圖

根據(jù)鑄件的不同方位的尺寸公差要求，確定鑄造工藝參數(shù)如下。①收縮率：長(zhǎng)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(cè)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(zhuān)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(guān)鍵部位的尺寸精度。中間四道工字型大梁結(jié)構(gòu)較長(zhǎng)，必須采用專(zhuān)用仿形電熱絲切割機(jī)下料制成型材。然后采用專(zhuān)用的定位胎具進(jìn)行模樣框架組接，以控制好模型的直線(xiàn)度和平行度。最后是大梁和兩端頭在定位胎具上進(jìn)行粘接組裝，要求粘接定位準(zhǔn)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(guān)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(mǎn)足大型臺(tái)車(chē)抗粘砂的要求。對(duì)于臺(tái)車(chē)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(rùn)土作懸浮劑，水適量）。涂層分散的粒度在滿(mǎn)足涂料透氣性的同時(shí)又能達(dá)到良好的剪切強(qiáng)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(qiáng)度、防止變形的關(guān)鍵性措施，泡沫模樣在上涂料后濕態(tài)質(zhì)量顯著增加，對(duì)于臺(tái)車(chē)模樣要固定在涂料槽中能夠垂直升降及旋轉(zhuǎn)的浸涂機(jī)可分離支架上，然后將模型下降到涂料液面以下進(jìn)行浸涂，浸涂不充分的部位采用流涂和刷涂相結(jié)合的方法補(bǔ)涂，模樣在定形架上進(jìn)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(jī)上，進(jìn)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(kāi)裂[1]。最終涂層干燥后整體厚度控制在4 mm 左右，在滿(mǎn)足型腔透氣性的前提下，具有較高的強(qiáng)度，可有效地杜絕模型變形。

4 造型

由于臺(tái)車(chē)體EPS 模樣長(zhǎng)度方向尺寸較大，中間框架部分壁厚相對(duì)較薄，為防止彎曲應(yīng)嚴(yán)格按照工藝規(guī)程的要求進(jìn)行全過(guò)程控制。除產(chǎn)品結(jié)構(gòu)因素外EPS 模樣強(qiáng)度低也是極易引起變形的原因，雖然模樣在涂層干燥后強(qiáng)度顯著提高，但臺(tái)車(chē)體外形長(zhǎng)度方向尺寸較大極易發(fā)生彎曲變形，因此在造型過(guò)程中應(yīng)采取嚴(yán)格的措施防止白模變形。首先，模樣入箱后要與預(yù)制砂床吻合，而后采用雨淋加砂斗均勻加砂時(shí)，要保證模樣橫梁框架部分填砂量的均衡一致，不易振實(shí)的端頭柱內(nèi)孔、端頭柱下方應(yīng)手工預(yù)填充，每填200～300 mm 厚的砂層，需扒平砂面后進(jìn)行振實(shí)，采用三維震實(shí)臺(tái)，激振力大于砂箱總質(zhì)量的2倍，振幅控制在1 mm，每次振實(shí)時(shí)間1 min 左右，工作時(shí)振動(dòng)要力求平穩(wěn)。型砂選用內(nèi)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(shí)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(wěn)定的砂箱內(nèi)部負(fù)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(tǒng)配備兩臺(tái)SK-20 真空泵并聯(lián)使用，2 個(gè)容積5 m3穩(wěn)壓罐，1個(gè)3 m3除塵罐，能夠保證澆注過(guò)程中型腔所需的負(fù)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(yīng)電爐冶煉,爐料采用Q10 生鐵、優(yōu)質(zhì)球鐵回爐料。鐵液成分見(jiàn)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(zhì)量為3.2 t。

5.2 澆注

采用頂注封閉式澆口，以便于實(shí)現(xiàn)泡沫快速平穩(wěn)氣化，而且有利于熱解產(chǎn)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(wèn)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(yán)密，澆注過(guò)程中澆口箱始終存有鐵液可防止吸氣，對(duì)于保證砂箱內(nèi)負(fù)壓很有效。初始真空度控制在-0.06～-0.07 MPa，澆注結(jié)束時(shí)真空度應(yīng)不低于-0.03 MPa，澆注時(shí)間≤60 s。鑄件澆注效果基本滿(mǎn)足要求。月產(chǎn)球鐵臺(tái)車(chē)體20 臺(tái)，鑄件合格率可達(dá)到99%。

6 結(jié)論

球鐵燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)體用EPC 方法生產(chǎn)的優(yōu)越性是利用了實(shí)型鑄造工藝中EPS 模實(shí)體原砂造型，無(wú)需起模直接澆注的特點(diǎn)，替代了粘土砂鑄造工藝復(fù)雜的組芯造型，克服了粘土砂鑄造型料需加粘接劑、需緊實(shí)，落砂清理費(fèi)時(shí)費(fèi)力的缺點(diǎn),使消失模鑄造具有非常顯著的優(yōu)越性。燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)采用消失模工藝生產(chǎn)，通過(guò)采用合理的工藝措施有效地控制了臺(tái)車(chē)體的彎曲變形,上表面有時(shí)由于EPS 模氣化不充分、C 當(dāng)量偏高產(chǎn)生的碳黑及夾渣物也可通過(guò)機(jī)加工有效地去掉，易得到光潔的鑄件表面，以及無(wú)縮孔、氣孔、夾渣缺陷的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)效率得到明顯地提高，且較粘土砂造型生產(chǎn)成本有所降低。因此用消失模鑄造工藝生產(chǎn)大型燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)是符合節(jié)能及環(huán)保的綠色工藝，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]常征，劉占軍，賈國(guó)芳.大型燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)體消失模鑄造[J].鑄造技術(shù),2008(9):85-87.

[2]傅駿,王新穎.燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)體的鑄造生產(chǎn)[J].鑄造技術(shù),2011（8）：1186-1187.