自動(dòng)化鐵液搬運(yùn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不倒包澆注

■汪海峰，連速

一、概述

我公司于2009年正式搬遷至現(xiàn)址進(jìn)行生產(chǎn)，主要產(chǎn)品為發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和曲軸，材質(zhì)包括灰鑄鐵與球墨鑄鐵。實(shí)際生產(chǎn)中，采用沖入法與倒包（處理包倒入澆注包）相結(jié)合的方式進(jìn)行鐵液的澆注，而倒包的操作方式造成了很多弊端，對(duì)成本、效率、環(huán)境、安全及質(zhì)量等多方面造成了直接或間接的消極影響，成為公認(rèn)的困擾業(yè)界的難題。經(jīng)過(guò)與國(guó)內(nèi)外鑄造行業(yè)的專家進(jìn)行深入的交流，我們了解到目前最高效、最直接實(shí)現(xiàn)鐵液澆注不倒包的方式就是采用鐵液自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)，并在長(zhǎng)期的調(diào)研考察過(guò)程中，我們對(duì)此也有了清晰的認(rèn)識(shí)。

本文通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)鐵液轉(zhuǎn)運(yùn)方式及國(guó)內(nèi)外不同形式的鐵液自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)的介紹及對(duì)比，充分體現(xiàn)了鐵液自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)鐵液澆注不倒包方面的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)我們將調(diào)研成果積極應(yīng)用到新工廠規(guī)劃及目前生產(chǎn)線的改造之中，希望借此與大家共同探討。

二、傳統(tǒng)鐵液轉(zhuǎn)運(yùn)方式

1. 傳統(tǒng)鐵液轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程

目前，幾乎多數(shù)生產(chǎn)球墨鑄鐵的鑄造企業(yè)都在沿用倒包操作方式，其具體過(guò)程是橋式起重機(jī)吊運(yùn)處理包接鐵液（見圖1），達(dá)到要求重量后，由橋式起重機(jī)將處理包轉(zhuǎn)移至定置區(qū)進(jìn)行扒渣、測(cè)溫工序(見圖2)，然后將鐵液由處理包倒至澆注包（見圖3），最后由叉車轉(zhuǎn)運(yùn)到澆注機(jī)進(jìn)行澆注（見圖4）。

2. 存在問(wèn)題

根據(jù)我廠的實(shí)際應(yīng)用，傳統(tǒng)鐵液澆注的倒包工藝存在以下幾方面的弊端。

（1）效率 每次的搬倒操作需耗時(shí)30s，按年產(chǎn)20 000t鑄件計(jì)算，每年浪費(fèi)工時(shí)高達(dá)208h。

（2）安全 倒包過(guò)程中的鐵液四濺、橋式起重機(jī)吊運(yùn)的高空作業(yè)，都是極大的安全隱患，且現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境雜亂。

（3）成本 一方面，由于倒包操作時(shí)，為保證澆注溫度，就必然要提高鐵液的出爐溫度，相應(yīng)地增加了電能消耗；另一方面，由于出爐溫度高，球化劑的燒損大，為保證球化效果，必須提高球化劑加入量。粗略統(tǒng)計(jì)，按年產(chǎn)20 000t鑄件計(jì)算，每年二者需多消耗成本高達(dá)20多萬(wàn)元。

三、鐵液自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)

為解決上述難題，特別是如何實(shí)現(xiàn)球墨鑄鐵澆注不倒包，鑄造工作者一直在探索。隨著科技的高速發(fā)展，鐵液搬運(yùn)自動(dòng)化的成功應(yīng)用徹底改變了傳統(tǒng)鐵液的轉(zhuǎn)運(yùn)方式，其通過(guò)將鐵液的接打、轉(zhuǎn)運(yùn)、球化、扒渣與澆注機(jī)銜接等工序?qū)崿F(xiàn)高度自動(dòng)化，滿足球墨鑄鐵、灰鑄鐵的生產(chǎn)要求，整個(gè)過(guò)程使用澆注包即可完成，也就從根本上消除了倒包操作。具體到球化處理形式上可采用喂絲球化和沖入法兩種方式。

1. 鐵液自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)與喂絲球化相結(jié)合

據(jù)了解，這種組合形式由于基礎(chǔ)條件要求較高（包括造價(jià)、布局、維護(hù)等），多為國(guó)外鑄造企業(yè)采用，其布局形式如圖5所示，這種方式有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）采用軌道實(shí)現(xiàn)鐵液搬運(yùn)的自動(dòng)化，操作人員少，節(jié)約人工成本。

（2）采用喂絲法處理球墨鑄鐵，環(huán)境好且澆注包不易掛渣，澆注包結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

（3）自動(dòng)傾斜式扒渣工藝，澆注包可后傾，人工勞動(dòng)強(qiáng)度降低。

（4）電爐與造型線“一”字布局方式，布局緊湊，占地少，鐵液搬運(yùn)裝置的用電走線沿墻壁做出，簡(jiǎn)單易行。

部分現(xiàn)場(chǎng)照片見圖6～圖11。

圖1 吊運(yùn)處理包接鐵液

圖2 定置區(qū)扒渣、測(cè)溫

圖3 鐵液從處理包倒入澆注包

圖4 叉車轉(zhuǎn)運(yùn)至澆注機(jī)澆注

圖5 現(xiàn)場(chǎng)布局

圖6 中頻感應(yīng)電爐

圖7 接鐵液工位

圖8 喂絲球化

圖9 后傾扒渣

圖10 臺(tái)車運(yùn)轉(zhuǎn)

圖11 澆注

2. 鐵液自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)與沖入法相結(jié)合

現(xiàn)場(chǎng)布置如圖12所示。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：

（1）采用鐵液自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)，鐵液造型線與4臺(tái)電爐呈“T”字形布局。

（2）臺(tái)車自動(dòng)完成澆注包轉(zhuǎn)運(yùn)，不需要叉車，橋式起重機(jī)在系統(tǒng)中只起到回鐵液的作用，利用率較低。

（3）使用溜槽固定鐵液流向，但溜槽設(shè)置在鐵液轉(zhuǎn)運(yùn)臺(tái)車之上，隨搬運(yùn)系統(tǒng)移動(dòng)，采用天然氣烘烤。

（4）澆注包未設(shè)置扒渣口，將鐵液搬運(yùn)至澆注機(jī)前進(jìn)行人工扒渣，操作位有踏臺(tái)，鐵液較干凈，人工勞動(dòng)強(qiáng)度低。

（5）稱重方式為臺(tái)稱式，臺(tái)秤隨臺(tái)車移動(dòng)，出鐵重量在爐上操作臺(tái)有顯示，并設(shè)有超重提示。

（6）球化劑人工加入，操作位置在“T”字形布局的轉(zhuǎn)角處。

（7）球墨鑄鐵包使用周期為1000包次，原則為新筑澆注包進(jìn)行球墨鑄鐵生產(chǎn)，隨著次數(shù)增加改為灰鑄鐵生產(chǎn)，期間不進(jìn)行專項(xiàng)修補(bǔ)，直至重新修筑。

四、傳統(tǒng)方式與自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)對(duì)比

根據(jù)我廠的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，鐵液自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)了澆注不倒包的同時(shí)，大幅提升了生產(chǎn)效率、環(huán)境安全、工藝質(zhì)量及操作性，而且降低了成本。但是，鐵液自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)不可避免地要增加前期投資成本，且由于自動(dòng)化程度高，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)帶來(lái)不小的麻煩，所以對(duì)系統(tǒng)的保養(yǎng)維護(hù)是保證良好使用的重中之重。兩者對(duì)比見附表。

圖12 現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)布置

傳統(tǒng)方式與自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)對(duì)比

五、對(duì)新建廠的規(guī)劃及現(xiàn)生產(chǎn)改造的一些啟示

1. 新工廠建設(shè)規(guī)劃

隨著企業(yè)的日益發(fā)展，現(xiàn)有的生產(chǎn)能力將無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的產(chǎn)能需求，為此公司規(guī)劃建立一個(gè)自動(dòng)化程度較高、安全環(huán)保的現(xiàn)代化新工廠，熔化工部作為鑄造車間5大工部中的重點(diǎn)工序得到了高度重視，通過(guò)傳統(tǒng)方式與自動(dòng)化搬運(yùn)的對(duì)比，實(shí)現(xiàn)鐵液澆注不倒包是必然的選擇，結(jié)合工廠的整體規(guī)劃，新工廠計(jì)劃采用“L”形布局，在球化處理方面考慮到我廠多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，以及不掌握喂絲技術(shù)的實(shí)際情況，原則上采用沖入法，圖13是我廠參考國(guó)內(nèi)企業(yè)設(shè)計(jì)的布局方式。

2. 生產(chǎn)改造

針對(duì)我廠倒包操作的現(xiàn)場(chǎng)改造，雖然受資金投入、改造難度、基礎(chǔ)條件等方面的制約而無(wú)法實(shí)現(xiàn)軌道自動(dòng)化，但通過(guò)對(duì)采用沖入法自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)使用廠家的考察，我們發(fā)現(xiàn)可以采用溜槽的方式來(lái)解決倒包操作帶來(lái)的弊端，由叉車負(fù)責(zé)鐵液的轉(zhuǎn)運(yùn)，取消橋式起重機(jī)的高空作業(yè)。

首先，使用溜槽可以實(shí)現(xiàn)鐵液的定向澆注，特別是對(duì)于球墨鑄鐵生產(chǎn)，確保了鐵液能夠準(zhǔn)確沖入球化室，為實(shí)現(xiàn)良好球化效果提供了重要前提。

其次，對(duì)爐前進(jìn)行改造，增加了地秤及承托溜槽的龍門架，經(jīng)過(guò)對(duì)地秤與顯示屏信號(hào)輸入、輸出的防護(hù)，保證了其使用的可行性，從而取消了橋式起重機(jī)吊秤的作業(yè)。

另外，在對(duì)澆注包進(jìn)行設(shè)計(jì)改造后，通過(guò)品保部門的工藝驗(yàn)證，采用澆注包直接進(jìn)行球化澆注的可行性也得到了認(rèn)可，至此，采用溜槽與地秤相結(jié)合的方式也實(shí)現(xiàn)了鐵液澆注的不倒包工藝（整體改造如圖14所示），現(xiàn)場(chǎng)的部分照片見圖15～圖18。

六、結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的進(jìn)步，安全環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的提高，人工費(fèi)用的增長(zhǎng)，鑄造生產(chǎn)自動(dòng)化的需求越來(lái)越迫切，尤其熔化工部是一個(gè)溫度高、環(huán)境差、安全度低的工作場(chǎng)所，更加需要提高自動(dòng)化程度，因此改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)操作方式，徹底取消倒包操作帶來(lái)的各種弊端迫在眉睫，盡管鐵液自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)前期的資金投入較大，系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)需要專業(yè)化，但其在實(shí)現(xiàn)鐵液澆注不倒包方面無(wú)疑具有顛覆性的優(yōu)勢(shì)，相信大多數(shù)鑄造企業(yè)對(duì)其都是望而卻步的，然而不可否認(rèn)，熔煉自動(dòng)化必將是鑄造行業(yè)未來(lái)發(fā)展的方向，即使無(wú)法實(shí)現(xiàn)全部自動(dòng)化，我們也要做到持續(xù)改善，在現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上不斷突破，為企業(yè)員工創(chuàng)造更加良好的職場(chǎng)環(huán)境。

圖13 新廠規(guī)劃布局

圖14 整體改造

圖15 爐前全貌

圖16 接打鐵液

圖17 叉車運(yùn)轉(zhuǎn)

圖18 剩余鐵液處理