大型礦機(jī)用球磨機(jī)端蓋工藝設(shè)計(jì)

宋 亮

（共享裝備股份有限公司，寧夏銀川 750021）

大型礦機(jī)用球磨機(jī)端蓋工藝設(shè)計(jì)

宋 亮

（共享裝備股份有限公司，寧夏銀川 750021）

球磨機(jī)端蓋是礦山機(jī)械的關(guān)鍵部件之一，通過(guò)對(duì)球磨機(jī)端蓋鑄造工藝的設(shè)計(jì)、模擬仿真及實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，為此類鑄件的生產(chǎn)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

厚壁球墨鑄鐵；球磨機(jī)端蓋；鑄造工藝設(shè)計(jì)

0 引言

磨機(jī)機(jī)組主要用于礦山機(jī)械行業(yè)鐵礦、銅礦等堅(jiān)硬礦石的破碎作業(yè)。一般根據(jù)磨機(jī)端蓋的受力狀況，端蓋的材質(zhì)主要選用球磨鑄鐵、低碳鑄鋼、鉚焊件、高強(qiáng)度灰口鑄鐵等。由于球墨鑄鐵、高強(qiáng)度灰口鑄鐵制造成本較低，在發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的鑄鐵端蓋比例較大，而在國(guó)內(nèi)，由于受生產(chǎn)條件、技術(shù)水平、鑄件品質(zhì)和焊接性能等諸多因素的制約，能生產(chǎn)的鑄鐵端蓋尺寸規(guī)格和數(shù)量較少[1]。圖1所示為實(shí)拍的磨機(jī)機(jī)組圖。

圖1 磨機(jī)機(jī)組圖

1 磨機(jī)端蓋鑄件技術(shù)要求

磨機(jī)在礦機(jī)機(jī)組中主要用于礦石的破碎作業(yè)，而磨機(jī)端蓋作為傳動(dòng)軸的連接部位，需要承受高載荷、高力矩。因此，磨機(jī)端蓋需要具有高強(qiáng)度、高韌性。

圖2 磨機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

所述磨機(jī)端蓋的輪廓大、鑄件毛坯質(zhì)量和澆注質(zhì)量大，且為回轉(zhuǎn)體鑄件，最大輪廓尺寸達(dá)到6 978 mm× 6 978 mm、質(zhì)量40.9 t，澆注質(zhì)量達(dá)到58 t，端蓋主體壁厚210 mm、最小壁厚134 mm、最大壁厚320 mm。磨機(jī)端蓋的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 磨機(jī)端蓋結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 機(jī)械性能

所述磨機(jī)端蓋的材料為EN-GJS-500 - 7U；化學(xué)成份要求w（Ti）＜0.02%、w（Si）＜2.35%；φ220 mm圓柱形試塊的機(jī)械性能指標(biāo)如表1所示。

表1 φ220 mm圓柱形試塊的機(jī)械性能指標(biāo)

1.2 磁粉檢測(cè)指標(biāo)

適用標(biāo)準(zhǔn)：ASTM E1444。檢測(cè)方法：干法或濕法。非加工面的接受標(biāo)準(zhǔn)：表面上不能有外露的裂紋、熱裂或線性縮松等缺陷。

熔渣接受標(biāo)準(zhǔn)：熔渣長(zhǎng)度≤2.54 cm。

1.3 超聲波檢測(cè)指標(biāo)

適用標(biāo)準(zhǔn)：12680-3 II級(jí)。

檢測(cè)部位：所有表面進(jìn)行UT檢測(cè)。判定標(biāo)準(zhǔn)：聲速＞5 500 m/s。

2 磨機(jī)端蓋鑄件工藝設(shè)計(jì)

本磨機(jī)端蓋鑄件的砂芯、砂型均采用呋喃樹脂砂，根據(jù)所述磨機(jī)端蓋鑄件單個(gè)砂芯和砂型的大小及混砂機(jī)的流砂量和砂芯、型的強(qiáng)度要求，相關(guān)技術(shù)參數(shù)為：樹脂加入量0.8%～1.2%、固化劑加入量30%～50%、可使用時(shí)間8～15 min、砂芯/型硬化后的硬度大于90 HB、抗壓強(qiáng)度大于4.0 MPa。砂芯、砂型制作完成后，還需要使用抗粘砂涂料噴涂?jī)杀?，第一遍涂料波美度?0～60、第二遍涂料的波美度為40～50。

2.1 澆注位置的選擇

根據(jù)磨機(jī)端蓋鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為了利于補(bǔ)縮和減少夾渣問題，澆注方式選擇為大頭在上、小頭在下。造型分箱按照?qǐng)D4的方式分為四箱。

圖4 磨機(jī)端蓋分箱示意圖

2.2 加工量和澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)鑄造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合磨機(jī)端蓋鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及顧客的技術(shù)要求，確定此產(chǎn)品主體加工量為+8～20 mm，為防止鑄件上表面夾渣夾砂缺陷導(dǎo)致鑄件報(bào)廢，上表面的加工量取上限值。

磨機(jī)端蓋鑄件尺寸長(zhǎng)、質(zhì)量大、澆注時(shí)間長(zhǎng)，且無(wú)法放置過(guò)濾裝置。因此本產(chǎn)品的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)為全陶瓷澆注系統(tǒng)，從而避免了澆注系統(tǒng)自身沖砂造成金屬液的夾砂，同時(shí)也提高了澆注系統(tǒng)抵抗金屬液沖刷的能力。

如圖5所示，澆注系統(tǒng)的特點(diǎn)是開放式、低流速、由耐火陶瓷管組成、抗高溫金屬液沖刷能力強(qiáng)，其中金屬液流速可以控制在1 m/s以內(nèi)。

圖5 磨機(jī)端蓋鑄件的澆注系統(tǒng)

2.3 冷鐵和冒口設(shè)計(jì)

大型厚壁球鐵鑄件件可使用無(wú)冒口鑄造和大冒口鑄造兩種方法[2]，模擬之前先對(duì)鑄件進(jìn)行分區(qū)計(jì)算模數(shù)。根據(jù)計(jì)算的結(jié)果設(shè)計(jì)冒口和冷鐵，此產(chǎn)品選擇的是類似于鑄鋼件順序凝固補(bǔ)縮的方法設(shè)計(jì)，將冒口放置在靠近鑄件熱節(jié)的部位，保證冒口晚于鑄件凝固，補(bǔ)償液態(tài)收縮，此件選擇放置6個(gè)φ500 mm的保溫發(fā)熱冒口。

2.4 模擬仿真

在以上冷鐵、冒口布置及澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上采用MAGMA軟件進(jìn)行充型凝固模擬，具體模擬結(jié)果如圖6所示，從左圖中可以看出凝固最后都處于冒口中，從右圖中可以看出鑄件沒有發(fā)生縮松缺陷，符合設(shè)計(jì)要求。

圖6 凝固模擬效果圖

2.5 熔煉澆注參數(shù)設(shè)計(jì)

熔煉金屬液時(shí)采用高純度生鐵、兩級(jí)孕育和球化處理工藝，可大幅度降低成分偏析，并可預(yù)防石墨漂浮和冒口頸鑄件組織粗大[3]。結(jié)合磨機(jī)端蓋鑄件的實(shí)際：P含量小于等于0.03%、石墨形態(tài)為Ⅵ型、且要在能代表鑄件壁厚的試塊的中心部位取樣檢測(cè)，最終采用高純度生鐵、喂線孕育和球化處理的工藝，使得金屬液符合顧客技術(shù)需要。針對(duì)厚大斷面鑄件，其澆注溫度設(shè)定為1 290±10 ℃。

熔煉時(shí)使用中頻爐進(jìn)行多爐同時(shí)熔煉，澆注時(shí)采用雙包雙水口合澆的技術(shù)方案。

3 生產(chǎn)驗(yàn)證

按照以上方案制定的鑄造工藝試生產(chǎn)磨機(jī)端蓋鑄件，在對(duì)生產(chǎn)的鑄件進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在鑄件澆注方向的下部有融合不良問題。經(jīng)過(guò)對(duì)問題根源的分析，改進(jìn)了鑄造工藝，主要從澆注溫度和澆注系統(tǒng)兩個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的澆注溫度為1 340±10 ℃；改進(jìn)后的澆注系統(tǒng)，放大了澆注系統(tǒng)的尺寸，使得澆注可以在120 s內(nèi)完成。

利用改進(jìn)后的鑄造工藝再次試生產(chǎn)磨機(jī)端蓋鑄件，鑄件的外觀、性能、組織、實(shí)體密實(shí)度均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，超聲波探傷聲速達(dá)到5 620 m/s，大型冒口下方加工后無(wú)缺陷，PT檢驗(yàn)正常，無(wú)石墨漂浮現(xiàn)象，鑄件成功交付顧客。之后又連續(xù)生產(chǎn)11件，均合格。如圖7所示為生產(chǎn)的磨機(jī)端蓋鑄件。

圖7 磨機(jī)端蓋鑄件

[1] 岳宗格，高小勇.礦用磨機(jī)百噸級(jí)端蓋鑄造工藝設(shè)計(jì)[J].鑄造,2016（5）.

[2] 周亙.球鐵件應(yīng)當(dāng)如何補(bǔ)縮[J].現(xiàn)代鑄鐵,2005(3).

[3] 吳崧，閻普軒.厚斷面大型研磨盤的鑄造技術(shù)[J].FOUNDRY TECHNOLOGY, 2002,23(1).

Casting design of lager ball mining mill head

SONG Liang
（Kocel Machinery Limited，YinChuan 750021，Ningxia，China )

Ball Mining Mill Head is one of the key parts of mining machinery, based on the large mill with nodular cast iron plate as an example, describes in detail described in the mill end cover casting process design, simulation and actual production verifi cation, provides technical basis for such castings production.

thick wall nodular cast iron; large mill head

TG44+.4；

A；

1006-9658（2017）01-0051-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2017.01.016

2016-07-13

稿件編號(hào):1607-1437

宋亮（1986—），男，工程師，主要從事鑄造工藝設(shè)計(jì).