回轉(zhuǎn)窯大齒圈鑄造質(zhì)量及熱處理工藝的研究

鄧榮娟

1　前言

回轉(zhuǎn)窯設(shè)備作為水泥生產(chǎn)最為關(guān)鍵的設(shè)備之一，其運(yùn)行可靠性和安全性毋庸置疑，其中大齒圈作為回轉(zhuǎn)窯設(shè)備的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量和壽命要求尤為重要。

通常，齒圈采用砂型鑄造方法進(jìn)行成型，鑄造成型并完成粗加工后，進(jìn)行UT（超聲波無損）檢測(cè)，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 7233.1-2009Ⅲ級(jí)（靈敏度?6），精加工完成后，進(jìn)行MT（磁粉）檢測(cè)，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為JB/T 5000.14-2007Ⅲ級(jí)。在粗加工和精加工之間進(jìn)行熱處理，以達(dá)到提高使用性能的目的，熱處理工藝為正火+回火。但是，隨著技術(shù)的進(jìn)步及市場(chǎng)實(shí)際要求的提高，對(duì)于大齒圈的內(nèi)部質(zhì)量，UT檢測(cè)需要達(dá)到Ⅱ級(jí)要求，齒面硬度也由原先的200～240HBS提高到260～300HBS。因此，齒圈的鑄造工藝也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。

2　齒圈鑄造工藝改進(jìn)

齒圈的結(jié)構(gòu)比輪帶復(fù)雜，在造型上有所區(qū)別，圖1為工藝造型圖，造型重點(diǎn)如下：

圖1　大齒圈造型工藝圖

（1）采用水玻璃砂造型，相比樹脂砂會(huì)獲得更好的內(nèi)部致密度。

（2）采用底注的方式讓鋼液平穩(wěn)充型，并在內(nèi)澆道上設(shè)有暗冒口，便于內(nèi)部浮渣。

（3）采用環(huán)形橫澆道，將豎澆道和內(nèi)交道銜接起來，讓鋼液快速平穩(wěn)地充型。

（4）采用雙澆注系統(tǒng)，工件采用底注澆注系統(tǒng)進(jìn)行充型，在冒口再采用一套澆注系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)澆充型，以確保冒口鋼液的溫度高于工件，形成冷卻梯度。

（5）齒圈開齒部位上方采用全明分段式保溫冒口，冒口使用耐火材料制作，彈簧孔上方采用暗冒口。

（6）工件內(nèi)、外壁施加冷鐵，保證冷卻凝固順序，更有利于排氣、排渣。

（7）澆注完畢后，在冒口上方覆蓋助燃材料和保溫材料，讓冒口最后凝固。

傳統(tǒng)齒圈是先鑄造成外圓，進(jìn)行熱處理，再開齒。由于熱處理的熱影響區(qū)有限，熱處理完后再開齒，齒面的硬度本身就存在偏低和不均勻問題，這樣就難以保證使用壽命。從圖1可以清晰看出，與以往的齒圈造型不同，本次造型是將齒形鑄造出來，這樣做的目的是為下一步熱處理做準(zhǔn)備。

造型中的冒口沒有采用整體全冒口，而是采用了分段式全冒口，這樣就提高了保溫效率，更有效地延緩了冒口冷卻速度，更有利于排氣和浮渣，見圖2。

圖2　分段式全冒口宏觀形貌以及凝固順序示意圖

為了保證排氣順暢以及在凝固時(shí)受力均衡，造型中齒圈冒口端厚度要比底部厚度多出一部分，即采用非對(duì)稱式布置，見圖3。

圖3　冒口下端齒圈多出部分示意圖

按上述造型方案鑄造的米哈萬噸線大齒圈，在熱處理完成并粗加工后進(jìn)行超聲波（UT）檢測(cè)，以? 6靈敏度檢測(cè)，完全能夠達(dá)到GB/T 7233.1-2009Ⅱ級(jí)要求，提高靈敏度后（?4），依舊能夠達(dá)到Ⅱ級(jí)要求；進(jìn)行磁粉（MT）檢測(cè)，齒面基本無缺陷，只是在冒口的上平行端面存在一些不超標(biāo)的疏松缺陷，稍作打磨即可，見圖4。

圖4　UT、MT檢測(cè)后的大齒圈宏觀形貌圖

3　熱處理工藝改進(jìn)

齒圈的使用壽命在于齒面硬度，在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，齒面硬度越高，耐磨性越好，在同等工況下，使用壽命越長(zhǎng)。

國(guó)內(nèi)大齒圈的熱處理工藝基本為正火+回火，該工藝的冷卻過程（空冷）比較平穩(wěn)，采用該冷卻方式變形量較小，冷裂傾向性低，防變形的預(yù)留機(jī)加工量較小。但缺點(diǎn)也很明顯，成品齒面硬度偏低（210HBS左右），從齒頂?shù)烬X根硬度逐步下降，不均勻。

米哈大齒圈的齒形由鑄造完成，齒面單邊預(yù)留10～15mm的機(jī)加工量，采用淬火（夏季水冷，冬季油冷）+回火熱處理方式，為了避免淬裂傾向性以及變形量大這兩個(gè)難點(diǎn)，采取了下述辦法：

（1）所有圓滑過渡的地方，倒角均提高到R50mm，防止急冷開裂，見圖1。

（2）半齒圈隨爐鑄造連接梁，熱處理結(jié)束后放置3個(gè)月才能去除，防止半齒圈張開變形。

（3）半齒圈兩個(gè)平行端面加大機(jī)加工預(yù)留量，能夠?qū)崽幚懋a(chǎn)生的扭曲變形機(jī)加工掉。

熱處理完成后，硬度測(cè)試值在290～320HBS之間，達(dá)到預(yù)期效果。

4　結(jié)語

（1）通過造型工藝的改進(jìn)，齒圈鑄造內(nèi)部質(zhì)量達(dá)到國(guó)標(biāo)Ⅱ級(jí)要求。

（2）通過熱處理工藝的改進(jìn)，齒圈的齒面硬度大幅提升，提高了使用壽命。

（3）中材裝備集團(tuán)有限公司熱工分公司的大齒圈從2015年開始均采用上述方式制作，產(chǎn)品質(zhì)量得以提高?！?/p>

2018年3月5日，國(guó)家發(fā)改委辦公廳發(fā)布《關(guān)于發(fā)布國(guó)家企業(yè)技術(shù)中心2017-2018年評(píng)價(jià)結(jié)果的通知》，中材裝備集團(tuán)有限公司再次通過國(guó)家企業(yè)技術(shù)中心考評(píng)。

企業(yè)技術(shù)中心建設(shè)是國(guó)家實(shí)施技術(shù)創(chuàng)新工程的一項(xiàng)重要內(nèi)容，是建立以企業(yè)為主體的國(guó)家技術(shù)創(chuàng)新體系和新型科技體制的重要環(huán)節(jié)。企業(yè)技術(shù)中心兩年一度的評(píng)價(jià)有著嚴(yán)格的考核條件，要求企業(yè)保持持續(xù)增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)實(shí)力和經(jīng)濟(jì)效益，還要求持續(xù)加強(qiáng)提升技術(shù)中心的創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)、技術(shù)創(chuàng)新能力、科技研發(fā)投入，研究開發(fā)與創(chuàng)新水平在同行業(yè)中保持領(lǐng)先地位等。

再次通過考評(píng)認(rèn)定，是對(duì)中材裝備研發(fā)實(shí)力的肯定，也是其作為科技型企業(yè)的有力體現(xiàn)。