球墨鑄鐵管水泥涂層機的技術(shù)改進

李萬峰

（本溪北臺鑄管股份有限公司，遼寧 本溪 117000）

離心球墨鑄鐵管以力學(xué)性能好、耐腐蝕性好、節(jié)省金屬、施工方便、可靠性高，使用壽命長等優(yōu)點，在國內(nèi)外供水管道的設(shè)計和管網(wǎng)改造中發(fā)揮越來越大的作用。球墨鑄鐵管防腐性能很大程度上取決于水泥內(nèi)襯，提高水泥內(nèi)襯質(zhì)量，改善鑄管的外觀性能，是迫切需要解決的問題。市場競爭的形式要求企業(yè)必須下大力氣做好產(chǎn)品質(zhì)量工作，從而提高市場生存能力，提高合格率、降低成本。北臺鑄管為確保在國內(nèi)外的競爭地位，必須依靠先進技術(shù)，大力提高產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化工藝結(jié)構(gòu)。為此，對離心球墨鑄鐵管的涂襯質(zhì)量進行攻關(guān)，找出影響內(nèi)襯質(zhì)量的設(shè)備原因，采取相應(yīng)措施，進行改進。

1 球墨鑄鐵管水泥襯層生產(chǎn)的原理和工藝簡介

1.1 水泥襯層工藝原理

水泥襯層工藝是生產(chǎn)鑄鐵管的一個重要工藝，其工作原理是：攪拌機將一定比例的沙、水和水泥攪拌均勻，通過布料機打入精整合格后的鑄鐵管內(nèi)，然后，在托壓輥下高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的離心力使水泥砂混合物緊緊貼在鑄管內(nèi)壁上，倒水工位將澄出的水排出管外，在經(jīng)過養(yǎng)生坑完成本工序。

1.2 水泥襯層工藝簡介

接精整合格管→攪拌站攪料→上檔環(huán)→布料工位布料→離心工位旋轉(zhuǎn)、襯層→下檔環(huán)→倒水工位清理→檢查合格下線入養(yǎng)生坑。

1.3 存在的問題及分析

1.3.1 鑄管內(nèi)襯分層

鑄管內(nèi)襯分層是水泥漿與砂的離析，由于兩者的比重不同，水泥砂漿未凝固前收到高速離心力的作用，較輕的水泥、灰分物質(zhì)浮在水泥內(nèi)表面，較重的砂子折沉積在襯層的外表面附著在鑄管的內(nèi)壁，稱為內(nèi)襯分層。由于托輥旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速一直不變，鑄管至于離心脫水工位上始終是一個速度旋轉(zhuǎn)，鑄管旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力不能滿足工藝，造成鑄管水泥砂漿襯層出現(xiàn)嚴重的分層缺陷，水泥層厚度占占內(nèi)襯比例的1/3，有時嚴重的占1/2。

1.3.2 鑄管內(nèi)襯襯層不實

鑄管內(nèi)襯襯層不實是水泥砂漿離心脫水后，襯層外表面附著一層厚厚的水泥漿，襯層外表面含水量大，產(chǎn)生大量的浮漿，硬化后襯層內(nèi)外表面的強度達不到工藝要求的范圍，稱為內(nèi)襯襯層不實。DN800-DN1200兩托輥間距調(diào)制到最大，兩托輥中心與鑄管中心夾角在80°～85°，達不到工藝要求的95°～105°。

1.3.3 鑄管內(nèi)襯產(chǎn)生氣泡和內(nèi)流

水泥砂漿配比含水量大，局部砂漿離心力不均勻，砂漿與管黏合不好，養(yǎng)生過程中產(chǎn)生膨脹，形成大面前氣泡。水泥砂漿稀含水量大，內(nèi)襯后鑄管內(nèi)部水泥砂漿中的水未能與混合后的砂、水泥完全分離，造成內(nèi)部水泥漿大，導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)流。

1.4 改進措施

1.4.1 鑄管離心托輥旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速實現(xiàn)分段可調(diào)

為改善內(nèi)襯質(zhì)量，解決鑄管內(nèi)襯分層的缺陷，必須解決鑄管托輥轉(zhuǎn)速從低向高逐步分段加速的問題，將旋轉(zhuǎn)的齒輪泵改造成(SYDFE1-2X/140RPPB12N00力士樂)由比例板控制的軸向柱塞泵和增設(shè)相應(yīng)的自動化控制系統(tǒng)，利用自動化的比例放大信號進行反饋控制泵的流量，從而控制托輥轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)托輥低-中-高三個階段運轉(zhuǎn)(能夠?qū)崿F(xiàn)無極變速)，確保鑄管的離心轉(zhuǎn)速能夠滿足工藝要求。

1.4.2 減小離心鑄管脫水時的振動

為了減小離心鑄管脫水時的振動，解決鑄管內(nèi)襯襯層不實的現(xiàn)象，增大托輥基座寬度，增大托輥可調(diào)范圍，兩托輥中心與鑄管中心夾角由80°～85°達到工藝要求的95°～105°，增加減壓閥調(diào)整壓輥壓力，防止離心脫水時管竄動，壓輥壓力控制在0.2MPa左右。通過改進增大了鑄管中心和選擇托輥中心之間的夾角和壓輥壓下力，為解決鑄管襯層不實創(chuàng)造了有力條件。

圖1 離心脫水工位圖

1.4.3 改進擋輥

擋輥表面為圓柱型裝且表面光滑，管子在高速旋轉(zhuǎn)時受到的撞擊力小，無法在短時間內(nèi)把砂漿中的水脫離出來，養(yǎng)生后出現(xiàn)裂紋、離鼓等。把擋輥改成溝槽式擋輥且擋輥外皮為2‰斜度，管子在離心旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生更大的撞擊力，并能在短時間內(nèi)把內(nèi)襯水分脫離開來。

1.4.4 改進水泥砂漿配比、控制原料

為解決鑄管襯層易產(chǎn)生內(nèi)流、氣泡缺陷，嚴格控制原料的質(zhì)量。砂：砂粒8與10篩上物總和≤5%；20與30篩上物總和≥55%；100目篩下物≤5%；水分≤4%。水泥：水泥的初凝時間不得早于45min，且不得超過2h，終凝時間不得遲于5h，水泥中的MgO含量不超過5%，水泥中SO3不得超過3.5%。水泥的抗壓強度和抗折強度不得低于表1強度。

表1

嚴格控制水泥、砂、漿的比例，從新配比，調(diào)配稀稠度。水泥砂漿（水泥：砂子：水）配比是1:（1.0～1.5）：（0.3～1.0）為控制襯層內(nèi)流、氣泡缺陷創(chuàng)造了良好的條件。

1.5 旋轉(zhuǎn)托輥由原來的橡膠托輥改造成皮帶式

電機驅(qū)動傳動帶帶動管子旋轉(zhuǎn)，使管子進行高速旋轉(zhuǎn)，將水泥砂漿緊緊粘在管內(nèi)壁上，提高管內(nèi)壁的防腐能力，防止其對水質(zhì)的污染?？梢詫崿F(xiàn)混管過線。本次設(shè)備改造主要取消原橡膠托輥，采用皮帶式滾動旋轉(zhuǎn)，降低托輥消耗，切由于皮帶式掉裝旋轉(zhuǎn)對管本身橢圓度要求也降低了，提高管身旋轉(zhuǎn)速度，夯實管內(nèi)水泥內(nèi)襯，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。由于轉(zhuǎn)速提高更加充分混合水泥沙漿，還能進一步提高外排廢水質(zhì)量達到節(jié)能環(huán)保。

2 水泥襯層機組工藝技術(shù)說明

（1）擋撥工位：由無驅(qū)動軌道和停擋機構(gòu)組成。（2）對中工位+管徑和管長識別工位：管徑識別裝置、對中機和對中托輥組成。停擋機構(gòu)將上線的管子撥到對中工位，然后，將管子對中及進行管徑和管長的識別，以便進入后面的各工位進行工作。（3）手動上端堵工位：由主動旋轉(zhuǎn)機和從動旋轉(zhuǎn)機組成，手動上端堵及承插口端堵不包含在本方案中。在此人工將擋圈裝到承插口兩端，并充氣壓緊。（4）布料工位：由布料小車、主動旋轉(zhuǎn)機和從動旋轉(zhuǎn)機組成。布料旋轉(zhuǎn)可自動控制，可數(shù)字化調(diào)整，適應(yīng)管子內(nèi)部布料后旋轉(zhuǎn)。布料車采用吊掛式結(jié)構(gòu)，布料車行走采用電機減速機驅(qū)動帶有編碼器，齒輪齒條形式傳動。布料車行走變頻控制，可根據(jù)管子規(guī)格自動調(diào)整，定位精確，行走軌道有防護設(shè)施保證軌道干凈。在布料時，管子不停旋轉(zhuǎn)，水泥布料桿向管子輸送砂漿的同時，布料車向后移動，保證砂漿均勻分布在管子中。在布完水泥砂漿后，讓管子繼續(xù)慢轉(zhuǎn)，以保證水泥砂漿更均勻布置在管子中；布料泵采用變頻控制，可數(shù)字化調(diào)整，適應(yīng)不同管子內(nèi)部布料情況。布料車自帶二次攪拌裝置，采用兩個獨立攪拌室，攪拌室單個有效容量750L，每個獨立的攪拌室配一臺布料泵；為防止砂漿沉淀，二次攪拌的最大線速度約1.5m/s，攪拌室容量與獨立的砂漿制備強力攪拌機容量相匹配。（5）離心脫水工位：采用帶式襯層機形式，由擺動支撐托輪、漲緊輪、主動輪、傳動帶、壓輪裝置、擋管裝置和振打輪組成(180kW)如圖2。

圖2 吊帶離心脫水工作工裝圖

擺動支撐托輪由油缸驅(qū)動、帶位移傳感器、帶比例閥，托輪間距可數(shù)字化自動調(diào)整以實現(xiàn)。涂襯不同管徑的管子，托輪可自鎖，靈活可靠；實際間距操作面板可反饋；通過調(diào)整兩組擺動支撐托輪的間距實現(xiàn)管子向擋輪層移動，實現(xiàn)管子軸向竄動方向、力量可調(diào)可控。漲緊輪由帶位移傳感器的油缸驅(qū)動，帶位移傳感器，帶比例閥，用以調(diào)節(jié)傳動帶留在擺動支撐托輪間的長度，以適應(yīng)不同管徑的管子涂襯水泥。主動輪由電機驅(qū)動，離心速度變頻控制，數(shù)字化可調(diào)，以適應(yīng)不同管徑，來達到管子涂襯所需要的離心轉(zhuǎn)速，帶制動功能。以DN800管子為例：離心加速和自動時間均為8s。傳動帶是高強度耐磨傳動帶套在兩個擺動支撐托輪、漲緊輪和主動輪上，管子放置在兩個擺動支撐托輪支撐的傳動帶上，用來帶動管子旋轉(zhuǎn)。擋管裝置用于防止管子縱向串動。振打輪用于管子高速旋轉(zhuǎn)時，對管外壁進行敲打，使泥漿更好地附著到管內(nèi)壁上；管身振打輪分布均勻，振打力大小及起始時間可調(diào)可控。（6）舉升倒水+卸插口端堵工位：由主動升降旋轉(zhuǎn)機和從動旋轉(zhuǎn)機組成，管子到達倒水工位后，由承口的升降旋轉(zhuǎn)機升起，使管子承口高于插口，脫出來的水從插口流出。然后，承口升降旋轉(zhuǎn)機下降，將管子復(fù)位，等待運輸?shù)较乱还の弧Ｔ谂e升倒水前，采用人工先將插口端堵卸下，承口的升降旋轉(zhuǎn)機升起，使管子承口高于插口，脫出來的水從插口流出。（7）卸承口端堵+檢查修補工位：由主動旋轉(zhuǎn)機和從動旋轉(zhuǎn)機組成，管子到達卸承端堵工位后，由人工先將承口端堵卸下后，管子等待運輸?shù)较乱还の?。人后由人工來檢查管子及進行修補，修補完成后等待運輸?shù)较乱还の?。?）六工位步進梁：步進機搬運對中+管徑識別工位、手動上端堵工位、布料工位、離心脫水工位、舉升倒水+卸插口堵頭工位和卸承口堵頭+檢查修補工位，共計6工位的步進機。（9）廢砂漿流槽用于將布料、離心襯層和倒水工位承插口處排除的廢漿和廢水導(dǎo)流向廢水沉淀池，要求可靠收集泥漿，同時，溝槽便于清理。（10）隔音罩用于降低離心襯層時設(shè)備所產(chǎn)生的噪音，隔音罩內(nèi)夾層隔音材料。

3 液壓系統(tǒng)

油泵選用柱塞泵，油泵選用力源、華德等的產(chǎn)品。溢流閥和換向閥等元器件選用北京華德的產(chǎn)品。高低壓濾油器全部為溫州黎明或遠東產(chǎn)品，壓力等級12MPa以下，清潔度NAS8.0。閥塊和管子內(nèi)外全部鍍鎳，油箱內(nèi)部噴塑，外壁做耐油漆處理。

4 改造效果

（1）托輥旋轉(zhuǎn)改造完成后，可以實現(xiàn)低-中-高轉(zhuǎn)速的變換，進行分段調(diào)整，襯層內(nèi)壁嚴重分層的現(xiàn)象得到解決，涂襯層的比例有原來的1/2～1/3，縮小到目前的1/5以下。（2）離心脫水工位改造完成后，鑄管托輥中心到管夾角中心增大，鑄管置于襯層機內(nèi)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，擺動明細減小，而且擋輥的改造同時增加了管的撞擊力，涂襯層的密實度得到了有效的控制。（3）水泥砂漿配比改進和原料進口的控制后，水壓砂漿的稀稠度和原材料質(zhì)量滿足了工藝要求，水泥涂襯質(zhì)量明顯改善，降低了水泥消耗，減少了氣泡、內(nèi)流缺陷。

5 結(jié)語

鑄管水泥涂襯機經(jīng)過改造后，鑄管涂襯運行平穩(wěn)、可靠，減少了設(shè)備故障，降低了水泥消耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本，滿足了內(nèi)襯工藝要求，內(nèi)襯質(zhì)量明顯大幅提高，在國內(nèi)同類金屬型離心鑄管廠水泥涂襯機的技術(shù)改進方面具有借鑒作用。