鑄造微課堂

南京熱之夢

2025年10月06日 15:41

江蘇

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【熱壇學習】大型球鐵中開泵泵體的鑄造      某公司承接了國外Venusi900-1000型球鐵中開泵的生產(chǎn)任務。泵體毛坯重為8t，加上澆冒系統(tǒng)總重10.5t。而車間熔化設(shè)備僅有1臺5t／h沖天爐，在既無電爐又無大的保溫爐的生產(chǎn)條件下，用5t／h沖天爐生產(chǎn)8t球鐵件還從未嘗試過。如果該項目獲得成功，將會大大提高公司的生產(chǎn)能力，其意義是十分深遠的。      生產(chǎn)現(xiàn)狀及存在問題      沖天爐熔化能力不足，不能滿足鐵液量的需求；前爐容量小，只有3～3.5t；鐵液包容量不夠，目前只有5t和7t包各1個；車間最大橋吊起重能力為20t，不能保證正常生產(chǎn)；另外，鑄件打箱后，如果鑄件與鑄型不能順利脫離，生產(chǎn)將無法進行。      球化處理工藝及方法技術(shù)難度大，主要體現(xiàn)在：① 難以保證在工藝要求的時間內(nèi)完成球化處理；② 鐵液量不足，只有延長熔化時間，球化后的鐵液溫度不易保證；③ 沒有合適的鐵液包，只有采取2包同時澆注的工藝方案，存在2包球化處理的銜接問題，時間過長引起球化衰退，可能會導致10余噸鐵液因球化質(zhì)量而報廢，后果不堪設(shè)想。      工藝分析和設(shè)計   Venusi?900-1000泵體材質(zhì)為QT500-7，輪廓尺寸3150mm×1770mm×1800mm，主要壁厚28mm，為大型薄壁球鐵鑄件。鑄件熱節(jié)多且分散（中開法蘭、腿部、軸孔處等）易產(chǎn)生縮孔、冷隔、氣孔（嗆火）等缺陷。制定工藝方案時應慎重考慮以下問題：①砂箱設(shè)計應充分考慮天車起重能力，謹防起重超載；②澆注系統(tǒng)設(shè)計應選用2包同時澆注的方案，但應考慮2部天車如何完成澆注；③如何克服熔化能力和前爐容量不足，2包球化等工藝問題；④球化處理過程天車如何調(diào)配使用；⑤如何防止鑄件開裂、漂芯、嗆火、冷隔等質(zhì)量問題。      Venus?i900-1000泵體模樣、芯盒由外商提供，鑄造工藝如圖所示。采用呋喃樹脂砂造型、制芯，工藝設(shè)計詳述如下。

      澆注系統(tǒng)設(shè)計

      由于沖天爐熔化能力、澆包容量不足將影響鐵液出爐溫度和球化處理后的澆注溫度。為保證鑄件質(zhì)量，應用大孔出流理論設(shè)計澆注系統(tǒng)。采用2套獨立的澆注系統(tǒng)，主澆道置于大身、腿一側(cè)，輔助澆道設(shè)在進水法蘭與中開法蘭一側(cè)，呈對角放置；內(nèi)澆道從中間分散引入快速充型，頂部溢流補縮的工藝措施。澆注系統(tǒng)計算如下。      （1）確定直澆道有效高度（H）：上箱高度H1＝1200mm，外澆口杯高度H2＝300mm，H＝H1＋H2＝1200＋300＝1500mm      （2）澆注系統(tǒng)各組元截面比為：ΣA1∶ΣA2∶ΣA3＝4:6:3其中A1、A2、A3分別為直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道截面積。      （3）鑄件有效澆注時間t＝120s      核算鐵液在型腔內(nèi)的平均上升速度v＝C／t＝1800／120＝1?5（cm／s）（注：C為鑄件高度）。      （4）計算有效截面比：直澆道與橫澆道截面比k1、直澆道與內(nèi)澆道截面比k2：    k1＝μ1·A1/μ2·A2＝0.67（μ1、μ2分別為直澆道和橫澆道流量因數(shù)?均取0?55）    k2＝μ1·A1/μ3·A3＝1.63（μ3為內(nèi)澆道流量因數(shù)?取0?45）      （5）計算內(nèi)澆道平均壓頭           hp＝970mm＝97cm      （6）計算內(nèi)澆道截面積           ΣA3＝64cm2      （7）主、輔澆道截面積的計算與分配      因生產(chǎn)現(xiàn)場無合適的鐵液包,容量都達不到10t,只能考慮2包同時澆注,采用7t和5t包球化處理進行生產(chǎn)。因此,主、輔澆道截面積的分配確定為7:5,即主澆道約占60%，輔澆道為40%。則ΣA內(nèi)主＝60%ΣA內(nèi)＝38.4cm2，ΣA內(nèi)輔＝40%ΣA內(nèi)＝25.6cm2      橫澆道采用緩流式澆注系統(tǒng)，橫澆道截面形狀為高梯形，橫澆道與內(nèi)澆道的高度比達8倍以上。外澆口杯采用2個1600mm×1200mm的砂箱?分別制做成池形結(jié)構(gòu)，要求：①能充分擋渣；②能滿足2部天車起吊鐵液包，完成同時澆注；③容量不得少于500kg，以防鐵液包栽頭引起鐵液飛濺發(fā)生燙傷事故。      冒口位置及數(shù)量的確定      應用均衡凝固理論設(shè)計冒口      根據(jù)均衡凝固理論，球鐵鑄件凝固過程同一時刻的石墨化膨脹與收縮相抵的自補縮作用和澆冒口外部補縮的規(guī)律。設(shè)計冒口應注意以下幾點：①補縮量只是收縮量的一部分而不是全部，補縮時間只是凝固時間的一部分而不是凝固時間的全過程；②球鐵件的冒口凝固時間不必晚于鑄件凝固，同樣冒口模數(shù)也可小于鑄件模數(shù)；③冒口安放位置應離開熱節(jié)；④球鐵件可利用澆注系統(tǒng)進行補縮，實現(xiàn)無冒口鑄造，生產(chǎn)出組織致密的鑄件。       確定冒口尺寸      冒口采用圓柱形標準結(jié)構(gòu)H／D＝1.2，依據(jù)計算的冒口模數(shù),，尺寸確定為Φ160mm。    冒口頸長度L＝25mm，形狀為長條形，尺寸設(shè)計30mm×160mm×25mm。      冒口及冷鐵放置      Venusi?900-1000泵體壁厚差別懸殊，中開法蘭、軸瓦孔、腿部等處厚度達60～90mm，而主要壁厚只有28mm。由于熱節(jié)分散，補縮比較困難。依據(jù)鑄件幾何熱節(jié)分布和均衡段個數(shù)，按照均衡凝固原則，應盡量減少接觸熱節(jié)。為提高冒口補縮效果，采用7個縮頸式保溫冒口，分別置于上型的軸承支架法蘭端面、進出水法蘭頂部、兩腿及中開法蘭兩側(cè)最高點。      為減少局部熱量集中，配合冒口補縮。外冷鐵分別放在中開法蘭上端面（加工面）及腿部的側(cè)面，應注意上型要避開冒口位置。根據(jù)鑄件的形狀和壁厚，外冷鐵尺寸采用：中開法蘭250mm×75mm×40mm，上下型各12塊；腿部200mm×65mm×40mm，上型、腿處下部各1塊。      熔煉、孕育球化處理與澆注      為提高沖天爐熔化能力，增大爐膛尺寸（熔化帶），修正風口比。采用沖天爐爐缸噴氧新技術(shù)，提高熔化率和鐵液溫度，使熔化速度達6~6.5／h，出爐溫度在1450℃以上。同時為加大前爐儲存鐵液的容量，對前爐進行改造。在原出渣口正上方，前爐頂部增設(shè)出渣口（即雙排渣口前爐，上排渣口與過橋齊平）容量達到5.5~6t。      球鐵鐵液化學成分控制如下：3.3-3.8%C，2.5-2.8%％Si終，Mn＜0.5%，P＜0.06%，S終＜0.025%，0.04-0.06%Mg殘，0.03-0.04%RE殘。      噴氧設(shè)備經(jīng)過減壓的氧氣由管道經(jīng)緩沖罐、流量計送至均壓罐，再經(jīng)3只分管路、減壓器、電磁閥、止回閥、膠管和氧槍總成，經(jīng)爐缸區(qū)專用風口將氧氣直接吹入缸內(nèi)，從而提高了加氧效率。生產(chǎn)中噴氧量按總氧量的1~4%進行控制，均壓罐壓力調(diào)至0.8MPa，噴氧槍壓力一般控制在0.4~0.6MPa。      孕育及球化處理      孕育處理采用包底＋流槽＋浮硅＋澆口杯復合孕育。孕育總量0.9-1.2%。球化處理工藝采用常規(guī)的包底沖入法。首先用5t包打出4t鐵液并覆蓋保溫，以滿足7t包鐵液的需求。      將7t包吊入前爐坑，調(diào)整好位置，排出渣口見鐵液后，堵眼砸實，上排渣口放渣。將合金加入包內(nèi)，覆蓋鐵削，碎硅備用。此時將5t包吊到預定位置，待上排渣口見鐵液后迅速清理出鐵口砸實的煤砂，打開出鐵口；當球化反應進行約30s后，將儲備的原鐵液迅速倒入7t包內(nèi)，約1min開走天車，20t天車到位，掛鉤使?jié)舶鼞铱铡４F液盛滿后，堵眼扒渣，整個球化反應時間3～5min。      7t包吊走后，迅速將5t包搖回并采取冷水噴灑強制冷卻。干燥后加入合金，用鐵屑覆蓋，吊入前爐坑內(nèi)，調(diào)整好位置。當下排出渣口見鐵時，開始打火，包滿后迅速扒渣并覆蓋。      由于采取2包同時澆注，前期7t包要等5t包，為防球化衰退7t包球化劑加入量為1.6~1.8%，5t包加入量為1.5~1.7%。      由于提高了熔化速度，7t包和5t包的整個球化處理過程時間能控制在15～18min，可有效地防止球化衰退。嚴格控制修包尺寸，確保7t包容量達7t。為便于球化處理時二次扒渣，防止回流，5t包修成4t容量。       澆注      7t和5t包分別用天車吊到泵體鑄型外澆口外的指定位置，2包同時澆注。應注意溢流口發(fā)生節(jié)奏性噴動時，要穩(wěn)流操作，使鐵液充分溢流；澆注過程應點火引氣。澆注現(xiàn)場秒表記時澆注時間為90s左右，用便攜式測溫計測澆注溫度為1340～1360℃基本與計算相符。澆注后鑄件應保持72h以上再打箱，防止開箱過早引起鑄件開裂。       工藝效果       經(jīng)生產(chǎn)驗證，應用爐缸噴氧技術(shù)之后，5t/h沖天爐熔化率實際達到6.5t／h鐵液溫度在1460～1500℃，比常規(guī)生產(chǎn)提高了20～50℃。本批共生產(chǎn)Venusi?900-1000泵體4件?鑄件本體球化率達80%以上。無論從外觀質(zhì)量還是內(nèi)在質(zhì)量均達到了標準要求。鑄件力學性能見表，金相見圖。          結(jié)束語

      用5t／h沖天爐在現(xiàn)有生產(chǎn)條件下成功地生產(chǎn)出8t球鐵件，說明所采用的工藝方案及技術(shù)措施切實可行、有效。進一步拓寬了公司的生產(chǎn)能力，公司已具備生產(chǎn)9～10t厚壁球鐵件的能力。

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