旋轉澆鑄機的設計與應用

李明波

（濟南濟鋼鐵合金廠，山東 濟南250101）

1 前言

非晶合金母材現有的生產工藝采用手工造型澆鑄，利用成型的圓形黏土磚做型腔，擺放到砂箱中，做成底澆式澆鑄系統，將鋼液通過鋼水包從鑄型的底部引入型腔，底澆包和鑄型的容量均為0.5 t。采用這種方法生產的非晶母材澆鑄成本850元/t，手工造型的效率較低，平均每人每班1箱，非晶母材的單班產量僅為1.5 t。為此，設計制作了一種旋轉澆鑄機，實現了非晶母材的半連續氣體保護澆鑄，提高了生產效率，保證了產品質量。

2 旋轉澆鑄機的運行過程

在整個澆鑄過程中，旋轉澆鑄機處于運轉及停歇的交替變換中。在澆注工位，鋼水包通過底部滑動水口向鋼錠模傾注鐵液，澆鑄之后，圓盤轉動澆鑄下一個工位，直到鋼水包內的鋼水全部澆鑄完畢，冷卻后進行脫模，從而實現非晶母材的半連續澆鑄。為避免澆鑄過程中合金母材的氧化，實行全過程氣體保護澆鑄。

旋轉澆鑄機運行過程中，不僅要保證整個澆鑄過程有規律的順利進行，還要求澆鑄機停位準確，并有一定的停留時間。由于旋轉澆鑄機支撐平臺、鋼錠模及澆鑄的非晶母材均處于周期性運轉，轉動慣性大，圓盤啟動、停止時易出現沖擊，容易引起鋼液飛濺，甚至影響澆鑄質量。因此，圓盤起動加速及停止減速要求平穩，不能出現沖擊及晃動。如何保證傳動方式可靠性、運轉定位的準確性及平穩性是圓盤澆鑄機設計成功與否的關鍵。

3 旋轉澆鑄機的結構

旋轉澆鑄機由旋轉支撐機構、驅動機構、支撐平臺、鋼錠模快換機構、澆鑄機構和氣體保護機構組成，如圖1所示。

圖1 旋轉澆鑄機結構

3.1 旋轉支撐機構

旋轉支撐機構要求運行平穩，需支撐鋼錠模及鋼錠的重量，因此旋轉支撐機構采用上、下支撐，均采用單獨支架和軸承支撐。下軸承采用滾動軸承，其軸承座固定在底座上；上軸承采用推力軸承，其軸承座固定在上支架上；上支架與底座固定連接，對主軸上、下端均起到固定作用，使旋轉更加平穩、可靠。

3.2 旋轉驅動機構

旋轉驅動機構采用液壓驅動，其工作原理如圖2所示。

圖2 旋轉驅動原理

在旋轉平臺周邊均勻分布12個柱銷對應12個工位，當運轉開始時叉板進退油缸帶動叉板向前運動，叉板的叉槽進入柱銷后，推進油缸帶動拖板向前運動，到位時澆鑄機轉動1個工位。隨后，叉板進退油缸帶動叉板后退，后退到位后推進油缸帶動拖板退到初始位置。這樣，系統完成推進，并為下一個推進循環做好準備。

3.3 澆鑄機液壓系統

由于旋轉推進機構的特殊性能，整個液壓系統也非常簡單，所需實現的功能為依次驅動2個油缸運動。系統由泵站提供液壓油源。泵站溢流閥選用常開式電磁溢流閥，當系統不工作時，電磁溢流閥處于卸荷狀態，這樣可以避免溢流閥長時間溢流而導致系統發熱。當系統循環開始時，電磁溢流閥通電，系統迅速升壓達到工作狀態。

在推進油缸回路上安裝有2個行程減速閥，減速閥1安裝在油缸行程的初始位置，油缸向前運動時緩慢加速；而減速閥2安裝在油缸行程的末端，油缸停止時緩慢減速，從而保證系統運轉的平穩性。電液換向閥采用Y型中位機能，在系統推進循環開始時，拖板位置浮動，有利于叉板順利進入柱銷，從而提高叉板動作的可靠性。

3.4 支撐平臺

支撐平臺支撐在推力軸承上，用于放置鋼錠模，因此要求有足夠的強度。旋轉平臺與主軸固連在一起。由于鋼錠模在澆鑄后的溫度較高，為防止鋼錠模的熱量通過平臺傳到主軸及軸承上，在平臺和鋼錠模之間設置隔熱層，從而阻止熱量的傳遞。

3.5 澆鑄機構

澆鑄時，鋼水包中的鋼液通過底部的澆口流到鋼錠模內，每澆滿1個鋼錠模關閉底澆口，旋轉另一鋼模到澆鑄工位，重新打開底澆口繼續澆鑄。

3.6 氣體保護機構

為防止非晶合金母材澆鑄過程中的氧化，影響產品質量，在澆鑄過程中使用氬氣保護。氣體保護裝置由主管、噴嘴、插接頭組成。主管成圓形，上面安裝有12個噴嘴，每個噴嘴對應1個鋼錠模，噴嘴的方向對準鋼錠模的模腔，主管與平臺一同旋轉。澆鑄過程中，通過噴嘴向模腔吹保護氣體，使鋼錠模在澆鑄前先排空模腔的空氣，澆鑄過程中氣體保護澆鑄，減少表面氧化。

3.7 鋼錠模快換機構

為保證澆鑄的順利進行，設置鋼錠模取模、裝模機構。在取模工位取模只需液壓缸伸出，即可將澆鑄后的鋼錠模推離支撐平臺進行冷卻脫模。在裝模工位，液壓缸動作，將鋼錠模迅速推上支撐平臺，上述動作均與鋼錠澆鑄的同時進行，完成鋼錠模的快速更換。

鋼錠模使用前需在內腔壁上噴涂一層脫模劑，并進行預熱。澆鑄后自然冷卻20 min后需及時脫模，以防損壞鋼錠模內腔。鋼錠模底部的耳孔使用鎂砂加玻璃水攪拌均勻后填補到與底面平齊，這樣有利于鋼錠脫模。鋼錠模在使用前，仔細檢查內腔表面是否有損壞，當出現凹坑或凸起時，應進行修補打磨后方可使用。

4 結語

非晶合金旋轉澆鑄機自2012年10月投人生產以來，運行穩定，非晶合金產品質量穩定，達到預期的設計性能指標。根據實際運行統計，澆鑄機單班產量達5 t，澆鑄成本220元/t，同時減輕了操作人員的勞動強度，取得了較好的經濟效益。