淺談離心鑄管生產設備及工藝與瓶頸

李甫（大連萬陽重工有限公司,遼寧大連116317）

淺談離心鑄管生產設備及工藝與瓶頸

李甫
（大連萬陽重工有限公司,遼寧大連116317）

摘要：本文通過在生產中的實踐，簡述臥式離心鑄管技術的發展及工藝方法，著重描述生產的設備及離心工藝控制的關鍵點及鑄管新技術的應用。并對現存的瓶頸及問題進行總結。

關鍵詞：離心鑄管;設備;工藝;新技術;瓶頸

0引言

在管類、套類、輥類以及雙金屬或者多層金屬制造方面，離心鑄造方法無論從生產效率、產品質量方面都有不可比擬的優勢，例如補縮能力及充填能力強、外表致密度高、力學性能好、工藝出品率高。??本文簡述以下幾個方面

（1）設備要點：針對產品類型的設備選擇，合理的針對離心鑄造設備，并對其進行特定的設備配置方案。

（2）工藝要點：優化離心澆注工藝參數，規范離心鑄造工藝設計，如轉數的設計、澆注定量、澆注裝置設計，嘗試加入新技術等。

（3）生產中的瓶頸：目前離心鑄造出現的問題簡單列舉。

1離心鑄管的特點

1.1運動特點

在離心力作用下，密度較小的質點向旋轉中心移動（內浮）；密度較大質點向型壁移動（外沉）。它們的浮、沉速度比一般重力鑄造時可大約G倍，故離心鑄造時密度較小的氣泡、渣粒能很快移向自由表面或處于鑄型中部的澆注補縮系統中，但鑄件易產生密度偏析。

1.2凝固特點

（1）凝固順序是由鑄管外表皮向內表皮凝固。

（2）離心鑄造的補縮能力強，金屬液的離心力比重力大G倍，它具有較大的克服晶粒間補縮通道對晶粒間縮松進行補縮的能力。

（3）進入離心鑄型的金屬液會在結晶前緣上有固液相混合區上發生相對滑動，使鑄件橫斷面上得到傾斜狀的柱狀晶。如果滑動劇烈，促使形成等軸晶。

（4）進入鑄型圓柱表面上的金屬液是逐層覆蓋在軸向上充填鑄型。

2主要設備選用

鑄管采用的是臥式離心機，涂料金屬型離心鑄管（熱模法），模具（型筒）的材料選擇以耐熱沖擊及強度為前提（如30CrMo等），并考慮加熱的經濟性來設計厚度，在此不再詳細敘述。

2.1澆口選擇

（1）小口徑鑄管

采用牛角式澆口，可在澆注槽中創建一定的壓力頭，增大金屬液進入型筒時的軸向初速度，適用于在鑄型一端澆注較長的鑄件，也可用于澆注小口徑的鑄件。對于澆注小口徑的鑄件，通過增加澆口壓力頭的方法，使金屬液噴射進入型腔，這是小口徑鑄管的必然選擇。

（2）大口徑鑄管

對于大口徑（內徑≥200mm）較長（≥4000mm）的鑄管，由于金屬液的流程較長，且大口徑所需的鋼水量較大，從一個位置澆注會造成冷熱端溫度場分布不均勻，容易產生斷裂、組織偏析，更不利于模具的熱平衡，對模具的熱沖擊較大，減少模具的使用壽命。

因此對生產大口徑鑄管的離心機配有相對軸向移動式澆注槽，澆注槽的相對移動距離（節距）不能大于30-40mm，較小節距，通過提高鑄型轉速的方式，但是太高轉速會使鑄管表面出現薄的冷隔層。

2.2型筒的加熱及檢測設備

目前型筒的主要加熱方式為丙烷燃氣，分三段加熱（澆端、中段、尾段），不同區段不同溫度控制。對型筒的溫度檢測為手工檢測溫度和自動紅外線控溫裝置。更準確的監測型筒內外溫度，避免內外溫差較大。

2.3型筒涂料的噴涂及清理設備??

使用自動涂料噴涂設備及自動清理型筒的設備，不僅僅是可以實現半自動化的原因，自動噴涂的涂層均勻，質量穩定，可以改善型筒的涂料表面及鑄管的質量。

3工藝控制要點

3.1鑄型轉速的優化

目前生產上主要的計算公式有三種，5520公式、凱門公式、重力系數公式等，都是以離心力公式為基礎，給以不同假設前提推導而來，需要經具體生產條件修正。對既定的轉速優化方案如下：

（1）澆注較厚壁鑄件時，在澆注和澆注后鑄件初始凝固時，先采用較小型筒轉速，而后提高型筒轉速，防止鑄件外壁產生裂紋。

（2）澆注較長的薄壁管時，在澆注時可采用小的鑄型轉速，而后迅速的提高鑄型轉速，并在離心力作用下凝固。

（3）澆注大直徑的管件時，應適當降低鑄型轉速，因為型筒運動的線速度相對于進入的金屬液的線速度超過某一數值，則會引起較大的飛濺。

（4）在澆注結晶范圍寬的合金，可采用較高的鑄型轉速，以利于補縮、驅除金屬液中的夾渣或增強金屬液的充型能力。

3.2澆注前的控制要點

（1）鑄型的控溫方式鑄型采用紅外線自動測溫儀對型筒分三個區域（澆注端、中間端、尾端）進行實時溫度檢測，手工對型筒內部溫度進行檢測。總結內外溫差與型筒厚度的關系。

（2）選用適合的涂料配比，以避免粘管、出現氣孔、裂紋等為前提，合理選擇鋯英粉、石英粉及水玻璃的搭配比例。

（3）在實踐中總結自動噴涂設備的行走速度、風管壓力與形成涂層的厚度的關系，盡量做到參數化控制。

（4）澆注定量定量方式主要分為控制質量和體積兩種，質量定量準確，最便捷的方式還是采用吊車電子稱的方式。

3.3新技術的應用

（1）電磁攪拌技術：把旋轉的鑄型放在電磁場中，促使進入型內金屬液產生強烈的滯后于鑄型的相對運動，使鑄件獲得細等軸晶粒組織。

（2）在真空或者惰性氣氛中離心澆注，防止金屬氧化，出現夾渣。??（3）當有些合金鑄管在軸向收縮受阻時，常易產生橫裂，可在型筒的一端用氣動或液壓活塞作端蓋，或者澆端和尾端做部分斷臺。

4現存問題及瓶頸

目前，雖然離心鑄造工藝已經日趨完善，技術及設備參數化，但是仍然存在以下問題：

（1）紅外線控制型筒溫度只能測量型筒外表溫度，實際有效溫度為型筒內部溫度，尤其是較長的型筒的中段，只能利用手工對型筒的兩端用紅外線測溫。

（2）型筒的清理后，會產生大量的高溫涂料灰塵，造成車間的環境及空氣質量污染。布袋式除塵方式難以收集，吸風式要求大功率電機及配套設施，暫沒有更環保的方法解決！

（3）小于50mm的管徑的鑄造仍然是難點，首先，澆入金屬，現階段僅靠澆口壓力頭噴射解決。其次，直徑小的鑄管轉速高，容易出現夾雜或者斷管等問題，都有待于持續研究。

參考文獻:

[1]ASMinternational，15-casting[S].ASMHANDBOOK，2008.

[2]鑄造工程師手冊第3版，2010.