自動化鐵液搬運系統實現不倒包澆注

■汪海峰，連速

一、概述

我公司于2009年正式搬遷至現址進行生產，主要產品為發動機缸體和曲軸，材質包括灰鑄鐵與球墨鑄鐵。實際生產中，采用沖入法與倒包（處理包倒入澆注包）相結合的方式進行鐵液的澆注，而倒包的操作方式造成了很多弊端，對成本、效率、環境、安全及質量等多方面造成了直接或間接的消極影響，成為公認的困擾業界的難題。經過與國內外鑄造行業的專家進行深入的交流，我們了解到目前最高效、最直接實現鐵液澆注不倒包的方式就是采用鐵液自動搬運系統，并在長期的調研考察過程中，我們對此也有了清晰的認識。

本文通過對傳統鐵液轉運方式及國內外不同形式的鐵液自動搬運系統的介紹及對比，充分體現了鐵液自動搬運系統在實現鐵液澆注不倒包方面的優勢，同時我們將調研成果積極應用到新工廠規劃及目前生產線的改造之中，希望借此與大家共同探討。

二、傳統鐵液轉運方式

1. 傳統鐵液轉運過程

目前，幾乎多數生產球墨鑄鐵的鑄造企業都在沿用倒包操作方式，其具體過程是橋式起重機吊運處理包接鐵液（見圖1），達到要求重量后，由橋式起重機將處理包轉移至定置區進行扒渣、測溫工序(見圖2)，然后將鐵液由處理包倒至澆注包（見圖3），最后由叉車轉運到澆注機進行澆注（見圖4）。

2. 存在問題

根據我廠的實際應用，傳統鐵液澆注的倒包工藝存在以下幾方面的弊端。

（1）效率 每次的搬倒操作需耗時30s，按年產20 000t鑄件計算，每年浪費工時高達208h。

（2）安全 倒包過程中的鐵液四濺、橋式起重機吊運的高空作業，都是極大的安全隱患，且現場環境雜亂。

（3）成本 一方面，由于倒包操作時，為保證澆注溫度，就必然要提高鐵液的出爐溫度，相應地增加了電能消耗；另一方面，由于出爐溫度高，球化劑的燒損大，為保證球化效果，必須提高球化劑加入量。粗略統計，按年產20 000t鑄件計算，每年二者需多消耗成本高達20多萬元。

三、鐵液自動搬運系統

為解決上述難題，特別是如何實現球墨鑄鐵澆注不倒包，鑄造工作者一直在探索。隨著科技的高速發展，鐵液搬運自動化的成功應用徹底改變了傳統鐵液的轉運方式，其通過將鐵液的接打、轉運、球化、扒渣與澆注機銜接等工序實現高度自動化，滿足球墨鑄鐵、灰鑄鐵的生產要求，整個過程使用澆注包即可完成，也就從根本上消除了倒包操作。具體到球化處理形式上可采用喂絲球化和沖入法兩種方式。

1. 鐵液自動搬運系統與喂絲球化相結合

據了解，這種組合形式由于基礎條件要求較高（包括造價、布局、維護等），多為國外鑄造企業采用，其布局形式如圖5所示，這種方式有以下幾個特點：

（1）采用軌道實現鐵液搬運的自動化，操作人員少，節約人工成本。

（2）采用喂絲法處理球墨鑄鐵，環境好且澆注包不易掛渣，澆注包結構簡單，易實現自動化。

（3）自動傾斜式扒渣工藝，澆注包可后傾，人工勞動強度降低。

（4）電爐與造型線“一”字布局方式，布局緊湊，占地少，鐵液搬運裝置的用電走線沿墻壁做出，簡單易行。

部分現場照片見圖6～圖11。

圖1 吊運處理包接鐵液

圖2 定置區扒渣、測溫

圖3 鐵液從處理包倒入澆注包

圖4 叉車轉運至澆注機澆注

圖5 現場布局

圖6 中頻感應電爐

圖7 接鐵液工位

圖8 喂絲球化

圖9 后傾扒渣

圖10 臺車運轉

圖11 澆注

2. 鐵液自動搬運系統與沖入法相結合

現場布置如圖12所示。

結構特點如下：

（1）采用鐵液自動搬運系統轉運，鐵液造型線與4臺電爐呈“T”字形布局。

（2）臺車自動完成澆注包轉運，不需要叉車，橋式起重機在系統中只起到回鐵液的作用，利用率較低。

（3）使用溜槽固定鐵液流向，但溜槽設置在鐵液轉運臺車之上，隨搬運系統移動，采用天然氣烘烤。

（4）澆注包未設置扒渣口，將鐵液搬運至澆注機前進行人工扒渣，操作位有踏臺，鐵液較干凈，人工勞動強度低。

（5）稱重方式為臺稱式，臺秤隨臺車移動，出鐵重量在爐上操作臺有顯示，并設有超重提示。

（6）球化劑人工加入，操作位置在“T”字形布局的轉角處。

（7）球墨鑄鐵包使用周期為1000包次，原則為新筑澆注包進行球墨鑄鐵生產，隨著次數增加改為灰鑄鐵生產，期間不進行專項修補，直至重新修筑。

四、傳統方式與自動搬運系統對比

根據我廠的實際經驗，鐵液自動搬運系統在實現了澆注不倒包的同時，大幅提升了生產效率、環境安全、工藝質量及操作性，而且降低了成本。但是，鐵液自動搬運系統不可避免地要增加前期投資成本，且由于自動化程度高，一旦出現問題，會帶來不小的麻煩，所以對系統的保養維護是保證良好使用的重中之重。兩者對比見附表。

圖12 現場系統布置

傳統方式與自動搬運系統對比

五、對新建廠的規劃及現生產改造的一些啟示

1. 新工廠建設規劃

隨著企業的日益發展，現有的生產能力將無法滿足日益增長的產能需求，為此公司規劃建立一個自動化程度較高、安全環保的現代化新工廠，熔化工部作為鑄造車間5大工部中的重點工序得到了高度重視，通過傳統方式與自動化搬運的對比，實現鐵液澆注不倒包是必然的選擇，結合工廠的整體規劃，新工廠計劃采用“L”形布局，在球化處理方面考慮到我廠多年生產經驗，以及不掌握喂絲技術的實際情況，原則上采用沖入法，圖13是我廠參考國內企業設計的布局方式。

2. 生產改造

針對我廠倒包操作的現場改造，雖然受資金投入、改造難度、基礎條件等方面的制約而無法實現軌道自動化，但通過對采用沖入法自動搬運系統使用廠家的考察，我們發現可以采用溜槽的方式來解決倒包操作帶來的弊端，由叉車負責鐵液的轉運，取消橋式起重機的高空作業。

首先，使用溜槽可以實現鐵液的定向澆注，特別是對于球墨鑄鐵生產，確保了鐵液能夠準確沖入球化室，為實現良好球化效果提供了重要前提。

其次，對爐前進行改造，增加了地秤及承托溜槽的龍門架，經過對地秤與顯示屏信號輸入、輸出的防護，保證了其使用的可行性，從而取消了橋式起重機吊秤的作業。

另外，在對澆注包進行設計改造后，通過品保部門的工藝驗證，采用澆注包直接進行球化澆注的可行性也得到了認可，至此，采用溜槽與地秤相結合的方式也實現了鐵液澆注的不倒包工藝（整體改造如圖14所示），現場的部分照片見圖15～圖18。

六、結語

隨著社會的進步，安全環境標準的提高，人工費用的增長，鑄造生產自動化的需求越來越迫切，尤其熔化工部是一個溫度高、環境差、安全度低的工作場所，更加需要提高自動化程度，因此改變傳統的生產操作方式，徹底取消倒包操作帶來的各種弊端迫在眉睫，盡管鐵液自動搬運系統前期的資金投入較大，系統的維護保養需要專業化，但其在實現鐵液澆注不倒包方面無疑具有顛覆性的優勢，相信大多數鑄造企業對其都是望而卻步的，然而不可否認，熔煉自動化必將是鑄造行業未來發展的方向，即使無法實現全部自動化，我們也要做到持續改善，在現有資源的基礎上不斷突破，為企業員工創造更加良好的職場環境。

圖13 新廠規劃布局

圖14 整體改造

圖15 爐前全貌

圖16 接打鐵液

圖17 叉車運轉

圖18 剩余鐵液處理