超大型磨機端蓋鑄鋼件的制造工藝

馬進，郭小強（共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川 750021）

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超大型磨機端蓋鑄鋼件的制造工藝

馬進，郭小強
（共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川 750021）

摘要：超大型磨機端蓋鑄件的制造技術是大型礦山機械制造業的關鍵技術之一，它反映了制造商核心競爭能力和技術水平。本文主要介紹該類產品鑄件的關鍵工序制造要點，包括鑄造工藝、冶煉工藝、造型工藝、熱處理工藝及焊接工藝的核心要點及控制要求。

關鍵詞：超大型磨機；端蓋；鑄鋼件；制造工藝

0　前言

礦山機械在經濟建設、科技進步和社會發展中占有十分重要的地位和作用，屬于國民經濟的支柱行業。近年來，隨著我國工業的高速發展，對礦產資源的需求量越來越高[1],而礦山機械設備部件的80%由鑄件組成，這也間接對大型鑄鋼件尤其是高性能鑄鋼件提出了巨大的、高水平的需求，也給我國大型鑄鋼件行業帶來了更為廣闊的市場前景。

磨機作為傳統的粉磨設備，已經有了100多年的歷史。它作為將固體物料細化制粉的重要設備，廣泛應用于冶金、化工、水泥、陶瓷、建筑、電力、醫藥以及國防工業等部門。尤其是冶金工業中的選礦部門，磨機作業更是具有十分重要的地位。

我公司生產的磨機鑄件主要包括球磨機、半自磨機和自磨機的耳軸鑄件和進出料端頭鑄件。本文主要介紹一種超大型球磨機端蓋鑄鋼件各關鍵工序的制造工藝及技術質量特性。

1　鑄鋼件質量要求

本文所述鑄件產品3D模型如圖1所示，鑄件尺寸為φ10 600×983(mm) ，鑄件凈質量36 t，毛坯質量47 t，最大壁厚250 mm，最小壁厚125 mm。

圖1　超大磨機端蓋鑄件圖

鑄件材質為ASTM A216 WCA，具體化學成分要求見表1，鑄件力學性能要求見表2 。

表1　化學成分要求　（質量分數，%）

表2　力學性能要求

2　各關鍵工序的制造工藝

2.1鑄造工藝

本產品鑄件在鑄造、熱處理、加工、焊接等多個工序存在變形的可能性。變形后，難以矯正，如果通過尺寸焊補的辦法，則更容易變形。因此主要借鑒類似結構小型磨機鑄件生產經驗，根據變形趨勢，在鑄件的不同位置設置加工量和非加工面工藝補正量，加工面設置20～50 mm，非加工面設置5～15mm可有效解決，如圖2所示。另外，該類鑄鋼件易產生縮松、縮孔類缺陷，應用計算機三維凝固模擬與傳統模數計算相互驗證，來優化設計鑄造工藝方案，最終確保合理的的補縮梯度，實現有效補縮和順序凝固，確保鑄件獲得致密的組織和極低的缺陷率。

圖2　加工量設計圖示

2.2造型工藝

鑄件形狀簡單，但其直徑尺寸大，造型需要的砂箱尺寸大。澆注系統采用小砂箱胎板造型，澆注系統造型完畢翻箱后，再進行中圈造型。由于鑄件的結構特點，在鑄件斜坡面與砂箱平面之間形成一個較大的空間，如果將這個空間全部采用砂子填滿，將是極大的浪費。為此，在這個空間內放置一些支撐填塞物，減少砂子用量。待中圈砂子硬化后開始上箱造型，將上箱砂箱放入中圈之上，冒口、冷鐵等工藝措施準備到位后流砂，面砂為鉻礦砂，厚度約為40～80 mm，背砂為硅砂，如圖3所示。

圖3　上箱造型

2.3冶煉工藝

本產品鑄件澆注鐵液質量為130 t，冶煉質量為140 t，冶煉工藝為EAF+LF+氬氣保護澆注工藝[2]。冶煉本鑄件的主要難點為Cr含量的控制，選取Cr含量＜0.15%的廢鋼，配入相應的生鐵冶煉，以保證Cr含量滿足要求。冶煉的每個過程與節點都采取嚴密的過程控制措施，冶煉過程實現計算機實時跟蹤控制，化學元素含量采用管道送樣+光譜分析+氣體分析的檢測方法，滿足要求后才轉入下一工序，有效保證化學成分符合標準要求。

精煉過程全程吹氬，加合金前要求氧化性降低至7×10-6以下，采用硅鋁鈣鋇精煉劑球化夾雜物，使夾雜物充分上浮，出鋼前軟吹時間＞10 min。澆注時采用吹氬環保護澆注，減少澆注過程的氧化，同時滑板采用吹氬滑板，確保澆注時自動開澆，減少引流引起的氧化物進入型腔，保證鑄件的質量。

2.4熱處理工藝

本產品鑄件熱處理的最大難點是化學成分的合理設計以及在顧客已規定熱處理方式為正火的情況下的性能及金相組織的獲得，同時熱處理過程中的鑄件防變形也是重點。鑄件一旦變形，將很難通過機械方式或熱校正方式進行校正。因此，利用過去類似產品成分工藝性能歷史數據再結合專用的STECAL熱處理模擬軟件進行優化模擬，最終確定出合理的內控成分。

為了獲得好的力學性能，同時防止鑄件在熱處理過程中產生變形，采用正火空冷+回火的工藝方式[3,4]。正火溫度的選擇必須要合適[5]。正火熱處理的目的是充分溶解鑄件中的析出相，經奧氏體化后形成較小晶粒的奧氏體，冷卻后形成細F+P組織。正火結束后，再通過中高溫的回火，促進組織中少量的碳以碳化物的形式析出，同時降低鑄件殘余應力，保證后期鑄件尺寸的穩定性。為保證熱處理過程中溫度可控，除了采用計算機控制的天然氣熱處理爐偶控溫外，還需要在鑄件上接3個以上的拖偶，跟蹤鑄件實際過程溫度。

2.5焊接工藝

通過外觀及超聲波檢測，對發現的鑄件缺陷，以手工焊條電弧焊為主進行焊接，易變形部位全部采用焊條電弧焊。在焊接預熱時采用天然氣管火焰預熱的方式，將焊接部位表面預熱至50～60℃，去除鑄件表面的水汽。采取分區域對稱的方式焊接，控制每個焊道寬度小于30 mm，每一層焊接的厚度小于3 mm，焊接過程中控制焊接部位的層間溫度小于100 ℃。焊接量較大時，采用直徑為￠4.0 mm的焊條焊接，焊接電流控制在120～160 A之間，焊接過程中在焊接部位的背面及鑄件的其它部位安裝百分表進行測量和監控。一旦變形量超過0.5 mm，停止焊接，待尺寸恢復后繼續焊接。采用由內向外的焊接順序，內外腔尺寸、缺陷處理合格后整體進爐進行消應力焊后熱處理。

3　結論

通過對鑄件產品特點及難點進行分析識別，對其中的各關鍵工序進行優化設計，并嚴格過程控制，最終保證了該產品尺寸、外觀、成分、力學性能及NDT缺陷等均符合性能要求。同時在生產成本、交貨周期及各工序效率上具有較強的競爭力。

參考文獻

[1] 博思數據研究中心.中國礦山機械行業發展現狀及趨勢分析[DB/OL]. 2013- 07- 04. http://www.bosidata.com/ zhuanyongjixieshichang1307/X5161883GJ.html.

[2] 劉振鑣.國外大型鑄鋼件的制造技術[J].大型鑄鍛件，1993，60 （2）:56- 58.

[3] 徐超,韓建民,崔世海等.正火溫度對微合金化鑄鋼組織和性能的影響[J].北京交通大學學報,2005.8,29(4): 96- 98.

[4] 沈重鍛冶科熱處理組.大型鑄鍛件熱處理生產經驗[M ].北京:機械工業出版社(第一版),1960:90- 92.

[5] 申鵬,周勇.大型鑄鍛件粗晶及其解決方法的探討[J].大型鑄鍛件,2009.5(3):14- 17.

[6] 程行東,柴潤川. 解決薄壁大平面鑄件鑄造缺陷的幾種方法[J].中國鑄造裝備與技術,2014(4).

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（中國鑄造協會 消失模V法實型鑄造分會

Summary of manufacturing process for one kind of large mill head castings

MA Jin；GUO XiaoQiang
(Kocel Steel Foundry Co.,Ltd. , Yinchuan 750021,Ningxia,China)

Abstract：Large sized mill head manufacture technology is one of the key technologies of large mining machinery industry, which reflects the manufacturer's core competitiveness and skill. This article mainly describes some of the key process points of the relevant steel castings, such as casting technology, melting process, modeling technique, heat treatment and welding core elements and control requirements.

Keywords：large mill； head; casting; manufacturing process

作者簡介：馬進（1973—），男，高級工程師，主要從事大型鑄鋼件的熱處理工藝研究和質量管理工作.

收稿日期:2015- 08- 08

DOI：10.3969/j.issn.1 006-9 658.2016.01 .008

中圖分類號：TG260；

文獻標識碼：A；

文章編號:1 006- 9658（2016）01 -0021 -03

稿件編號:1508- 1024