大型礦機用球磨機端蓋工藝設計

宋 亮

（共享裝備股份有限公司，寧夏銀川 750021）

大型礦機用球磨機端蓋工藝設計

宋 亮

（共享裝備股份有限公司，寧夏銀川 750021）

球磨機端蓋是礦山機械的關鍵部件之一，通過對球磨機端蓋鑄造工藝的設計、模擬仿真及實際生產驗證，為此類鑄件的生產提供了技術基礎。

厚壁球墨鑄鐵；球磨機端蓋；鑄造工藝設計

0 引言

磨機機組主要用于礦山機械行業(yè)鐵礦、銅礦等堅硬礦石的破碎作業(yè)。一般根據(jù)磨機端蓋的受力狀況，端蓋的材質主要選用球磨鑄鐵、低碳鑄鋼、鉚焊件、高強度灰口鑄鐵等。由于球墨鑄鐵、高強度灰口鑄鐵制造成本較低，在發(fā)達國家生產的鑄鐵端蓋比例較大，而在國內，由于受生產條件、技術水平、鑄件品質和焊接性能等諸多因素的制約，能生產的鑄鐵端蓋尺寸規(guī)格和數(shù)量較少[1]。圖1所示為實拍的磨機機組圖。

圖1 磨機機組圖

1 磨機端蓋鑄件技術要求

磨機在礦機機組中主要用于礦石的破碎作業(yè)，而磨機端蓋作為傳動軸的連接部位，需要承受高載荷、高力矩。因此，磨機端蓋需要具有高強度、高韌性。

圖2 磨機結構示意圖

所述磨機端蓋的輪廓大、鑄件毛坯質量和澆注質量大，且為回轉體鑄件，最大輪廓尺寸達到6 978 mm× 6 978 mm、質量40.9 t，澆注質量達到58 t，端蓋主體壁厚210 mm、最小壁厚134 mm、最大壁厚320 mm。磨機端蓋的結構如圖3所示。

圖3 磨機端蓋結構示意圖

1.1 機械性能

所述磨機端蓋的材料為EN-GJS-500 - 7U；化學成份要求w（Ti）＜0.02%、w（Si）＜2.35%；φ220 mm圓柱形試塊的機械性能指標如表1所示。

表1 φ220 mm圓柱形試塊的機械性能指標

1.2 磁粉檢測指標

適用標準：ASTM E1444。檢測方法：干法或濕法。非加工面的接受標準：表面上不能有外露的裂紋、熱裂或線性縮松等缺陷。

熔渣接受標準：熔渣長度≤2.54 cm。

1.3 超聲波檢測指標

適用標準：12680-3 II級。

檢測部位：所有表面進行UT檢測。判定標準：聲速＞5 500 m/s。

2 磨機端蓋鑄件工藝設計

本磨機端蓋鑄件的砂芯、砂型均采用呋喃樹脂砂，根據(jù)所述磨機端蓋鑄件單個砂芯和砂型的大小及混砂機的流砂量和砂芯、型的強度要求，相關技術參數(shù)為：樹脂加入量0.8%～1.2%、固化劑加入量30%～50%、可使用時間8～15 min、砂芯/型硬化后的硬度大于90 HB、抗壓強度大于4.0 MPa。砂芯、砂型制作完成后，還需要使用抗粘砂涂料噴涂兩遍，第一遍涂料波美度為50～60、第二遍涂料的波美度為40～50。

2.1 澆注位置的選擇

根據(jù)磨機端蓋鑄件的結構特點，為了利于補縮和減少夾渣問題，澆注方式選擇為大頭在上、小頭在下。造型分箱按照圖4的方式分為四箱。

圖4 磨機端蓋分箱示意圖

2.2 加工量和澆注系統(tǒng)設計

根據(jù)鑄造工藝設計手冊與相關標準結合磨機端蓋鑄件的結構特點及顧客的技術要求，確定此產品主體加工量為+8～20 mm，為防止鑄件上表面夾渣夾砂缺陷導致鑄件報廢，上表面的加工量取上限值。

磨機端蓋鑄件尺寸長、質量大、澆注時間長，且無法放置過濾裝置。因此本產品的澆注系統(tǒng)設計為全陶瓷澆注系統(tǒng)，從而避免了澆注系統(tǒng)自身沖砂造成金屬液的夾砂，同時也提高了澆注系統(tǒng)抵抗金屬液沖刷的能力。

如圖5所示，澆注系統(tǒng)的特點是開放式、低流速、由耐火陶瓷管組成、抗高溫金屬液沖刷能力強，其中金屬液流速可以控制在1 m/s以內。

圖5 磨機端蓋鑄件的澆注系統(tǒng)

2.3 冷鐵和冒口設計

大型厚壁球鐵鑄件件可使用無冒口鑄造和大冒口鑄造兩種方法[2]，模擬之前先對鑄件進行分區(qū)計算模數(shù)。根據(jù)計算的結果設計冒口和冷鐵，此產品選擇的是類似于鑄鋼件順序凝固補縮的方法設計，將冒口放置在靠近鑄件熱節(jié)的部位，保證冒口晚于鑄件凝固，補償液態(tài)收縮，此件選擇放置6個φ500 mm的保溫發(fā)熱冒口。

2.4 模擬仿真

在以上冷鐵、冒口布置及澆注系統(tǒng)設計的基礎上采用MAGMA軟件進行充型凝固模擬，具體模擬結果如圖6所示，從左圖中可以看出凝固最后都處于冒口中，從右圖中可以看出鑄件沒有發(fā)生縮松缺陷，符合設計要求。

圖6 凝固模擬效果圖

2.5 熔煉澆注參數(shù)設計

熔煉金屬液時采用高純度生鐵、兩級孕育和球化處理工藝，可大幅度降低成分偏析，并可預防石墨漂浮和冒口頸鑄件組織粗大[3]。結合磨機端蓋鑄件的實際：P含量小于等于0.03%、石墨形態(tài)為Ⅵ型、且要在能代表鑄件壁厚的試塊的中心部位取樣檢測，最終采用高純度生鐵、喂線孕育和球化處理的工藝，使得金屬液符合顧客技術需要。針對厚大斷面鑄件，其澆注溫度設定為1 290±10 ℃。

熔煉時使用中頻爐進行多爐同時熔煉，澆注時采用雙包雙水口合澆的技術方案。

3 生產驗證

按照以上方案制定的鑄造工藝試生產磨機端蓋鑄件，在對生產的鑄件進行檢測時，發(fā)現(xiàn)在鑄件澆注方向的下部有融合不良問題。經(jīng)過對問題根源的分析，改進了鑄造工藝，主要從澆注溫度和澆注系統(tǒng)兩個方面進行了改進，改進后的澆注溫度為1 340±10 ℃；改進后的澆注系統(tǒng)，放大了澆注系統(tǒng)的尺寸，使得澆注可以在120 s內完成。

利用改進后的鑄造工藝再次試生產磨機端蓋鑄件，鑄件的外觀、性能、組織、實體密實度均滿足標準要求，超聲波探傷聲速達到5 620 m/s，大型冒口下方加工后無缺陷，PT檢驗正常，無石墨漂浮現(xiàn)象，鑄件成功交付顧客。之后又連續(xù)生產11件，均合格。如圖7所示為生產的磨機端蓋鑄件。

圖7 磨機端蓋鑄件

[1] 岳宗格，高小勇.礦用磨機百噸級端蓋鑄造工藝設計[J].鑄造,2016（5）.

[2] 周亙.球鐵件應當如何補縮[J].現(xiàn)代鑄鐵,2005(3).

[3] 吳崧，閻普軒.厚斷面大型研磨盤的鑄造技術[J].FOUNDRY TECHNOLOGY, 2002,23(1).

Casting design of lager ball mining mill head

SONG Liang
（Kocel Machinery Limited，YinChuan 750021，Ningxia，China )

Ball Mining Mill Head is one of the key parts of mining machinery, based on the large mill with nodular cast iron plate as an example, describes in detail described in the mill end cover casting process design, simulation and actual production verifi cation, provides technical basis for such castings production.

thick wall nodular cast iron; large mill head

TG44+.4；

A；

1006-9658（2017）01-0051-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2017.01.016

2016-07-13

稿件編號:1607-1437

宋亮（1986—），男，工程師，主要從事鑄造工藝設計.