淺談消失模灰鐵鑄造生產線改造為鋁合金生產線要點

程戰鋒 姜飛

摘 要：介紹了原消失模灰鐵生產線改造為消失模鋁合金生產線，設備改造過程中各個環節改造要點分析說明，投產后，設備生產效率的提升。

關鍵詞：消失模；鋁合金；鑄造

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.021

消失模鑄造工藝有較高的尺寸精度，表面光潔度高，加工余量小，成本低。鑄件無飛邊、毛刺，鑄件清理工序費用低。它以諸多的優越性，已經在國內外得到廣泛推廣。目前國內消失模灰鐵工藝及設備較為成熟。隨著輕量化的逐步需求，部分鋁合金鑄件替代灰鐵件已經成為趨勢。我公司已攻關消失模鋁合金工藝技術近10年，目前已經達到成品率98%以上，處于國內領先水平。使用的生產線由美國富康線、德國史杰克西熔煉爐、美國派羅特克鋁液凈化系統、德國ABB機器人澆筑系統等以及其他輔助設備組成。國內暫無專業設計制作廠家。根據公司規劃，計劃利用最少投資對一條閑置的國產消失模灰鐵鑄造生產線進行改造為鋁合金生產線。

1 原消失模灰鐵生產線組成部分簡要說明

原灰鐵生產線為2條混用線，單條線包含2臺中頻熔煉爐，1臺半自動澆注機，1條造型推箱線，2套抽真空系統，1條混合砂處理系統，1套熔煉爐用布袋式除塵器，3套造型線及砂處理除塵系統等以及冷卻塔、壓縮空氣過濾器、鑄件輸送懸鏈等輔助設備。

2 改造鋁合金生產線前的問題匯總及討論

雖然都為消失模鑄造，灰鐵和鋁合金的設備大不相同。根據公司原有一條美國進口鋁合金消失模生產線的使用經驗及現有設備現狀，總結問題如下：

2.1 熔煉設備

（1）中頻感應爐感應線圈通電后，在金屬爐料內產生渦流，形成集膚效應。熱量從爐料本身產生，熔煉速度較快，爐內金屬燒損少，鋁合金熔煉行業運用較多。但主要運用在猛、銅、鋅等元素含量比較高的鋁合金熔煉。中頻爐在熔煉過程中由于駝峰現象，鋁液容易吸氣，導致鑄件針孔超標。

（2）由于原中頻熔煉傾轉機構的限制，生產連續性較差，需轉運至澆注工位，屬于間歇式供鋁，且溫降較大。

（3）中頻爐相比天然氣熔煉爐能耗大，成本高。改造前我們用中頻爐熔煉1個多月，鑄件質量和生產效率不能完全達到公司要求。最終討論方案決定舍棄原中頻爐，重新購置燃氣爐。

2.2 鋁液凈化系統

鋁液凈化工序為鋁合金鑄造特有工藝，相關設備需全部購新。目前行業內共有2種形式：

1#流程為：熔煉鋁液-放水至轉運包-除氣機除氣-定量澆注爐靜置-定量爐2次除氣-澆注。

2#流程為：熔煉鋁液-通過溜槽流入保溫爐精煉-保溫爐內靜置-通過溜槽至在線除氣機-過濾箱-澆注保溫爐-機械手澆注。

以上2種鋁液凈化方式對比，1#需要多次叉車轉運，容易吸氣，溫降最大達到在100攝氏度。密度當量偏高，且不穩定。澆注效率極低，約4分鐘/件。其次還有澆筑方式的差異，定量爐澆注由于自身傾轉結構限制，定量精度低，造成整體鋁液利用率不高，每2噸鋁液相差約120-180公斤。相比之下，機械手澆注靈活性高，并且可實現等流量澆注，精度高，穩定性好。

2.3 造型推箱環線

原環線推箱方式為液壓缸推箱，然后由擺渡車轉運。存在幾個問題：

（1）砂箱小車之間相對運動，小車兩端撞鐵易磨損。假設每個撞鐵平均磨損0.5mm，則單線38個小車總長度縮短了19mm。實際運行過程中，結合小車變形、撞鐵上粘鐵渣等因素，每次推箱長度均不完全一致。這種現狀導致無法實現定量爐或機械手定點澆注方式。

（2）公司現有鋁合金生產線雙驅動液壓缸推箱在停止的過程中，整條生產線砂箱及小車晃動嚴重，易造成剛澆注結束未固化的鑄件吸氣或變形等致廢。

改造后全線小車通過連接銷固定連接，小車之間無間隙。全部連接為閉環后，小車間無相對運動，不會產生磨損。裝箱造型工位、定點澆注工位、翻箱工位安裝了液壓定位裝置。保證了每次推箱精度。

驅動部分將原液壓缸改進為伺服滾珠絲杠，2套驅動同步性更好，控制精度高，推箱停止后沒有明顯晃動。提高了產品合格率。

2.4 砂處理系統

灰鐵澆注溫度為1500℃以上，鋁合金為760℃，澆注溫度的巨大差異，出件處砂溫隨之降低，由原來的300℃降低至小于200℃。原砂處理能力過剩，不僅能耗大，且砂溫過低，不符合工藝要求的溫度范圍，造成廢品。通過重新計算后優化拆除2臺沸騰冷卻器。

消失模鋁合金工藝相比消失模灰鐵無抽真空系統，澆注溫度低，EPS殘留物較多，主要靠造型砂吸附。砂表面油性附著物會影響砂流動性，對振動造型產生不利。并且影響砂粒間隙，使吸附空間縮小，出現反噴等工藝問題。新增一臺間歇式在線砂焙燒爐，安裝與砂處理冷卻器前端，保證高溫砂子直接進入焙燒爐，節約能源；焙燒爐靠天然氣直接加熱，達到600℃時，砂子表面大部分附著物隨煙氣排走，砂顏色明顯由黑變白。砂處理系統處理能力為30噸/小時，根據多次試驗，砂焙燒量設計為3t/小時即砂處理總量的10%，即可滿足工藝要求。如焙燒量過大，能源消耗增加，成本高。

2.5 其他設備

工藝改變后，產生的煙塵中含有大量未充分燃燒的EPS殘留物，粘度較高，不宜使用布袋式除塵器，本次改造選用3級濕法除塵。原公司進口生產線濕法除塵設備管路使用碳鋼材質，運行半年后管路全部腐蝕，1年后，噴淋塔外殼腐蝕，設備無法運行。所以本次改造管路以及噴淋塔采用304不銹鋼材質，循環水泵選用耐腐蝕尼龍泵。

3 結論

公司在多家比對后，選用東大三建制造的熔化效率2噸/小時，保溫4噸的熔化保溫爐，派羅特克制造的鋁液凈化系統，北京天哲消失模技術有限公司設計制造的推箱環線及砂焙燒爐，改進后的生產線效率達到25箱/小時，全線操作人員7人，設備開機率85%以上，重型變速箱殼體的成品率穩定在98%以上。

參考文獻：

[1]洪美.熔煉鋁合金中頻無芯感應電爐爐體結構的改進[J].鑄造，2012，61（07）：786-789.

[2]劉濤.用于消失模鑄造的幾種典型自動化設備[G].山西省第二十五次鑄造會議論文集，2013.