大型回转窑托轮铸造工艺的改进.pdf

Jun．2016VOI．65 No．6 垂篙帅斋 ·577·大型回转窑托轮铸造工艺的改进孙鑫志，王话，孙爱新，李晓明，孙振国(沈阳铸锻工业有限公司铸造分公司，辽宁沈阳1 10142)摘要：论述了大型回转窑铸钢件托轮在生产过程中存在的质量问题。通过采取工艺措施，包括合理设置冒口、补缩通道、外冷铁，采用呋喃铬铁矿砂和宝珠砂等办法，重点解决铸件补缩、表面粘砂严重、裂纹等问题，生产出优质的托轮铸件。关键词：托轮；工艺措施；外冷铁；补缩；粘砂；裂纹中图分类号：TG242．3 文献标识码：B 文章编号：1001—4977(2016)06—0577—03_ 11． o，、 ‘。 ^ ‘ 一 。‘lmprovement ot Gasting Process tor SupportinclRoller of Large Rotary KilnSUN Xin-zhi，WANG Hua，SUN Ai—xin，LI Xiao—ming，SUN Zhen—guo(Casting Steel Company，Shenyang Casting and Forging Industry Co．，Ltd．，Shenyang 1 10142，Liaoning，China)Abslxaet：The quality problems of casting steel supporting roller for large rotary kiln was studied．Thesupporting roller is produced successfully by taking new technological measures，installing reasonable risers andfeeding pathway,surface chills and using furan chrome ore sand and electric melting haydite sand,whichespecially solVes the problems such as casting feeding,serious surface metal penetration and crack．Key words：supporting roller；technological measure；surface chill；feeding；metal penetration；crack大型回转窑铸钢件托轮是回转窑的关键部件，在水泥和冶金矿山机械中得到广泛应用。由于工作时托轮承受巨大的交变压应力，承受数百吨的载荷，工作环境恶劣，因此其质量要求极其严格。材质为ZG35CrMo，铸件毛重18．5 t，轮廓尺寸为q01 900 mmx1 000 mm，主体壁厚为610 mln，属大型厚壁铸件，结构如图1所示。以前我公司生产托轮铸件存在表面粘砂严重现象，尤其是中间毛坯小孑L和中心加工孔处严重烧结，清理过程中导致裂纹现象，严重时无法焊补导致报废。冒口下存在缩松现象，影响铸件的质量。为此，需要通过采取必要的工艺措施，防止前述的铸造缺陷，保证满足用户的技术要求。1 技术条件托轮的材质为ZG35CrMo，化学成分见表1。铸件需进行超声波探伤，按照JB／T 5000．14—2007《重型机械通用技术条件铸钢件无损探伤》标准执行，要求IⅡ级。2缺陷原因分析(1)圆周冒口下缩松。以往生产托轮的工艺以托轮的平面为分型面，中间设置大冒口，圆周方向设置3个冒口和冒口下补贴，补贴超出圆周150 mln长。切割圆周冒口后发现冒口下有缩松，分析原因为圆周冒口下补贴作用导致冒口下热节变大，冒口补缩效果不理想造成缩松。甾l托轮结构甾Fig．1 The sketch ofthe supporting roller(2)表面粘砂。由于托轮属于厚壁铸件，铸件浇注时型砂局部受热严重，即部分型砂被渗入的钢液包裹，形成粘砂，尤其是内腔的毛坯孑L砂芯和中间加工孑L砂芯粘砂尤为严重。再加上铸件凝固收缩过程中对收稿13期：2016-01-21收到初稿，2016--02—25收到修订稿。作者简介：孙鑫志(1965一)，男，高级工程师，研究方向为铸铁及铸钢铸造工艺。电话：13940562898，E-mail：syxinzhi@sina．tom万方数据·578· FOUNDRYJun．2016V01．65 No．6中间砂芯挤压作用强烈，砂芯散热条件差。(3)铸件裂纹。铸件在清理过程中在毛坯孔和中间孔处出现2．3道纵向裂纹，分析为铸件清理时，热割冒13温度低，热割冒1：3后需要及时用保温棉覆盖。中间毛坯孔和加工孔处型砂烧结严重，清理困难，需要长时间烘烤，使托轮受热不均匀，引起裂纹。表1 ZG35CrMo的化学成分Table 1 The chemical composition of ZG35CrMo ∥撕表2 ZG35CrMo的力学性能Table 2 The mechanical properties of ZG35CrMo3工艺改进3．1 冒口和专用冷铁设置分型面仍然选择托轮的平面。冒口设计原则是冒口的凝固时间大于铸件凝固时间，冒口能提供足够补缩的液态钢液。冒口的设计方法采用模数法Ⅲ。中间采用大冒口外径中1 200 mm，内径q)320 mm，形成良好补缩，取消圆周方向3个冒口和冒口下补贴，采取大冒口向四周引出3条宽度为280 mm牢t“缩通道，形成对圆周方向的补缩。补缩通道间的加工平面放置9个西80 mm出气孔，保证托轮排气畅通。托轮圆周方向采用800 mm高的外冷铁，外冷铁为随形专用，厚度为280 mm，间距为120～150 mm，保证托轮壁厚处优先凝固冷却。外冷铁要求表面光洁无锈，厚度均匀。冒口设置：托轮壁厚610 mm，把托轮看成一个厚610 113111的圆板。M件=T／2=6 1 0／2=305 mmMu=1．2船件=1．2×305=366 mm式中：肘件为铸件模数，劝铸件厚度，M冒为普通冒口模数。采用保温冒口，保温冒【1模数增大系数为1．7。M保=肘冒／1．7=366／1．7=215 mm。对于圆柱形冒口有Mu=0．187D冒，D保=M保／0．187=215／0．187=1 149 mm。式中，D冒为普通冒口直径；D保为保温冒口直径；M保为保温冒口模数。冒口外径确定为1 200 mlTl，高度考虑到足够的压力头确定为1 400 mm。3．2型砂选择和砂芯制作在托轮的下面和上面均采用酯硬化水玻璃铬铁矿砂和宝珠砂，厚度20～40 mm，减轻铸件的粘砂倾向。对于中间毛坯孔和加工孑L容易烧结部位，是重点控制之处。中间毛坯孔砂芯采用呋喃树脂铬铁矿和宝珠砂。呋喃树脂砂的溃散性极佳，极易清理，再加上铬铁矿和宝珠砂的耐火度高，可以有效地避免铸件中心孑L烧结粘砂，方便铸件的清理落砂【2】。通过调整铬铁矿和宝珠砂的比例以及呋喃树脂和固化剂的加入量，确定合适的比例。中间毛坯孑L砂芯材料选定之后，制芯时要加强紧实度，采用细木棒紧实每个角落，在砂芯中间插入@50 mm的圆棒，待砂芯硬化时把木棒取出形成空腔，减少铸件收缩阻力。砂芯的芯骨缠上一层20 mm厚的草绳，同样减少收缩阻力。中间加工孔砂芯采用水玻璃自硬砂，表面采用铬铁矿和宝珠砂。中间加工孑L的砂芯通出到中间大冒口的顶部，一方面有利于中间砂芯的固定，另一方面减少冒口对托轮造成的过热，减少中间孔砂芯由于过热造成的粘砂。3．3消除铸件裂纹托轮打箱后及时热割冒口，温度大于250℃【3]，冒口热割后，采用保温石棉布覆盖冒口根部24 h，避免铸件大冒口脱离铸件太早产生裂纹。清理中间孔处砂芯时，如遇到粘砂处，需事先对托轮进行煤气烘烤预热，使其受热充分均匀，避免受热不均产生较大应力。3．4采取双眼浇注。控制浇注温度浇注时采用2个币70 mE的包孔，保证浇注速度，使钢液尽快进入砂型中，减少对砂型表面的烘烤时间和热作用强度，控制浇注温度在(1 535±5)℃，有利于避免砂型过热粘砂。4工艺改进效果改进后的工艺如图2所示。按照改进工艺生产托轮2件，外圆工作面质量得到提高，消除了缩松缺陷。铸件的表面质量良好，特别是中间毛坯孔和中间加工孑L处砂芯清理难度大大降低。化学成分检测和力学性能检测数据如表3，表4所示。表3铸件ZG35CrMo的化学成分Table 3 The chemical composition of ZG35CrMo．．，彬C Si Mn P S Cr Mo Ni Cu V0．35 0．3 l 0，57 0．025 0．025 0．88 0．20 0．14 0．2 0．01表4铸件ZG35CrMo的力学性能Table 4 The mechanical properties of ZG35CrMo铸件落砂后时的状况如图3，铸件成品如图4所示。从图中可以看出，托轮表面质量良好，中间毛坯孔和加工孔中的型砂全部脱落，表面基本没有粘砂，减小万方数据铸造 孙鑫志等：大型回转窑托轮铸造工艺的改进 ·579·图2托轮铸造T艺HFig 2 The casting process ofthe supporting roller幽3托轮藩眇图Fig．3 The shakeout ofthe supporting roller了清砂的清理工作，最主要的是避免了长时间清理中间孔烧结粘砂而产生裂纹的可能性。图4托轮成品图Fig 4 The finished product ofthe supporting roller5结束语通过合理设置冒15及补缩通道，合理选择型砂，掌握好制芯方法，铸件要热割冒1：3，保证清理时受热均匀，控制好浇注速度和温度，成功生产出了满足质量要求的托轮铸件。参考文献：[1】孙爱新，李晓明，王话，等．圆锥破碎壁上架体铸造工艺研究【J】．铸造，2013(1)：77—79．[2]于家茂，薛修治，金广明．铸钢件生产指南[M]．北京：化学工业出版社，2008．[3】铸钢手册编写组．铸钢手册[M】．北京：机械工业出版社，1985(编辑：刘冬梅，ldm@foundryworld．com)·+-+-+--4--+-+一-+-一-+-一--4---+-+-+-+-+-+一十一-4“-一+一+-+*+-+-+-+--4-．--4--．-4-----4．-一-4---+·--4“-一+-‘·+一-—一一。。+一-。。+一··●一-+-—■一-。·+·-‘-卜-—+．-—+一-—+一-。。+一-’‘卜-—‘+一-1‘+。(上接第576页)3结束语为提高砂芯质量，提高铸件质量，运用绩效技术、人类工效学及美学原理等新理念来指导设计壳型铸造气缸体的壳型(芯)结构，相比于壳芯原结构，具有砂芯刚性高、砂芯合格率高，铸件品质高等优点。可很好地满足小型气缸体类铸铁件壳型铸造的生产。采用壳芯优化结构对该四缸气缸体进行了小批量的试生产实践，一次性成功。无论在铸件的尺寸稳定性、重量稳定性及其铸件表面质量等多方面均能很好地满足主机厂的相关技术要求。由此可见，壳芯优化结构是一个合理的、成功的设计方案，其所用的优化设计理念可以广泛地推广于其他类似铸件壳型铸造的壳芯结构设计。车技术，1994(3)：42-46．[2]裴泽辉，陈冬玲，潘红，等．TBD620L6柴油机气缸体铸造工艺设计【J】．现代铸铁，201l(6)：57—60．[3]王新节．柴油机气缸体消失模铸造工艺的优化设计【J】．中国铸造装备与技术，2012(1)：42—46．【4]刘天平，王爱丽，韩志伟，等．静压铸造生产线建设和有效运行论述【J】铸造设备与工艺，2013(3)：6-9．【5]马宁，林君芬，林涛．绩效技术的理论渊源与研究领域[J】中国电化教育，2004(10)：5-9．[6]王昌辉．绩效技术在企业领域的延伸【J】．东方企业文化，2010(10)：73—74．[7]焦建文．绩效技术在我国教育技术领域发展缓慢的原因与对策浅析【J】．云南电大学报，2008(4)：28—31．[8]刘文川，王正端．美学及人类工效学在铸造工装设计中的应用[C】／／2005中国铸造活动周论文集，沈阳，2005：292—298．[9]彭显平，陈庚，蔺虹宾，等．WD615缸体砂芯结构的优化设计[J]．铸造，2014，63(8)：865—867．参考文献：[1]刘文JJI，梁应雄·国内外车用发动机气缸体铸造技术现状【J】·汽 (编辑：5,1冬梅，ldm@foundryworld．com)万方数据