大型球磨機(jī)臺(tái)階襯板的消失模鑄造
鄭晉寶
(安徽華達(dá)耐磨材料有限公司 安徽寧國(guó))
摘要：本文敘述了大型球磨機(jī)特殊形狀工作面襯板，在前期消失模中，存在的嚴(yán)重渣缺陷情況。分析了渣缺陷的形成及前期鑄造工藝中的缺失。敘述了針對(duì)缺陷采取的改變澆注系統(tǒng)，控制EPS殘?jiān)珊团懦呦虻却胧?，最終得到了符合客戶要求的產(chǎn)品。
關(guān)鍵詞：大磨機(jī) 臺(tái)階襯板 消失模鑄造
1. 基本情況
1.1 襯板的規(guī)格和形狀
襯板長(zhǎng)620×寬(弦長(zhǎng))460×厚(襯板安裝之間接觸面厚度)120。襯板工作面壁厚40，襯板安裝相互接觸面壁厚25.
在襯板工作表面60度夾角近乎對(duì)角位置兩側(cè)，有兩個(gè)平行的高15×寬15，金字塔形三級(jí)臺(tái)階面形成的波峰，加上波谷的一個(gè)15×15臺(tái)階，在襯板工作表面共形成11級(jí)臺(tái)階。這就是臺(tái)階襯板，也就是這11級(jí)臺(tái)階的鑄造質(zhì)量給襯板的鑄造質(zhì)量，帶來(lái)了很大的難度。
襯板的2個(gè)安裝螺釘孔也位于這兩個(gè)波峰的對(duì)角線上。
襯板單件重量168公斤，材質(zhì)ZGMN13CR。
澆注負(fù)壓指數(shù)：壓力罐總表顯示0.085mpa 以上。
1.2 客戶質(zhì)量要求
這是湖南某消失模制造公司，為另一個(gè)上市公司生產(chǎn)的高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品?？蛻粢螅孩僖r板不允許焊補(bǔ)、膩補(bǔ)、涂漆。②襯板工作面不允許存在任何鑄造缺陷。③襯板非工作面允許有10×10零星、不成片，深度不大于3MM的缺陷，5個(gè)。這對(duì)消失模鋼件鑄造無(wú)疑是一種嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
2. 前期鑄造缺陷情況
該公司消失模鑄件的澆注，基本采用的是單一階梯側(cè)注式，即不論什么鑄件大部分都是用這種形式鑄造，只不過(guò)是高度小的澆口兩道，高度大的澆口三道。內(nèi)澆口為扁平截面，一般為15×40。這樣做，有利于箱外模型簇的組成和搬運(yùn)。
臺(tái)階襯板設(shè)階梯側(cè)注內(nèi)澆口三道，內(nèi)澆口位置于襯板安裝相互接觸面的25MM壁厚處，每箱澆注3件。
落砂件總體質(zhì)量不錯(cuò)，沒(méi)有縮孔、變形、裂紋、很少嚴(yán)重粘砂，只是在鑄件表面，特別是上平面有不同程度的渣缺陷存在。鑄件熱處理后表面的渣缺陷趨于嚴(yán)重，原來(lái)存在的面積更大了，缺陷深了。原來(lái)沒(méi)有的渣缺陷在水韌后也暴露了。特別是工作面的臺(tái)階處，渣缺陷更是嚴(yán)重。
由于缺陷不允許焊補(bǔ)、膩補(bǔ)(金屬膠填補(bǔ))處理，工作面又不允許缺陷存在，況且由于渣缺陷造成的臺(tái)階的缺失，即便補(bǔ)焊也很難達(dá)到形、位精度要求。這樣鑄件在工廠內(nèi)被判廢一批。認(rèn)為合格，發(fā)到客戶后又被判廢退回一批，這樣問(wèn)題就嚴(yán)重了。
為解決渣缺陷，該公司也下了很大力氣，想了不少辦法。如：放冒口排渣，雖然部分渣缺陷浸入了冒口，但臺(tái)階處的渣還在，只是少了一點(diǎn)或位置有變化。采用底返并側(cè)注式，也同樣如此。干脆先燒后澆，這樣總該好了吧，結(jié)果試澆4件全部報(bào)廢。
3. 渣缺陷原因分析
在為湖南公司的技術(shù)服務(wù)中，筆者首先分析了渣的來(lái)源、渣的生成、存在及更有利的排渣形式，進(jìn)而取得成功。
3.1 渣的來(lái)源
所謂渣，對(duì)于消失模鑄造來(lái)講，不外乎有2個(gè)方面：鋼中渣、泡沫渣。
從控制鋼水夾渣來(lái)講，湖南公司做得很到位。關(guān)鍵是他們堅(jiān)持了鋼件澆注使用塞桿底注包，鐵件澆注使用茶壺包，這就保證了金屬液的基本純凈度，從源頭上控制了鋼中渣入型。從渣相分析看，襯板中的渣子確實(shí)不是鋼中渣，那么就只有EPS殘?jiān)恕?/p>
物質(zhì)不滅，消失模件澆鑄時(shí)，即便是在合理的負(fù)壓狀態(tài)EPS也不可能完全汽化、排出，總有不可汽化物形成的殘?jiān)嬖?，否則鑄件就沒(méi)有現(xiàn)今這么多煩惱或先燒后澆了。因此，鑄件有渣缺陷并不奇怪，關(guān)鍵在于通過(guò)我們的努力，通過(guò)技術(shù)手段盡可能將其控制在最小量、最小范圍，或人為將其控制在鑄件上某個(gè)不重要的位置處。首先要分析大量泡沫渣為什么沒(méi)有外排掉，它是如何存在鑄件中的。
3.2 泡沫渣的存在原因和形式
第一，眾所周知消失模鑄造是附壁充型，即澆注時(shí)，鋼水沿鑄型壁不斷充滿，對(duì)于結(jié)晶間隔窄的高錳鋼來(lái)講，當(dāng)然凝固也就從這里開始，就是說(shuō)對(duì)于一個(gè)壁厚斷面來(lái)講，它是外表先凝固內(nèi)部后凝固的，這樣澆注時(shí)在負(fù)壓牽引下先期EPS汽化殘?jiān)腿菀状嬖谟阼T件表面的位置處，這些渣如果來(lái)不及隨后續(xù)鋼水繼續(xù)上浮，就會(huì)被吸附、停留在靠近涂料層的鑄件表面或皮下，形成缺陷。
第二，同樣眾所周知消失模鑄造最有利于排碳、排渣的澆注位置是底注式或稱底返式。鋼水由下自上平穩(wěn)充型，最有利于浮渣。而階梯澆注，特別是沒(méi)有特殊措施的實(shí)心澆道的階梯澆注，鋼水不可能自下而上逐層充型，而是多層內(nèi)澆口同時(shí)進(jìn)入鋼水，形成紊流充型是必然的，從而使本來(lái)可以上浮或排除的夾雜被包裹在翻卷的鋼水中，不能或來(lái)不及上浮，形成并加重了渣缺陷。
第三，湖南公司內(nèi)澆口開始設(shè)位置處只有25MM的壁厚鋼水入型即沖到對(duì)面的涂料層上，形成噴濺、跌落形式，幾經(jīng)周折熱損失嚴(yán)重，再加上EPS汽化吸熱，更使到達(dá)鑄件工作面壁厚及臺(tái)階波峰處鋼水溫度已經(jīng)很低，這些重要部位的鋼水流動(dòng)性很差，包裹在鋼水中的夾雜物上浮已經(jīng)不可能，這就致使渣缺陷現(xiàn)象加劇，增加了渣缺陷的嚴(yán)重程度。
第四，負(fù)壓狀態(tài)夾雜物在鋼水中不是自由上浮的，而是要受到負(fù)壓力的影響，向著負(fù)壓方向的。如果其上浮力和速度小于負(fù)壓吸附力，那么夾渣就只有存在鑄件表面或皮下了。
第五，鑄件結(jié)構(gòu)因素。鋼水充型或渣的上浮時(shí)，如果是沿垂直面或斜平面即沒(méi)有充型阻力或阻力很小。但臺(tái)階襯板的表面卻是一個(gè)有著11級(jí)臺(tái)階的臺(tái)階面，這11級(jí)臺(tái)階無(wú)疑就是11級(jí)阻渣上浮的門坎，而且隨澆注時(shí)間的延長(zhǎng)鋼水不斷降溫其阻渣作用更大，這就是鑄件臺(tái)階處渣缺陷形成及鑄件上部渣缺陷多于下部的原因。
4. 解決渣缺陷的最終措施
分析找到了渣缺陷的根本原因，解決的措施就有了：1 將澆注系統(tǒng)改成三道底返加一道側(cè)下注式，并將內(nèi)澆口改成15×60，有利于平穩(wěn)、快速充型，有利于浮渣。2 內(nèi)澆口改設(shè)在襯板工作面壁厚3組臺(tái)階位置并靠近襯板表面5MM處，這樣就等于破壞了鑄件臺(tái)階處附壁凝固條件，使原來(lái)鑄件表面的低溫鋼水，不流動(dòng)鋼水變成了高溫流動(dòng)鋼水，使原來(lái)上浮受阻存在于臺(tái)階處的不能上浮的殘?jiān)豢焖倭鲃?dòng)的鋼水帶走，失去了停留的條件，即消除了渣缺陷。
負(fù)壓指數(shù)下調(diào)為0.055mpa。
第一批試注8件均無(wú)缺陷;第二批試注20件僅2件有6×6左右的表面渣各一處。只要澆注前將泡沫模型和涂料層徹底干透，按修改后的工藝要求去做渣缺陷基本消除。
5. 結(jié)語(yǔ)
鑄造缺陷往往是多種因素集合而成，缺陷既然產(chǎn)生就必然有解決的辦法，關(guān)鍵是找準(zhǔn)原因，措施得力。
作者介紹：
鄭晉寶 1953出生 大學(xué) 首鋼集團(tuán)退休資深鑄造工程師 中國(guó)金屬學(xué)會(huì)會(huì)員 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)會(huì)員。從事砂型、金屬型、消失模、V法鑄造工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品研發(fā)、科研攻關(guān)近40年，有豐富的專業(yè)理論、技術(shù)質(zhì)量管理、生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、有豐富的解決現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問(wèn)題的能力，在耐磨耐熱材料有一定建樹，有獲國(guó)際金獎(jiǎng)的專利和省級(jí)科研的成果。有與俄、德、美、日、韓、芬蘭、秘魯、伊朗等國(guó)專家長(zhǎng)期共事，并曾公派到國(guó)外從事專業(yè)技術(shù)的工作經(jīng)歷。曾完成日本48噸重型鑄件;馬來(lái)西亞直徑4.2米泵殼;美國(guó)20立方米電鏟履帶板，200噸礦車車橋等鑄件工藝設(shè)計(jì)及鑄造。近10年來(lái)主要從事消失模鑄造工藝研發(fā)及技術(shù)服務(wù)與指導(dǎo)。
