烧结机台车体消失模铸造

李灵奇,张建忠

（包头市恒泰机械制造有限责任公司，内蒙古包头 014040）

烧结厂烧结机台车体属大、中型设备。我公司生产的台车体轮廓尺寸为4 180×1 500×460（mm），属于较大型的台车体。烧结车台车体工作环境恶劣，同时受机械力和热应力作用，而且车体温度随环境温度周期性变化。因此要求台车体必须用低S、P 球墨铸铁制造,材质为QT500-7，球铁的机械性能和金相组织均作为验收指标；如：球化率要求大于85%；机械性能则限制在一个严格的范围，如：延伸率5%～10%;σb≥4 500 MPa;化学成分要求：S≤0.02%；其他C、Si、Mn、P 均作为验收条件。

1 浇注位置确定

烧结机台车主要由四道工字型大梁连接瓴块端板构成，大梁之间用加强筋连接，构成抗弯强度较好的整体框架结构，端板上的轴端沿圆周布置了4 道加强筋，增加了端板的整体强度。另外配置有轴孔、游板槽等，台车机体关于中心点平面坐标对称，如图l 所示。

轮廓尺寸为4 180 mm×1 500 mm×460 mm、主要壁厚30～40 mm，单件质量2 640 kg。工作时大梁上需要安装耐热铸件、篦条构成栅状篦缝，以满足对炉料的烧结。

图1 台车体结构

台车体虽然属于较大型的球墨铸铁结构件，但壁厚相差不大，除四个轴端外，其余部分都较均匀，所以尽管结构收缩较大，但收缩速度相对较小，收缩分散，这样在浇注过程中，后浇注的铁液对先浇入的铁液收缩有一个后补缩的作用。根据均衡凝固原则，浇注之后，靠浇注系统短时间的畅通补缩，之后靠涨缩自补。因此浇冒口系统的选择，应有利于铁液快速充型和热解产物的充分顺畅排出，保证铸件合理的补缩效果，此外还要方便于干砂填充模型。将台车体使用中的安装位置翻转180°作为浇注位置。这样台车体工字型梁下平面就可以直接放在刮平整的砂床上，大梁平面的平直度就能够得到保证，同时关键部位的填砂，诸如轴孔、轴端下方等处也更加方便；另外适当增加大梁下平面的加工量，能够将浇注过程中上浮汇集的夹渣、碳渣在加工之后彻底地去除,台车体的内在质量得到了提高。因此铸件工艺用内浇口直接由台车体主梁平面引入,中间设8 个引气冒口,仅在4 轴端柱体上各安置1 个压边冒口,压边量为10～12 mm。见台车体消失模铸造工艺简图2。

图2 台车体消失模铸造工艺简图

根据铸件的不同方位的尺寸公差要求，确定铸造工艺参数如下。①收缩率：长度方向1.1%，宽度方向0.9%；②加工余量：上面13 mm，轴孔8 mm，下面、侧面7 mm。

2 泡沫模样制作

模样成型采用EPS 板材切割下料的方式，白模选用密度18～22 g/L、粒径4～5 mm 的EPS 板材，分3段制模。先用专用定位胎具组模方法制作两端头模样，游板槽不铸出，并保证轴孔等关键部位的尺寸精度。中间四道工字型大梁结构较长，必须采用专用仿形电热丝切割机下料制成型材。然后采用专用的定位胎具进行模样框架组接，以控制好模型的直线度和平行度。最后是大梁和两端头在定位胎具上进行粘接组装，要求粘接定位准确，所有模型用冷胶粘接较为方便，便于保证尺寸精度。

3 涂料配制及涂刷

涂料是消失模铸造工艺的关键之一，它处在高温金属液与泡沫模样汽化作用的边界，起到抵抗高温铁液冲刷、隔离型腔、排泄气体、防止粘砂等多重作用，为了满足大型台车抗粘砂的要求。对于台车体需配制两种涂料,面层涂料涂1 遍，涂层厚0.5 mm（土状石墨50%～55%,片状石墨30%～35%,3%白乳液,1%CMC 作悬浮剂,水适量）；背层涂2 遍，涂层厚4 mm（用70～200 目石英粉100%，3%白乳液，2%CMC 和4%钠基膨润土作悬浮剂，水适量）。涂层分散的粒度在满足涂料透气性的同时又能达到良好的剪切强度，从而提高铸件表面的光洁度。泡沫模样上涂料并彻底烘干是防止铸件粘砂、提高模型强度、防止变形的关键性措施，泡沫模样在上涂料后湿态质量显著增加，对于台车模样要固定在涂料槽中能够垂直升降及旋转的浸涂机可分离支架上，然后将模型下降到涂料液面以下进行浸涂，浸涂不充分的部位采用流涂和刷涂相结合的方法补涂，模样在定形架上进烘干室烘干，待头一遍涂料烘干后，把模样与定形架固定在涂料机上，进行下一遍挂涂料操作，这样可有效防止模样变形及涂料层开裂[1]。最终涂层干燥后整体厚度控制在4 mm 左右，在满足型腔透气性的前提下，具有较高的强度，可有效地杜绝模型变形。

4 造型

由于台车体EPS 模样长度方向尺寸较大，中间框架部分壁厚相对较薄，为防止弯曲应严格按照工艺规程的要求进行全过程控制。除产品结构因素外EPS 模样强度低也是极易引起变形的原因，虽然模样在涂层干燥后强度显著提高，但台车体外形长度方向尺寸较大极易发生弯曲变形，因此在造型过程中应采取严格的措施防止白模变形。首先，模样入箱后要与预制砂床吻合，而后采用雨淋加砂斗均匀加砂时，要保证模样横梁框架部分填砂量的均衡一致，不易振实的端头柱内孔、端头柱下方应手工预填充，每填200～300 mm 厚的砂层，需扒平砂面后进行振实，采用三维震实台，激振力大于砂箱总质量的2倍，振幅控制在1 mm，每次振实时间1 min 左右，工作时振动要力求平稳。型砂选用内蒙古伊盟水洗圆颗粒石英砂，粒度集中在20～70 目，在具有较高的透气性的同时也具备良好的填充性，适合大、中型球墨铸铁件的造型要求。

提供稳定的砂箱内部负压是消失模铸造浇注大型铸件必要的条件。我公司采用的真空系统配备两台SK-20 真空泵并联使用，2 个容积5 m3稳压罐，1个3 m3除尘罐，能够保证浇注过程中型腔所需的负压度。

5 熔炼及浇注

5.1 熔炼

采用熔化率为3 t/h 中频感应电炉冶炼,炉料采用Q10 生铁、优质球铁回炉料。铁液成分见表1（w%）。

表1 铁液成分 w%

炉前处理工艺为：球化剂用包钢ReMg7-8 合金；加入量1.2%～1.6%，冲入法处理；孕育剂采用Si-Fe75，分2 次孕育处理。

熔化出炉温度控制在1 430～1 460 ℃，浇注温度控制在1 360～1 380 ℃，浇注质量为3.2 t。

5.2 浇注

采用顶注封闭式浇口，以便于实现泡沫快速平稳气化，而且有利于热解产物上浮到集渣冒口而去除，采用从大梁中间向2 端头浇注，能够有效地解决大型球铁铸件铁液快速充型问题，杜绝了由于充型速度慢而造成的浇不足、冷隔等铸造缺陷。

用水玻璃砂制作的大容积浇口箱坐在泡沫直浇道上并封闭严密，浇注过程中浇口箱始终存有铁液可防止吸气，对于保证砂箱内负压很有效。初始真空度控制在-0.06～-0.07 MPa，浇注结束时真空度应不低于-0.03 MPa，浇注时间≤60 s。铸件浇注效果基本满足要求。月产球铁台车体20 台，铸件合格率可达到99%。

6 结论

球铁烧结机台车体用EPC 方法生产的优越性是利用了实型铸造工艺中EPS 模实体原砂造型，无需起模直接浇注的特点，替代了粘土砂铸造工艺复杂的组芯造型，克服了粘土砂铸造型料需加粘接剂、需紧实，落砂清理费时费力的缺点,使消失模铸造具有非常显著的优越性。烧结机台车采用消失模工艺生产，通过采用合理的工艺措施有效地控制了台车体的弯曲变形,上表面有时由于EPS 模气化不充分、C 当量偏高产生的碳黑及夹渣物也可通过机加工有效地去掉，易得到光洁的铸件表面，以及无缩孔、气孔、夹渣缺陷的内部组织结构，生产效率得到明显地提高，且较粘土砂造型生产成本有所降低。因此用消失模铸造工艺生产大型烧结机台车是符合节能及环保的绿色工艺，具有显著的经济效益和社会效益。

[1]常征，刘占军，贾国芳.大型烧结机台车体消失模铸造[J].铸造技术,2008(9):85-87.

[2]傅骏,王新颖.烧结机台车体的铸造生产[J].铸造技术,2011（8）：1186-1187.