旋转浇铸机的设计与应用

李明波

（济南济钢铁合金厂，山东 济南250101）

1 前言

非晶合金母材现有的生产工艺采用手工造型浇铸，利用成型的圆形黏土砖做型腔，摆放到砂箱中，做成底浇式浇铸系统，将钢液通过钢水包从铸型的底部引入型腔，底浇包和铸型的容量均为0.5 t。采用这种方法生产的非晶母材浇铸成本850元/t，手工造型的效率较低，平均每人每班1箱，非晶母材的单班产量仅为1.5 t。为此，设计制作了一种旋转浇铸机，实现了非晶母材的半连续气体保护浇铸，提高了生产效率，保证了产品质量。

2 旋转浇铸机的运行过程

在整个浇铸过程中，旋转浇铸机处于运转及停歇的交替变换中。在浇注工位，钢水包通过底部滑动水口向钢锭模倾注铁液，浇铸之后，圆盘转动浇铸下一个工位，直到钢水包内的钢水全部浇铸完毕，冷却后进行脱模，从而实现非晶母材的半连续浇铸。为避免浇铸过程中合金母材的氧化，实行全过程气体保护浇铸。

旋转浇铸机运行过程中，不仅要保证整个浇铸过程有规律的顺利进行，还要求浇铸机停位准确，并有一定的停留时间。由于旋转浇铸机支撑平台、钢锭模及浇铸的非晶母材均处于周期性运转，转动惯性大，圆盘启动、停止时易出现冲击，容易引起钢液飞溅，甚至影响浇铸质量。因此，圆盘起动加速及停止减速要求平稳，不能出现冲击及晃动。如何保证传动方式可靠性、运转定位的准确性及平稳性是圆盘浇铸机设计成功与否的关键。

3 旋转浇铸机的结构

旋转浇铸机由旋转支撑机构、驱动机构、支撑平台、钢锭模快换机构、浇铸机构和气体保护机构组成，如图1所示。

图1 旋转浇铸机结构

3.1 旋转支撑机构

旋转支撑机构要求运行平稳，需支撑钢锭模及钢锭的重量，因此旋转支撑机构采用上、下支撑，均采用单独支架和轴承支撑。下轴承采用滚动轴承，其轴承座固定在底座上；上轴承采用推力轴承，其轴承座固定在上支架上；上支架与底座固定连接，对主轴上、下端均起到固定作用，使旋转更加平稳、可靠。

3.2 旋转驱动机构

旋转驱动机构采用液压驱动，其工作原理如图2所示。

图2 旋转驱动原理

在旋转平台周边均匀分布12个柱销对应12个工位，当运转开始时叉板进退油缸带动叉板向前运动，叉板的叉槽进入柱销后，推进油缸带动拖板向前运动，到位时浇铸机转动1个工位。随后，叉板进退油缸带动叉板后退，后退到位后推进油缸带动拖板退到初始位置。这样，系统完成推进，并为下一个推进循环做好准备。

3.3 浇铸机液压系统

由于旋转推进机构的特殊性能，整个液压系统也非常简单，所需实现的功能为依次驱动2个油缸运动。系统由泵站提供液压油源。泵站溢流阀选用常开式电磁溢流阀，当系统不工作时，电磁溢流阀处于卸荷状态，这样可以避免溢流阀长时间溢流而导致系统发热。当系统循环开始时，电磁溢流阀通电，系统迅速升压达到工作状态。

在推进油缸回路上安装有2个行程减速阀，减速阀1安装在油缸行程的初始位置，油缸向前运动时缓慢加速；而减速阀2安装在油缸行程的末端，油缸停止时缓慢减速，从而保证系统运转的平稳性。电液换向阀采用Y型中位机能，在系统推进循环开始时，拖板位置浮动，有利于叉板顺利进入柱销，从而提高叉板动作的可靠性。

3.4 支撑平台

支撑平台支撑在推力轴承上，用于放置钢锭模，因此要求有足够的强度。旋转平台与主轴固连在一起。由于钢锭模在浇铸后的温度较高，为防止钢锭模的热量通过平台传到主轴及轴承上，在平台和钢锭模之间设置隔热层，从而阻止热量的传递。

3.5 浇铸机构

浇铸时，钢水包中的钢液通过底部的浇口流到钢锭模内，每浇满1个钢锭模关闭底浇口，旋转另一钢模到浇铸工位，重新打开底浇口继续浇铸。

3.6 气体保护机构

为防止非晶合金母材浇铸过程中的氧化，影响产品质量，在浇铸过程中使用氩气保护。气体保护装置由主管、喷嘴、插接头组成。主管成圆形，上面安装有12个喷嘴，每个喷嘴对应1个钢锭模，喷嘴的方向对准钢锭模的模腔，主管与平台一同旋转。浇铸过程中，通过喷嘴向模腔吹保护气体，使钢锭模在浇铸前先排空模腔的空气，浇铸过程中气体保护浇铸，减少表面氧化。

3.7 钢锭模快换机构

为保证浇铸的顺利进行，设置钢锭模取模、装模机构。在取模工位取模只需液压缸伸出，即可将浇铸后的钢锭模推离支撑平台进行冷却脱模。在装模工位，液压缸动作，将钢锭模迅速推上支撑平台，上述动作均与钢锭浇铸的同时进行，完成钢锭模的快速更换。

钢锭模使用前需在内腔壁上喷涂一层脱模剂，并进行预热。浇铸后自然冷却20 min后需及时脱模，以防损坏钢锭模内腔。钢锭模底部的耳孔使用镁砂加玻璃水搅拌均匀后填补到与底面平齐，这样有利于钢锭脱模。钢锭模在使用前，仔细检查内腔表面是否有损坏，当出现凹坑或凸起时，应进行修补打磨后方可使用。

4 结语

非晶合金旋转浇铸机自2012年10月投人生产以来，运行稳定，非晶合金产品质量稳定，达到预期的设计性能指标。根据实际运行统计，浇铸机单班产量达5 t，浇铸成本220元/t，同时减轻了操作人员的劳动强度，取得了较好的经济效益。