浅谈离心铸管生产设备及工艺与瓶颈

李甫（大连万阳重工有限公司,辽宁大连116317）

浅谈离心铸管生产设备及工艺与瓶颈

李甫
（大连万阳重工有限公司,辽宁大连116317）

摘要：本文通过在生产中的实践，简述卧式离心铸管技术的发展及工艺方法，着重描述生产的设备及离心工艺控制的关键点及铸管新技术的应用。并对现存的瓶颈及问题进行总结。

关键词：离心铸管;设备;工艺;新技术;瓶颈

0引言

在管类、套类、辊类以及双金属或者多层金属制造方面，离心铸造方法无论从生产效率、产品质量方面都有不可比拟的优势，例如补缩能力及充填能力强、外表致密度高、力学性能好、工艺出品率高。̓̓本文简述以下几个方面

（1）设备要点：针对产品类型的设备选择，合理的针对离心铸造设备，并对其进行特定的设备配置方案。

（2）工艺要点：优化离心浇注工艺参数，规范离心铸造工艺设计，如转数的设计、浇注定量、浇注装置设计，尝试加入新技术等。

（3）生产中的瓶颈：目前离心铸造出现的问题简单列举。

1离心铸管的特点

1.1运动特点

在离心力作用下，密度较小的质点向旋转中心移动（内浮）；密度较大质点向型壁移动（外沉）。它们的浮、沉速度比一般重力铸造时可大约G倍，故离心铸造时密度较小的气泡、渣粒能很快移向自由表面或处于铸型中部的浇注补缩系统中，但铸件易产生密度偏析。

1.2凝固特点

（1）凝固顺序是由铸管外表皮向内表皮凝固。

（2）离心铸造的补缩能力强，金属液的离心力比重力大G倍，它具有较大的克服晶粒间补缩通道对晶粒间缩松进行补缩的能力。

（3）进入离心铸型的金属液会在结晶前缘上有固液相混合区上发生相对滑动，使铸件横断面上得到倾斜状的柱状晶。如果滑动剧烈，促使形成等轴晶。

（4）进入铸型圆柱表面上的金属液是逐层覆盖在轴向上充填铸型。

2主要设备选用

铸管采用的是卧式离心机，涂料金属型离心铸管（热模法），模具（型筒）的材料选择以耐热冲击及强度为前提（如30CrMo等），并考虑加热的经济性来设计厚度，在此不再详细叙述。

2.1浇口选择

（1）小口径铸管

采用牛角式浇口，可在浇注槽中创建一定的压力头，增大金属液进入型筒时的轴向初速度，适用于在铸型一端浇注较长的铸件，也可用于浇注小口径的铸件。对于浇注小口径的铸件，通过增加浇口压力头的方法，使金属液喷射进入型腔，这是小口径铸管的必然选择。

（2）大口径铸管

对于大口径（内径≥200mm）较长（≥4000mm）的铸管，由于金属液的流程较长，且大口径所需的钢水量较大，从一个位置浇注会造成冷热端温度场分布不均匀，容易产生断裂、组织偏析，更不利于模具的热平衡，对模具的热冲击较大，减少模具的使用寿命。

因此对生产大口径铸管的离心机配有相对轴向移动式浇注槽，浇注槽的相对移动距离（节距）不能大于30-40mm，较小节距，通过提高铸型转速的方式，但是太高转速会使铸管表面出现薄的冷隔层。

2.2型筒的加热及检测设备

目前型筒的主要加热方式为丙烷燃气，分三段加热（浇端、中段、尾段），不同区段不同温度控制。对型筒的温度检测为手工检测温度和自动红外线控温装置。更准确的监测型筒内外温度，避免内外温差较大。

2.3型筒涂料的喷涂及清理设备̓̓

使用自动涂料喷涂设备及自动清理型筒的设备，不仅仅是可以实现半自动化的原因，自动喷涂的涂层均匀，质量稳定，可以改善型筒的涂料表面及铸管的质量。

3工艺控制要点

3.1铸型转速的优化

目前生产上主要的计算公式有三种，5520公式、凯门公式、重力系数公式等，都是以离心力公式为基础，给以不同假设前提推导而来，需要经具体生产条件修正。对既定的转速优化方案如下：

（1）浇注较厚壁铸件时，在浇注和浇注后铸件初始凝固时，先采用较小型筒转速，而后提高型筒转速，防止铸件外壁产生裂纹。

（2）浇注较长的薄壁管时，在浇注时可采用小的铸型转速，而后迅速的提高铸型转速，并在离心力作用下凝固。

（3）浇注大直径的管件时，应适当降低铸型转速，因为型筒运动的线速度相对于进入的金属液的线速度超过某一数值，则会引起较大的飞溅。

（4）在浇注结晶范围宽的合金，可采用较高的铸型转速，以利于补缩、驱除金属液中的夹渣或增强金属液的充型能力。

3.2浇注前的控制要点

（1）铸型的控温方式铸型采用红外线自动测温仪对型筒分三个区域（浇注端、中间端、尾端）进行实时温度检测，手工对型筒内部温度进行检测。总结内外温差与型筒厚度的关系。

（2）选用适合的涂料配比，以避免粘管、出现气孔、裂纹等为前提，合理选择锆英粉、石英粉及水玻璃的搭配比例。

（3）在实践中总结自动喷涂设备的行走速度、风管压力与形成涂层的厚度的关系，尽量做到参数化控制。

（4）浇注定量定量方式主要分为控制质量和体积两种，质量定量准确，最便捷的方式还是采用吊车电子称的方式。

3.3新技术的应用

（1）电磁搅拌技术：把旋转的铸型放在电磁场中，促使进入型内金属液产生强烈的滞后于铸型的相对运动，使铸件获得细等轴晶粒组织。

（2）在真空或者惰性气氛中离心浇注，防止金属氧化，出现夹渣。̓̓（3）当有些合金铸管在轴向收缩受阻时，常易产生横裂，可在型筒的一端用气动或液压活塞作端盖，或者浇端和尾端做部分断台。

4现存问题及瓶颈

目前，虽然离心铸造工艺已经日趋完善，技术及设备参数化，但是仍然存在以下问题：

（1）红外线控制型筒温度只能测量型筒外表温度，实际有效温度为型筒内部温度，尤其是较长的型筒的中段，只能利用手工对型筒的两端用红外线测温。

（2）型筒的清理后，会产生大量的高温涂料灰尘，造成车间的环境及空气质量污染。布袋式除尘方式难以收集，吸风式要求大功率电机及配套设施，暂没有更环保的方法解决！

（3）小于50mm的管径的铸造仍然是难点，首先，浇入金属，现阶段仅靠浇口压力头喷射解决。其次，直径小的铸管转速高，容易出现夹杂或者断管等问题，都有待于持续研究。

参考文献:

[1]ASMinternational，15-casting[S].ASMHANDBOOK，2008.

[2]铸造工程师手册第3版，2010.