董志合,董旻哲
(保定维尔铸造机械股份有限公司,河北保定 071058)
VRH生产工艺及设备维护浅析
董志合,董旻哲
(保定维尔铸造机械股份有限公司,河北保定 071058)
介绍了高锰钢铸件生产中砂处理及造型工艺设备、参数选择、自动控制、设备调试、维修等方面的注意事项。
VRH工艺;水玻璃砂;工艺参数;调试;维护
使用VRH、水玻璃砂工艺生产高锰钢件,设备由落砂破碎再生工部、造型工部、VRH、除尘等组成。落砂破碎再生工部的流程为:落砂机-过渡斗-振动输送槽-电磁磁选-颚式破碎机-提升机-1#砂斗-振动给料机-砂块破碎机-磁选机-三轴搓擦再生机-过渡斗-气力输送-2#砂斗-离心再生机-风选-过渡斗-气力输送-3#砂斗-砂温调节器-过渡斗-气力输送-4#-5#砂斗-气力输送-造型工部;造型工部由2个砂斗、2台混砂机、2台上压实、2台VRH、3台转运车、1台翻转起模机、11台机动辊道组成;新砂由1台气力输送分别送到2台混砂机砂斗上;各工部有除尘器进行粉尘处理。
VRH是真空置换的意思,是把造好的砂型放到真空室内,用真空泵把砂箱内的空气、水分抽成一定真空度,再把CO2气体充入,让CO2与水玻璃快速反应,使砂子快速硬化成型。
1.1 VRH法真空度的选择
VRH法最重要的目的是创造水玻璃最良好的脱水硬化效应。设置合适的真空度、适宜的CO2吹入量、保持时间,对于获得良好的铸型是十分必要的。
(1)真空度的选择:一般为0.01~0.03 MPa。达到真空度的时间主要取决于真空泵大小、天气变化(大气压、湿度、温度)等因素。
(2)CO2充气压力:一般0.2~0.3 MPa。
(3)CO2用气量:一般箱内压力0.06~0.09 MPa,保持时间不宜过长,120 s左右,根据硬化情况决定。
1.2 VRH工艺情况下原辅材料的选择
(1)新砂。制作高锰钢件,通常选用40~70目(主粒度质量≥75%)的水洗镁橄榄石砂,其中氧化镁≥44%;二氧化硅≤43%;三氧化二铁≤10%,酌减量≤1.5%,水分≤0.5%。
(2)工艺参数(参考)。水玻璃模数:2.1~2.3,波美浓度(Be):48~50;水玻璃加入量:面砂(新砂)3.3%~3.8%;水溶性碱酚醛加入量:0.3%~0.5%;背砂(旧砂)I:水玻璃加入量3.3%~3.8%,水0.30%~0.37%;背砂(旧砂)II:水玻璃加入量3.2%~3.6%,水0.30%~0.37%。也有公司采用碱酚醛树脂砂作为面砂,水玻璃砂作为背砂使用的,此时碱酚醛加入量约3%~4%。
1.3 工艺目标值
(1)型、芯强度达到1.2%~1.5 MPa。砂型强度与稳定性、砂型退让性是相互关联的,根据铸件设置合理的强度,不是越高越好。要选择合适的工艺参数、原辅材料。试验数据显示,铸型强度及表面稳定性与水玻璃加入量、水玻璃稳定性、砂子品质、砂子密度、温度等关系密切,原砂密度大于1.8时,水玻璃加入量在2.5%~3.5%时铸型强度及稳定性可以达到目标值。
(2)旧砂残钠。影响旧砂溃散性的因素主要是旧砂残钠含量,一般将旧砂残钠含量控制在0.5%~0.8%左右。为了有效控制再生后旧砂残钠,通常提高旧砂温度能使砂粒表面的韧性膜脆化利于提高再生效果,在没有采用旧砂加热设备情况下,掌握好落砂温度很重要。水玻璃加入量及开箱时间是影响溃散性和旧砂回收的两个重要因素。旧砂含水量对再生效果影响很大。旧砂吸水后,新形成的水玻璃胶体与砂粒表面的水玻璃膜混在一起,使水玻璃膜的韧性增加,不易再生。一般旧砂含水量达到0.7%时很难进行机械干法再生,含水量低于0.1%时干法再生效果较为理想(温度高,效果更好)。水玻璃旧砂具有吸湿性,浇注后不宜放置太长时间再去再生,应该掌握好余温和水分。为了有效去除残钠,还要注意除尘,尽可能地使砂子中的微分去除干净。
综上所述,影响VRH水玻璃砂工艺效果的因素主要有:①原材料(新砂)的粒度分布、含水量、微分含量、密度;②水玻璃特性、稳定性、加入量;③真空度;④CO2充气压力、时间;⑤旧砂温度、含水量;⑥旧砂残钠;⑦砂箱及模板是否有充排气孔、型砂上有无充气孔;⑧造型后应及时浇注,浇注冷却后及时落砂回收。
2.1 公共外部条件
(1)设备电源
电源必须稳定,互不干扰。并注意静电、雷电、电磁的危害。
注意控制电源不能受到干扰,特别是大容量电源的干扰,包括电炉对设备的干扰。
注意设备接地、接零。注意烟囱避雷线。绝缘、屏护、间距是最常见的安全措施,要做好。要安装漏电自动开关。特别是在使用手持电动工具时必须安装漏电保护。
有些位置,如控制、手提照明灯、高度不足2.5 m的一般照明灯,应该采用安全电压。对设备维修时必须切断电源。注意电气防火。
(2)气源
气源的气压及流量要稳定。在满足流量时气压要稳定。在设备短时间消耗大量压缩空气时,气包内气体压降要尽量小,不能大于0.15 MPa,并且在短时间内补充到原来的压力,既要求空压机大小要合适,又要求在瞬间大量用气的位置设置较大的气包缓冲罐。
压缩空气要经过干燥、过滤。压缩空气必须经过干燥处理,一般压缩空气压力在0.60~0.65 MPa。注意检查压缩空气管道中的积水,并定期排放。要定期为管道中油雾器加注合适的稀油润滑油。
(3)水
一般水是作为冷却水出现的,前端使用水泵供水。水需要过滤,不要有杂物。为防止冷却水管中有水垢、污垢、腐蚀、微生物粘泥出现,必要时给冷却水加注药剂。
水在循环使用中会有蒸发,需要时进行补充。低温时使用水源,谨记防冻。
2.2 常用物料或购件
(1)液压油
液压油是液压系统运行稳定的重要因素,应具备良好的极压抗磨性、合适的粘度、良好的粘温特性、优良的抗氧化安定性、良好的抗乳化性、良好的防锈性等,通常推荐采用L-HM46(GB11118.1—2011)抗磨液压油。40 ℃时运动粘度为45.88 mm2/s。
液压系统中必须加过滤器。要保持液压系统的清洁,及时清除油箱内的油泥、金属屑。换油时必须经过过滤(用10 μm的,过滤比为100)液压油在使用中油温应控制在20 ℃~60 ℃范围内。
(2)润滑油和润滑脂
轴承、齿轮、链条等运动副处必须润滑良好,才能保证设备较好地运转。
①根据要求加注合适的润滑脂或润滑油。(要考虑冬季最低温差的影响),定期补充、更换或过滤。
②加入量要合适。
③可以参考:稀油使用L-HM46 抗磨液压油;轴承润滑脂用2号工业锂基脂;减速电机减速器齿轮润滑油可用中载荷工业齿轮油;真空泵油选用N100型号。
(3)链条、三角带、皮带
注意链条、三角带、皮带的张紧。需要时必须更换。三角带要等长。
(4)各类仪表、检测元件
要经常检查各类仪表的状态,特别是参与控制的提供信号的仪表;检查各类检测元件的状态和位置,需要时进行调整和紧固。它们是否正常,关系到设备能否正常运转。
(5)阀
阀有气动阀和液压阀两种。必须保证各种阀状态良好。
①各种阀都有一定的额定压力和流量,不能超限使用,并注意方向。调整好各阀使用的压力和流量。
②根据设备动作的速度、压力要求调整好各阀对应的电流电压变化。
③阀在使用中的故障或失效主要是由于液压油(或气源的压缩空气)油质(或气质)变化、油液中有磨损的金属屑、汽蚀、环境等因素引起阀芯间隙过大或污染物沉积造成阀芯卡死,使用中防止污染很重要。阀处于较脏环境中易出现电信号异常导致阀不动作。
阀最易出现的故障是不换向,检查时注意检查密封件(如果有的话)是否损坏。电磁铁是否正常,阀芯是否被卡死,弹簧是否损坏。拆卸阀芯再组装时要用煤油或专业清洗剂清洗干净。
(6)液压泵与液压马达
液压系统调试中严禁溢流阀的压力超过液压泵的额定压力;严禁油箱内油量不足可能导致油泵吸空甚至油泵缺油导致润滑不良运行出现泵的损坏;严禁油箱不透气,导致形成负压使油和空气混杂;液压泵要在适当温度(20 ℃~60 ℃)范围内运行;液压油要清洁,不能有污染和乳化。
液压泵与电机要保证同轴,二者之间建议用弹性联轴器联接。
液压泵进油口要尽量短、直、大。进油口处安装流量尽量不小于泵的最大流量的2倍的粗过滤器(80~180 μm)。泵的进油、出油口应该安装牢固、密封良好。避免在负载下突然启动与停止。
液压马达在使用中与液压泵要求类似,还要注意对低速马达的回油口要有充足的背压;使用性能好的合适的润滑油。
2.3 备件
根据生产需求和设备耗品,准备常用备件对设备正常连续运行是非常必要的。
设备调试时是什么状态,往往很长时间内用户很少有人去做更好的调整,所以设备调试到位很重要。
(1)振动设备。振动电机的激振力大小直接影响设备工作能力,激振力太大,振幅大,往往噪声也大,对设备寿命有影响;激振力小,能力小;要根据前后设备的能力调整好激振力大小;同时要求对称布置的电机激振力大小一致,旋向相反。
本生产线中振动设备有落砂机、振动输送机、破碎机、振动给料机,根据说明书或生产率调整好振幅大小。
为了避免振动设备停止工作过共振区时引起设备损坏,往往采取强制制动使振动快速慢下来,一般3 kW及以下的电机为反接制动,3 kW以上的为能耗制动。
(2)磁选设备。对于永磁头轮形式的磁选机,无法调整磁力大小,但可以通过调整砂子进入时量大小或调整板与磁筒的间隙大小改变砂层分布来提高磁选效果。
对于悬挂磁选机,可以通过调整磁块与物料间距来改变磁选效果;对于电磁式的磁选机,可以通过改变电流大小来改变磁力大小,但要注意磁力太大,会使大的磁性块以很大的引力被吸到磁块外面的皮带上,有可能会损坏皮带。
(3)鄂式破碎机。通过调整两块鄂板间隙来达到需要能通过的最大砂块尺寸。
(4)提升机。以皮带或链条作为物料的传送构件,需要保持不跑偏的张紧状态。对于不带自重张紧的,更需要定期观察张紧程度,需要时进行张紧,重新张紧后要注意调正防止跑偏。同时要注意检查料斗是否有掉斗危险,斗子要牢固,还不能有变形。要观察料斗上升时有无掉料现象,若有,可能是运行不平稳,可以调整设备,如调整跑偏,调整张紧,也可能是料斗太满,要调整进口给料量大小;卸料时若有回返到提升机内的情况,则需要调整出料槽底板深入壳体内长度(但不能挂斗)。要注意底部尾轮不能打滑,打滑说明皮带或链条松动甚至出现断裂,一旦接近开关显示频率低于正常值,应该会有报警,要认真检查调整;还有要注意检查头轮处防倒机构,防倒机构能够使在出现停电时由于一侧料斗有砂使皮带或链条倒转而使底部被砂子塞满。
(5)破碎机。影响破碎机工作效率的有以下几项:激振力大小;砂子装满程度(若物料太少,会大大降低效率);破碎栅格的堵塞情况;出砂口处竖立的挡砂板的高度(出口大,出砂快,但脱膜率降低)。在满足生产率的情况下,尽可能让砂子在机体内停留的时间长些,利于提高再生效果。
(6)气力输送。影响气力输送效率的因素很多,物料比重、粒度、水分、管道布置、压缩空气压力和补气速度、运行程序。在运行程序上注意增压器的启动要先于发送,停止要落后于发送停止,否则很容易堵塞增压器特别是此处的单向阀。在顺序上发送末端的增压器压力要低一些。要掌握好发送罐压力,砂子输送速度与砂子前后的压差有关系,压力尽可能低,管道的磨损与速度的N次方(一般为3)成正比。对于一定的供气系统选择合适的压力(含增压器处)可以很好地控制吨物料气体耗量,如果可能不一定每处的增压器都给气。
本线中用了两种气力输送,一种是栓式气力输送,属于连续输送,每发一罐砂子,再给一个气栓。虽然每罐砂量较少,但是在管道中砂栓较多,属于低速密相输送的形式;另一种形式为仓储式输送,罐容积较大,输送时把一罐砂全部输送出去,再开始加砂。
(7)再生机。本线中再生机有2种形式。一种是搓擦形式,砂子在沸腾的状态下与内置的几十个摩擦轮产生摩擦,以去除砂子表面的部分残钠,砂子沸腾的高度与风机的风压、风量有关,可以调整风机的进风口大小,让砂子沸腾时高于摩擦轮上面90 mm左右即可,机体内中间的隔板高度可调,不能太高,其底部位置低于摩擦轮底部20~30 mm;机体前端出砂口处也有一个隔板,此隔板可以调整出砂速度,一般高于摩擦轮高度60 mm左右。中间隔板将机体分成2个腔,不让砂子从进料口一端直接沸腾流动到出砂口,而是让砂子必须从中间隔板的底部绕行过去,出砂口处的隔板控制了机体内砂子量的大小,调整过低,砂子量小,沸腾的砂子高度有所上升,气料比增大,实际砂子密度减小。2块隔板的组合会影响砂子在机体内的砂子密度、停留时间,实际上影响了再生的效果。
第二种为离心式再生机。这种再生机利用高速旋转的转子盘与砂子摩擦产生一部分再生作用,主要靠砂子被高速甩到静止的三个碰撞环上,经过砂子与挡环之间及砂子与砂子之间的碰撞撞击使部分残钠被剥离达到再生作用,被剥离的残钠与微分经过风选被去除。要注意观察转子盘、上中下三个挡环的损坏情况,转子盘磨损严重会使设备振动、噪音加大,挡环磨损严重会使再生效果受影响,需要时更换转子盘,调整挡环高度。
(8)砂温调节器。砂子温度高于32 ℃时可以通过水冷方式对砂子进行冷却,当开启一般水冷方式不能把砂温降下来时可以开启制冷机模式。若冬季生产需要砂温上升时可以通过通热水形式,但冬季要考虑防止水管、水池、设备被冻坏。
①上部气送砂子不能直接打在砂温调节器的管子上,防止打穿管子漏水;②长期不用时砂子放净,防止砂子结块堵死热交换器;③控制程序要保证工作过程中热交换器部分不能裸露(即:热交换器上面砂斗的下料位计若为无料信号,则热交换器下部的闸板不能打开卸料);④冬季处于零度以下时,下班时将水管内水排净,防止冻坏水管及热交换器。
(9)混砂机。影响混砂机使用效果的因素很多,要注意以下因素:
①下料大小的变化,一般有面砂、背砂选择时砂量大小可能发生变化,其他时候应该误差不大于3%。砂斗内砂子的多少、砂斗内空气压力大小(尤其是负压时)对出砂量大小会有影响。
②砂子硬化效果。一般除季节性变化有明显区别外,其他时候不应有较大变化。不同的季节可以适当调整液料品种。环境稳定对混砂影响较大。
发生硬化效果变化的因素可能有:砂子温度、空气湿度、砂子流量、砂子粉尘含量、液料加入量、液料品种、液料浓度、模型温度等。
新更换的叶片布置形式发生变化也会影响混砂均匀性,从而影响硬化效果;使用一段时间后叶片因磨损也会引起混砂效果变化进而引起硬化效果变化(要注意叶片与筒壁间的间隙大小,一般控制在3~5mm)。要定期检查砂子流量变化,每个星期测量2次液料流量变化,需要时及时调整。
要注意混砂槽体中叶片布置是否合适,要注意混砂轴的转速大小,要注意液料系统泵流量大小的控制,泵的大小要合适,在不同的阶段可以选择不同的加入比例。
③下班清理混砂槽体,将叶片、筒壁上的粘砂清理干净。
④注意检查液料高低。
⑤注意检查大臂皮带跑偏,注意调整密封条位置减少散落砂出现。
(10)上压实
如果采用自动运行模式,每个砂箱需要填满(不能根据铸件大小选择只加一部分砂),选择手动模式时注意压头要对准砂箱格子孔才能向下运动。为防止冷铁偏离原位置,一般不选择振动模式,只考虑向下压实。
冷铁少时可以选择振实。禁止人体进入压头下部。压头气缸气压尽量高一些,可以常通气。
为了在充气时有更好的硬化效果,尽可能在压实后多轧些气道。注意调整检查压头移动机构链条松紧程度及润滑情况。
(11)VRH真空室
真空室运行时要能保证快速被抽成真空,能快速让CO2给砂型充气硬化。
如果不能快速抽成真空,要检查:两端的门体是否变形,密封条是否开胶、破损、老化;管道上是否漏气;穿过机体的传动轴处是否漏气;压力表工作是否正常;真空值是否设置合适(天气不同,设置的数值会不同,真空度达标时间与气温、气压、湿度有关);门体气缸是否动作异常;真空泵动作是否异常(含效率是否正常)。
如果硬化效果不好,要检查:混砂效果--均匀性、液料加入量等;砂箱上的气眼、气道;CO2充气时间、压力;真空度等。
如果砂箱输送效果不好,检查链条松动情况;检查砂箱接近开关信号是否正常;检查输送传动减速机动作是否异常。
(四)真空泵
真空泵是VRH运转效率的关键设备。真空度和效率是真空泵的主要参数,影响这两个参数的因素很多,主要有真空油的品质(含使用质量)、各种动静密封(含真空泵滑阀间隙)、间隙、排气速度、环境温度等。
(12)翻转起模机
起模平稳性是最主要的要求,平稳性主要靠起模油缸的同步性实现。调试时注意以下因素:通过4个缸的伺服阀的参数调整使4个油缸在位移、动作上同步;4个缸外部条件要一致,要注意检查外部联接、润滑;起模过程中要慢速,起模结束可以快速,起模升起到位前慢速。
如果任何一个动作不执行,可能是:上一个到位信号缺失,检查信号开关及线路。本次动作电信号缺失;检查液压系统电磁阀有无动作。油的清洁度不够,导致过滤网堵塞或电磁阀卡死;水温、油温高于设定温度,或水泵不工作。
起模损坏,可能是砂型硬度不够直接塌型;砂型硬度太大或不均匀,在起模过程中将砂型拉断;模型外部粗糙,局部拔模斜度不够,导致拔坏砂型;砂箱与模底板间间隙偏大,起模前砂型与底板间产生单向挤压;起模前没有进行适当的震击;起模过程不平稳。
(13)转运车与机动辊道
要保证转运车辊道中心在接砂型、底板位置与辊道中心对齐,不能有偏离,否则会有冲击。要做到这样的要求,需要使转运车接近停车位置时慢速,让车在需要的位置停下来,不能因为惯性越位,也不能不到位置停下来。如果需要,可以考虑机械限位等措施。要调整好开关信号的安装精度和位置精度。同时还要保证转运车辊道与机动辊道上母线等高。注意检查链条松紧、轴承润滑状态。
(14)除尘系统
本线采用了5台大小不一样的脉冲反吹布袋式除尘器。除尘系统既要把产尘点的粉尘通过管道吸到除尘器内,又要把吸附到布袋上的粉尘抖落到灰斗内,再把经过过滤的风排到室外。除尘系统在设计时根据每处产尘点除净粉尘所估计需要的风量及离除尘器距离远近设计不同管径的风管,并尽可能让每个节点处两个支路的风阻平衡,同时还要保证管道内的风速不能太低,以免粉尘沉降堵塞管路,又不能风速太大容易引起磨穿管路,调试时做多次调整是必须的,很难一次做好。
产尘点粉尘外溢,说明此处的风量已经不足或负压不够,最大的可能是:管道堵塞,需要清理管道;整个引风系统有漏风处,漏风处风阻小进去的野风多,影响了产尘点处的风量;布袋阻力太大,也会引起风压风量变化,引起除尘效果变化;引风系统没有问题时可能是风机问题,如果风机叶片磨损(包括布袋出问题后发生,也包括长时间运行后发生),风机压力风量曲线发生变化,对除尘系统有了影响。
除尘器排风管冒黑烟,说明布袋位置出现问题。布袋破损,带尘气体从破损处不经过滤进入风机排风烟囱;固定布袋的花眼网板处没有卡紧布袋,有漏风处;将含尘气体与过滤气体隔开的包括网眼板在内的隔板处有漏风处。
设备要想正常运转,除外部条件具备、设备正常、调试到位外,人则是首要因素。设备制造厂家不可能无条件长期服务,使用厂家的人员素质、操作规程、维护制度等也是非常重要和必须做好的。
4.1 设备开启条件
(1)设备要具备开启条件(含设备条件、电气条件、气动条件、液压条件等)。开机前仔细检查各条件是否具备,有没有影响安全操作的因素。
(2)操作者要经过培训,对设备必须熟悉,想到安全,做到安全。
(3)操作者具备特殊情况下应急处理能力,在紧急情况下有应急应对措施。
4.2 设备运行
4.2.1 手动操作
一般不用手动操作,手动操作是在自动运行中出现非正常情况或调整时使用的。手动操作往往不具备联锁条件,一定要慎重操作,要照顾到周围的设备和人员。
4.2.2 自动操作
(1)操作前先检查是否具备自动运行条件并检查设备是否在原始状态
(2)自动操作前的准备工作:将主控制柜电源开关打开,将液压系统的油泵打开。(如果需要液压加热,要先打开加热器)。
(3)准备工作结束,检查满足运行条件后,将控制面板上的旋钮旋到“自动”位置,按下“自动启动”。
(4)当生产完成需要停止时,按下主控柜上“自动停止”按钮。(有油泵的情况按下“油泵停止”按钮),关闭控制电源。
4.3 意外情况
(1)在自动工作中,如果出现意外情况,如某工位异常无法进行时,可以将此处控制打到“手动”,恢复后再打到“自动”,按下“自动运行”,自动运行继续进行。
(2)在自动运行中如果出现紧急情况,如撞车、卡死、异常声音或有设备、人身安全隐患时,要第一时间按下操作站(或控制柜)上“急停”按钮,把旋钮打到“手动”按钮,手动操作,等异常情况解决后,再解开急停,调整完了再切换到自动工作方式。
4.4 运行结束
设备运行结束,要关闭不用的电源、气源、水源。要对设备进行维护保养,要打扫现场,进行清理清洁工作,排出安全隐患。
设备维护是保证设备正常运转的必要手段。使用单位要制定严格的维护制度。可以根据生产情况制定日常维护、短期维护、长期维护内容,让设备始终处于良好的状态。
设备维修要注意以下内容:①对设备熟悉,做到懂结构、懂原理、懂性能、懂使用,会保养、会排出故障,要使用正确的工具和用料;②在设备内部维护时要切断电源、气源、水源。维修压力类构件时要先卸掉压力。维修中要防止有的设备部件突然动作,要做好锁紧工作;③维修时要有两个人以上,做好标示要防止他人突然合闸送电;④做好维修保养记录;⑤备好备件。
[1] 翟耀忠.VRH法生产线的应用[J].铸造技术,1997(4).
[2] 张伟,王建国.VRH法在高锰钢辙叉铸件上的应用[J].中国铸造装备与技术,1999(2).
[3] 江梅枝,刘剑兵, 张俊法.等.新型酯硬化水玻璃自硬砂及其再生应用[J]. 中国铸造装备与技术,2000(3).
[4] 钱逸敏. 酯硬化水玻璃砂工艺及成套设备实际应用[J]. 中国铸造装备与技术,2000(3).
Simple analysis of VRH production technology and equipment maintenance
DONG ZhiHe,DONG MinZhe
(Baoding Well Foundry Machinery Co., Ltd.,Baoding 071058,Hebei,China)
The paper introduces the precautions about sand treatent and moulding equipment,preferences, automotic control ,debugging,maintain on producing of high manganese steel castings
VRH process;sodium silicate sand;process parameters;debugging;maintain
TG249.6;
A;
1006-9658(2016)05-0045-06
10.3969/j.issn.1006-9658.2016.05.013
2016-03-04
稿件编号:1603-1276
董志合(1964—),男,工程师,主要从事从事铸造生产线设计和产品开发.