超大型磨机端盖铸钢件的制造工艺

马进，郭小强（共享铸钢有限公司，宁夏银川 750021）



超大型磨机端盖铸钢件的制造工艺

马进，郭小强
（共享铸钢有限公司，宁夏银川 750021）

摘要：超大型磨机端盖铸件的制造技术是大型矿山机械制造业的关键技术之一，它反映了制造商核心竞争能力和技术水平。本文主要介绍该类产品铸件的关键工序制造要点，包括铸造工艺、冶炼工艺、造型工艺、热处理工艺及焊接工艺的核心要点及控制要求。

关键词：超大型磨机；端盖；铸钢件；制造工艺

0　前言

矿山机械在经济建设、科技进步和社会发展中占有十分重要的地位和作用，属于国民经济的支柱行业。近年来，随着我国工业的高速发展，对矿产资源的需求量越来越高[1],而矿山机械设备部件的80%由铸件组成，这也间接对大型铸钢件尤其是高性能铸钢件提出了巨大的、高水平的需求，也给我国大型铸钢件行业带来了更为广阔的市场前景。

磨机作为传统的粉磨设备，已经有了100多年的历史。它作为将固体物料细化制粉的重要设备，广泛应用于冶金、化工、水泥、陶瓷、建筑、电力、医药以及国防工业等部门。尤其是冶金工业中的选矿部门，磨机作业更是具有十分重要的地位。

我公司生产的磨机铸件主要包括球磨机、半自磨机和自磨机的耳轴铸件和进出料端头铸件。本文主要介绍一种超大型球磨机端盖铸钢件各关键工序的制造工艺及技术质量特性。

1　铸钢件质量要求

本文所述铸件产品3D模型如图1所示，铸件尺寸为φ10 600×983(mm) ，铸件净质量36 t，毛坯质量47 t，最大壁厚250 mm，最小壁厚125 mm。

图1　超大磨机端盖铸件图

铸件材质为ASTM A216 WCA，具体化学成分要求见表1，铸件力学性能要求见表2 。

表1　化学成分要求　（质量分数，%）

表2　力学性能要求

2　各关键工序的制造工艺

2.1铸造工艺

本产品铸件在铸造、热处理、加工、焊接等多个工序存在变形的可能性。变形后，难以矫正，如果通过尺寸焊补的办法，则更容易变形。因此主要借鉴类似结构小型磨机铸件生产经验，根据变形趋势，在铸件的不同位置设置加工量和非加工面工艺补正量，加工面设置20～50 mm，非加工面设置5～15mm可有效解决，如图2所示。另外，该类铸钢件易产生缩松、缩孔类缺陷，应用计算机三维凝固模拟与传统模数计算相互验证，来优化设计铸造工艺方案，最终确保合理的的补缩梯度，实现有效补缩和顺序凝固，确保铸件获得致密的组织和极低的缺陷率。

图2　加工量设计图示

2.2造型工艺

铸件形状简单，但其直径尺寸大，造型需要的砂箱尺寸大。浇注系统采用小砂箱胎板造型，浇注系统造型完毕翻箱后，再进行中圈造型。由于铸件的结构特点，在铸件斜坡面与砂箱平面之间形成一个较大的空间，如果将这个空间全部采用砂子填满，将是极大的浪费。为此，在这个空间内放置一些支撑填塞物，减少砂子用量。待中圈砂子硬化后开始上箱造型，将上箱砂箱放入中圈之上，冒口、冷铁等工艺措施准备到位后流砂，面砂为铬矿砂，厚度约为40～80 mm，背砂为硅砂，如图3所示。

图3　上箱造型

2.3冶炼工艺

本产品铸件浇注铁液质量为130 t，冶炼质量为140 t，冶炼工艺为EAF+LF+氩气保护浇注工艺[2]。冶炼本铸件的主要难点为Cr含量的控制，选取Cr含量＜0.15%的废钢，配入相应的生铁冶炼，以保证Cr含量满足要求。冶炼的每个过程与节点都采取严密的过程控制措施，冶炼过程实现计算机实时跟踪控制，化学元素含量采用管道送样+光谱分析+气体分析的检测方法，满足要求后才转入下一工序，有效保证化学成分符合标准要求。

精炼过程全程吹氩，加合金前要求氧化性降低至7×10-6以下，采用硅铝钙钡精炼剂球化夹杂物，使夹杂物充分上浮，出钢前软吹时间＞10 min。浇注时采用吹氩环保护浇注，减少浇注过程的氧化，同时滑板采用吹氩滑板，确保浇注时自动开浇，减少引流引起的氧化物进入型腔，保证铸件的质量。

2.4热处理工艺

本产品铸件热处理的最大难点是化学成分的合理设计以及在顾客已规定热处理方式为正火的情况下的性能及金相组织的获得，同时热处理过程中的铸件防变形也是重点。铸件一旦变形，将很难通过机械方式或热校正方式进行校正。因此，利用过去类似产品成分工艺性能历史数据再结合专用的STECAL热处理模拟软件进行优化模拟，最终确定出合理的内控成分。

为了获得好的力学性能，同时防止铸件在热处理过程中产生变形，采用正火空冷+回火的工艺方式[3,4]。正火温度的选择必须要合适[5]。正火热处理的目的是充分溶解铸件中的析出相，经奥氏体化后形成较小晶粒的奥氏体，冷却后形成细F+P组织。正火结束后，再通过中高温的回火，促进组织中少量的碳以碳化物的形式析出，同时降低铸件残余应力，保证后期铸件尺寸的稳定性。为保证热处理过程中温度可控，除了采用计算机控制的天然气热处理炉偶控温外，还需要在铸件上接3个以上的拖偶，跟踪铸件实际过程温度。

2.5焊接工艺

通过外观及超声波检测，对发现的铸件缺陷，以手工焊条电弧焊为主进行焊接，易变形部位全部采用焊条电弧焊。在焊接预热时采用天然气管火焰预热的方式，将焊接部位表面预热至50～60℃，去除铸件表面的水汽。采取分区域对称的方式焊接，控制每个焊道宽度小于30 mm，每一层焊接的厚度小于3 mm，焊接过程中控制焊接部位的层间温度小于100 ℃。焊接量较大时，采用直径为¢4.0 mm的焊条焊接，焊接电流控制在120～160 A之间，焊接过程中在焊接部位的背面及铸件的其它部位安装百分表进行测量和监控。一旦变形量超过0.5 mm，停止焊接，待尺寸恢复后继续焊接。采用由内向外的焊接顺序，内外腔尺寸、缺陷处理合格后整体进炉进行消应力焊后热处理。

3　结论

通过对铸件产品特点及难点进行分析识别，对其中的各关键工序进行优化设计，并严格过程控制，最终保证了该产品尺寸、外观、成分、力学性能及NDT缺陷等均符合性能要求。同时在生产成本、交货周期及各工序效率上具有较强的竞争力。

参考文献

[1] 博思数据研究中心.中国矿山机械行业发展现状及趋势分析[DB/OL]. 2013- 07- 04. http://www.bosidata.com/ zhuanyongjixieshichang1307/X5161883GJ.html.

[2] 刘振镳.国外大型铸钢件的制造技术[J].大型铸锻件，1993，60 （2）:56- 58.

[3] 徐超,韩建民,崔世海等.正火温度对微合金化铸钢组织和性能的影响[J].北京交通大学学报,2005.8,29(4): 96- 98.

[4] 沈重锻冶科热处理组.大型铸锻件热处理生产经验[M ].北京:机械工业出版社(第一版),1960:90- 92.

[5] 申鹏,周勇.大型铸锻件粗晶及其解决方法的探讨[J].大型铸锻件,2009.5(3):14- 17.

[6] 程行东,柴润川. 解决薄壁大平面铸件铸造缺陷的几种方法[J].中国铸造装备与技术,2014(4).

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（中国铸造协会 消失模V法实型铸造分会

Summary of manufacturing process for one kind of large mill head castings

MA Jin；GUO XiaoQiang
(Kocel Steel Foundry Co.,Ltd. , Yinchuan 750021,Ningxia,China)

Abstract：Large sized mill head manufacture technology is one of the key technologies of large mining machinery industry, which reflects the manufacturer's core competitiveness and skill. This article mainly describes some of the key process points of the relevant steel castings, such as casting technology, melting process, modeling technique, heat treatment and welding core elements and control requirements.

Keywords：large mill； head; casting; manufacturing process

作者简介：马进（1973—），男，高级工程师，主要从事大型铸钢件的热处理工艺研究和质量管理工作.

收稿日期:2015- 08- 08

DOI：10.3969/j.issn.1 006-9 658.2016.01 .008

中图分类号：TG260；

文献标识码：A；

文章编号:1 006- 9658（2016）01 -0021 -03

稿件编号:1508- 1024