浅谈消失模灰铁铸造生产线改造为铝合金生产线要点

程战锋 姜飞

摘 要：介绍了原消失模灰铁生产线改造为消失模铝合金生产线，设备改造过程中各个环节改造要点分析说明，投产后，设备生产效率的提升。

关键词：消失模；铝合金；铸造

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.021

消失模铸造工艺有较高的尺寸精度，表面光洁度高，加工余量小，成本低。铸件无飞边、毛刺，铸件清理工序费用低。它以诸多的优越性，已经在国内外得到广泛推广。目前国内消失模灰铁工艺及设备较为成熟。随着轻量化的逐步需求，部分铝合金铸件替代灰铁件已经成为趋势。我公司已攻关消失模铝合金工艺技术近10年，目前已经达到成品率98%以上，处于国内领先水平。使用的生产线由美国富康线、德国史杰克西熔炼炉、美国派罗特克铝液净化系统、德国ABB机器人浇筑系统等以及其他辅助设备组成。国内暂无专业设计制作厂家。根据公司规划，计划利用最少投资对一条闲置的国产消失模灰铁铸造生产线进行改造为铝合金生产线。

1 原消失模灰铁生产线组成部分简要说明

原灰铁生产线为2条混用线，单条线包含2台中频熔炼炉，1台半自动浇注机，1条造型推箱线，2套抽真空系统，1条混合砂处理系统，1套熔炼炉用布袋式除尘器，3套造型线及砂处理除尘系统等以及冷却塔、压缩空气过滤器、铸件输送悬链等辅助设备。

2 改造铝合金生产线前的问题汇总及讨论

虽然都为消失模铸造，灰铁和铝合金的设备大不相同。根据公司原有一条美国进口铝合金消失模生产线的使用经验及现有设备现状，总结问题如下：

2.1 熔炼设备

（1）中频感应炉感应线圈通电后，在金属炉料内产生涡流，形成集肤效应。热量从炉料本身产生，熔炼速度较快，炉内金属烧损少，铝合金熔炼行业运用较多。但主要运用在猛、铜、锌等元素含量比较高的铝合金熔炼。中频炉在熔炼过程中由于驼峰现象，铝液容易吸气，导致铸件针孔超标。

（2）由于原中频熔炼倾转机构的限制，生产连续性较差，需转运至浇注工位，属于间歇式供铝，且温降较大。

（3）中频炉相比天然气熔炼炉能耗大，成本高。改造前我们用中频炉熔炼1个多月，铸件质量和生产效率不能完全达到公司要求。最终讨论方案决定舍弃原中频炉，重新购置燃气炉。

2.2 铝液净化系统

铝液净化工序为铝合金铸造特有工艺，相关设备需全部购新。目前行业内共有2种形式：

1#流程为：熔炼铝液-放水至转运包-除气机除气-定量浇注炉静置-定量炉2次除气-浇注。

2#流程为：熔炼铝液-通过溜槽流入保温炉精炼-保温炉内静置-通过溜槽至在线除气机-过滤箱-浇注保温炉-机械手浇注。

以上2种铝液净化方式对比，1#需要多次叉车转运，容易吸气，温降最大达到在100摄氏度。密度当量偏高，且不稳定。浇注效率极低，约4分钟/件。其次还有浇筑方式的差异，定量炉浇注由于自身倾转结构限制，定量精度低，造成整体铝液利用率不高，每2吨铝液相差约120-180公斤。相比之下，机械手浇注灵活性高，并且可实现等流量浇注，精度高，稳定性好。

2.3 造型推箱環线

原环线推箱方式为液压缸推箱，然后由摆渡车转运。存在几个问题：

（1）砂箱小车之间相对运动，小车两端撞铁易磨损。假设每个撞铁平均磨损0.5mm，则单线38个小车总长度缩短了19mm。实际运行过程中，结合小车变形、撞铁上粘铁渣等因素，每次推箱长度均不完全一致。这种现状导致无法实现定量炉或机械手定点浇注方式。

（2）公司现有铝合金生产线双驱动液压缸推箱在停止的过程中，整条生产线砂箱及小车晃动严重，易造成刚浇注结束未固化的铸件吸气或变形等致废。

改造后全线小车通过连接销固定连接，小车之间无间隙。全部连接为闭环后，小车间无相对运动，不会产生磨损。装箱造型工位、定点浇注工位、翻箱工位安装了液压定位装置。保证了每次推箱精度。

驱动部分将原液压缸改进为伺服滚珠丝杠，2套驱动同步性更好，控制精度高，推箱停止后没有明显晃动。提高了产品合格率。

2.4 砂处理系统

灰铁浇注温度为1500℃以上，铝合金为760℃，浇注温度的巨大差异，出件处砂温随之降低，由原来的300℃降低至小于200℃。原砂处理能力过剩，不仅能耗大，且砂温过低，不符合工艺要求的温度范围，造成废品。通过重新计算后优化拆除2台沸腾冷却器。

消失模铝合金工艺相比消失模灰铁无抽真空系统，浇注温度低，EPS残留物较多，主要靠造型砂吸附。砂表面油性附着物会影响砂流动性，对振动造型产生不利。并且影响砂粒间隙，使吸附空间缩小，出现反喷等工艺问题。新增一台间歇式在线砂焙烧炉，安装与砂处理冷却器前端，保证高温砂子直接进入焙烧炉，节约能源；焙烧炉靠天然气直接加热，达到600℃时，砂子表面大部分附着物随烟气排走，砂颜色明显由黑变白。砂处理系统处理能力为30吨/小时，根据多次试验，砂焙烧量设计为3t/小时即砂处理总量的10%，即可满足工艺要求。如焙烧量过大，能源消耗增加，成本高。

2.5 其他设备

工艺改变后，产生的烟尘中含有大量未充分燃烧的EPS残留物，粘度较高，不宜使用布袋式除尘器，本次改造选用3级湿法除尘。原公司进口生产线湿法除尘设备管路使用碳钢材质，运行半年后管路全部腐蚀，1年后，喷淋塔外壳腐蚀，设备无法运行。所以本次改造管路以及喷淋塔采用304不锈钢材质，循环水泵选用耐腐蚀尼龙泵。

3 结论

公司在多家比对后，选用东大三建制造的熔化效率2吨/小时，保温4吨的熔化保温炉，派罗特克制造的铝液净化系统，北京天哲消失模技术有限公司设计制造的推箱环线及砂焙烧炉，改进后的生产线效率达到25箱/小时，全线操作人员7人，设备开机率85%以上，重型变速箱壳体的成品率稳定在98%以上。

参考文献：

[1]洪美.熔炼铝合金中频无芯感应电炉炉体结构的改进[J].铸造，2012，61（07）：786-789.

[2]刘涛.用于消失模铸造的几种典型自动化设备[G].山西省第二十五次铸造会议论文集，2013.