年产2万吨铸钢件和3.6万吨钢锭的铸造车间设计

栾庆冬，刘 佳

（中国航天系统科学与工程研究院，北京 100048）

国内某铸造厂主要生产石油钻机、蒸汽轮机、水电设备、冶金、矿山设备铸钢件及各类钢锭。现年生产能力铸钢件1.2万吨。拥有三条自动造型生产线和两个手工造型工部。由于旧城改造，需整体搬迁到新工业园区，为进一步提升铸钢件的生产工艺水平、扩大产能、提高铸件质量，新增用地面积240亩，需对铸造车间进行重新设计，文章重点介绍了车间设计中的工艺设备选型及工艺过程，供设计人员参考。

1 生产纲领和工作制度

1.1 生产纲领

年产2万吨钻机、水电、火电、冶金、矿山机械铸钢件和3.6万吨钢锭生产任务。

1.2 工作制度

根据《机械工厂年时基数设计标准》：每周5d工作制，每班8h，全年工作时间为251d。熔炼、模铸、造型、砂再生、清理为二班制，热处理为三班制。

2 主要生产工艺及流程

铸造车间的主要工艺流程是熔炼、造型、制芯、合箱、浇注、落砂、砂再生、清理、热处理、校验合格后入库。

本项目熔炼工艺路线一：采用电弧炉熔化、LF+VD/VOD精炼炉熔炼工艺；熔炼工艺路线二：采用电弧炉熔化、AOD精炼炉熔炼工艺；造型、制芯均采用呋喃树脂砂生产工艺；旧砂再生采用干法机械搓擦再生工艺。

3 主要工艺说明

3.1 生产准备工部

本工部主要任务是对冶炼材料进行准备，将准备好的原辅材料在生产前运送到相应的场所。炉料存储由废钢处理库和备料库两部份组成，主要配备电磁起重机、气体切割机、电子地衡，配好的炉料料篮由电动平车分别运往熔炼跨内由行车吊运对电炉进行加料。

3.2 熔炼工部

根据最大钢锭所需钢水量为90t、最大铸件所需钢水量为150t和其材质要求选择精炼设备。选用两台电弧炉，其中一台30t电弧炉（最大出钢水量40t），另利用原有一台10t电弧炉和一台10tAOD精炼炉。为确保一次需提供150t钢水量，再配备1套40tLF钢包精炼炉和1套45t VD/VOD精炼炉及1台30tAOD精炼炉，可保证采用多包满足最大铸钢件所需钢水量。

3.3 模铸工部

双真空铸锭工艺：根据生产纲领要求，选用2座90t真空铸锭室（VC）、三座50t真空铸锭室。90tVC承担50～80t钢锭制作任务，50tVC承担20～50t钢锭制作任务。

90t级钢锭工艺流程：30t电炉（30t）→40tLF→45t VD熔炼3炉，分3次浇注到90tVC；50t级钢锭工艺流程：30t电炉（28t）→40LF→45t VD熔炼2炉，分2次浇注到50tVC。

3.4 造型、制芯工部

造型、制芯采用呋喃树脂砂生产工艺。造型、制芯厂房共为三跨（27＋24＋18）m，厂房与熔炼跨厂房垂直布置。

27m主要承担大铸件造型、合箱、浇注，靠近熔炼跨为布置为合箱浇注区，另一端为为造型区，造型采用移动式混砂机造型。

24 m跨为造型生产线跨，造型线是利用原有1条中型线的部份设备如翻转起模机，砂箱等工装，组建1条高速造型圈线，生产率：8型/h，生产线由1台30 t/h混砂机、震实台、翻转起模机、流涂机、表干段和机动滚道组成。

18 m跨为制芯区，设置1条高速制芯圈和1条20 t/h移动混砂机地面制芯线，配有1台表干烘炉，承担主要砂芯制作任务。

造型、制芯采用3台移动式连续混砂机和2台固定式混砂机混制型（芯）砂，其中60 t/h移动式连续混砂机1台、40 t/h移动式连续混砂机1台，20 t/h移动式连续混砂机1台和1台30 t/h固定式混砂机、1台15 t/h固定式混砂机。

由于生产产品大型、厚重，对面砂耐高温要求高，对采用的铬铁矿面砂比较大，要求造型移动式混砂机同时具备铬铁矿面砂混制能力。60t/h移动式连续混砂机每台配备铬铁矿砂面砂20t/h混制能力。

3.5 落砂工部

铸型冷却后通过平车运至预清理跨落砂。落砂装置采用2台振动落砂机组成一体，根据铸型重量，采用整型落砂或分箱落砂，落砂机配备除尘净化处理。

3.6 砂再生工部

砂再生工部由落砂、预清理、砂再生组成，通过工时计算，采用2套20t/h砂再生装置，砂再生回收率≥85%。

砂再生工艺流程：落砂→磁选→振动破碎预再生→二级离心（或搓揉）→风选→砂温调节→再生砂砂斗→铬铁矿砂分离装置→石英砂（铬铁矿砂）砂斗→混砂机上方砂斗。

3.7 清理及热处理工部

铸件经冷却后在预清理跨采用手工风铲清砂，然后运至清理区，首先进行抛丸表面处理，再进行浇冒口切割，采用碳弧气刨去除铸件的飞边毛刺，对有缺陷的铸件进行焊补。

采用5台热处理炉，其中8×6×4m台车式热处理炉2台、5.4×4.5×3 m台车式热处理炉3台，考虑产品中部份为高锰钢铸件，其中1台5.4×4.5×3 m台车式热处理炉配备1座淬火水池。

采用3台抛（喷）丸清理设备，其中台车式抛喷丸室对大件进行清砂和表面处理。采用2台吊钩式抛丸清理机对中小件表面处理。为对工艺有特殊要求，需进行的二次冒口切割的铸件，在清理跨内二次浇冒切割区进行切割。

4 环境保护与劳动安全卫生

电弧炉除尘采用屋顶罩、移动式半密闭罩相结合的方式，LF精炼炉、AOD精炼炉除尘采用移动式半密闭罩，熔炼产生的烟尘通过收尘罩，进入布袋除尘器，经过滤处理后，达标后排放。

在落砂过程，将产生大量的粉尘，粉采用侧吸式吸尘罩捕捉并进入布袋除尘器进行净化处理，尾气达标后室外高空排放。

5 结语

该项目已建成投产两年，工艺设备布局合理，物流顺畅，运转情况良好。本车间工艺设计采用了较为先进的设计思想和理念，应用了成熟、先进的技术及创新设计，可为同类铸造车间设计提供参考。