爐篦條消失模鑄造工藝優(yōu)化

張家駿，趙清禎，譚建波

(1.河北瑞歐消失模科技有限公司，河北邢臺 054000；2.河北科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊 050018)

爐篦條消失模鑄造工藝優(yōu)化

張家駿1，趙清禎1，譚建波2

(1.河北瑞歐消失?？萍加邢薰?，河北邢臺 054000；2.河北科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊 050018)

爐篦條是冶金設(shè)備燒結(jié)機(jī)上的一個重要零件，對鑄件技術(shù)要求高，工作面不允許有鑄造缺陷，采用消失模鑄造生產(chǎn)爐篦條是一種先進(jìn)、高效的生產(chǎn)工藝。針對原消失模鑄造工藝經(jīng)常出現(xiàn)的夾渣、夾砂等問題以及鑄件報廢的原因，在對原工藝認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上對爐篦條鑄件鑄造工藝進(jìn)行了優(yōu)化：改變鑄件澆冒口的設(shè)計，將原來的2個冒口向鑄件長度方向的中間靠近；將鑄件在澆注位置方向上的工作面朝下，以保證工作面的鑄造質(zhì)量；從管理、工藝實施和監(jiān)督檢查方面進(jìn)行嚴(yán)格控制，消除氣孔，保證涂料烘干，防止涂料返潮。通過優(yōu)化鑄造工藝，有效提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。批量生產(chǎn)也證明了優(yōu)化工藝性能穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量可靠。

鑄造工藝與設(shè)備；消失模鑄造；爐篦條；夾渣；夾砂；生產(chǎn)效率

消失模鑄造生產(chǎn)效率高，對環(huán)境污染小，生產(chǎn)成本低，被譽(yù)為21世紀(jì)新的材料加工技術(shù)[1-15]。爐篦條是冶金設(shè)備燒結(jié)機(jī)上的一個重要零件，燒結(jié)機(jī)用爐篦條對燃燒之后的高溫焦炭、灰渣起著支撐作用，材質(zhì)上要求其耐熱、耐磨，牌號為Cr20Mn14Si2N。爐篦條鑄件的輪廓尺寸高70 mm、寬40 mm、長800 mm，鑄件毛坯質(zhì)量為19 kg。鑄件技術(shù)方面要求全加工，工作面上不允許有鑄造缺陷，生產(chǎn)方面要求效率要高?？梢?，爐篦條鑄件的結(jié)構(gòu)雖然簡單，但是對于生產(chǎn)工藝和鑄造技術(shù)要求很高。其鑄件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 爐篦條鑄件結(jié)構(gòu)Fig.1 Bar grate casting structure

采用消失模鑄造方法生產(chǎn)爐篦條是一種先進(jìn)、高效的生產(chǎn)工藝。本研究針對原消失模鑄造工藝經(jīng)常出現(xiàn)的夾渣、夾砂等問題以及鑄件報廢的原因，在對原工藝認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上對爐篦條鑄件鑄造工藝進(jìn)行優(yōu)化，以期通過優(yōu)化鑄件工藝，有效提高鑄造生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

1 原工藝及生產(chǎn)狀況

1.1 原工藝參數(shù)

采用消失模鑄造生產(chǎn)方式，造型時采用箱內(nèi)組型，破口處用濕涂料填補(bǔ)。砂箱尺寸長2 200 mm、寬1 200 mm、高800 mm，每箱鑄件埋箱1簇，每簇模型出12件，澆冒口工藝如圖2所示。澆注溫度為1 620 ℃，澆注負(fù)壓為-0.055 MPa，保壓時負(fù)壓為-0.02 MPa，保壓時間為30 min。

圖2 原工藝生產(chǎn)的鑄件模型簇Fig.2 Casting model cluster produced by the original process

1.2 原工藝特點及生產(chǎn)鑄件質(zhì)量

1.2.1 原工藝特點

原工藝中鑄件有2個冒口，金屬液從一個冒口澆入，遠(yuǎn)端的冒口為冷冒口，近澆口一端為熱冒口。原工藝中設(shè)定冒口的補(bǔ)縮距離等于鑄件補(bǔ)縮部位壁厚的3倍，由于遠(yuǎn)端冷冒口的補(bǔ)縮效果差，鑄件中間部位超出補(bǔ)縮距離而無法補(bǔ)縮[16]，因而這種補(bǔ)縮工藝不合理。

砂箱的尺寸相對較大，可以容納更多的鑄件，但模型簇一箱生產(chǎn)12件、埋箱只埋了一層的工藝是不合理的，沒有有效地利用砂箱空間，生產(chǎn)效率太低。

1.2.2 鑄件質(zhì)量

1)夾渣、夾砂缺陷

鑄件是全加工鑄件，對鑄造質(zhì)量要求較高。但由于使用了箱內(nèi)組型的方式，因而用濕涂料填補(bǔ)的部位強(qiáng)度不夠，黏接不牢，屬于易出問題的脆弱部位。澆注時這些黏接的部位會被高溫金屬液沖開，導(dǎo)致鑄件夾渣、夾砂缺陷；此外，在鑄造工藝制定中，由于沒有考慮到鑄件的實際使用情況，在澆注位置方向上使鑄件的實際工作面朝上了，但鑄件的工作面又不允許有缺陷，導(dǎo)致鑄件因夾渣、夾砂而報廢。全加工后的夾渣、夾砂缺陷圖如圖3所示[2]。

圖3 全加工后的夾渣、夾砂缺陷圖Fig.3 Defects of slag inclusion after machining

2)氣孔

鑄件表面出現(xiàn)褶皺型氣孔，根據(jù)缺陷形狀判定為涂料沒有干透產(chǎn)生的水汽導(dǎo)致了氣孔。這是由于生產(chǎn)過程中，工人在涂料的烘干和檢查環(huán)節(jié)做得不夠細(xì)致，致使涂料沒有得到完全烘干[3]。氣孔缺陷形狀如圖4所示。

圖4 氣孔缺陷圖Fig.4 Stomatal defects

2 工藝優(yōu)化及應(yīng)用效果

2.1 工藝優(yōu)化

根據(jù)實際生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題以及鑄件報廢的原因，對爐篦條鑄件鑄造工藝進(jìn)行了優(yōu)化。

2.1.1 澆冒口的改進(jìn)

為了增加工藝的穩(wěn)定性，改變鑄件澆冒口的設(shè)計，將原來的2個冒口向鑄件長度方向的中間靠近，根據(jù)補(bǔ)縮距離的計算，可得到冒口中心距離鑄件兩端260 mm的位置可實現(xiàn)補(bǔ)縮到位，冒口長300 mm、寬110 mm、高60 mm，一個冒口下面橫跨3個爐篦條。此外，讓內(nèi)澆道直接與2個冒口相連，實現(xiàn)熱冒口補(bǔ)縮，增加補(bǔ)縮效率，使鑄件的溫度場趨于合理。優(yōu)化之后的澆注系統(tǒng)直澆道60 mm×60 mm，橫澆道60 mm×50 mm，內(nèi)澆道50 mm×40 mm，模型簇共3層，每層之間的距離為60 mm。

2.1.2 缺陷控制

1)夾渣、夾砂方面

要將鑄件在澆注位置方向上的工作面朝下，以保證工作面的質(zhì)量；采用箱外組型，保證涂完涂料之后的模型密閉性，防止因?qū)犹幫苛喜桓稍斐傻耐苛洗嗳醪课黄茡p引起夾渣、夾砂缺陷；采用泡沫澆口杯，涂刷涂料時澆口杯處需多刷一遍，埋箱造型時在澆口杯外圍樹脂砂，以保證澆口杯的強(qiáng)度，從而控制好澆口杯與直澆道之間的連接。

2)氣孔方面

需要從管理、工藝實施和監(jiān)督檢查方面進(jìn)行嚴(yán)格控制，保證涂料烘干，防止涂料返潮。對于操作不夠細(xì)致的問題，工廠需要對工人和相關(guān)管理人員進(jìn)行培訓(xùn)，做到責(zé)任到人，監(jiān)督到位，細(xì)致處理各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，以防低級錯誤影響鑄造廠的整體效益。

2.2 應(yīng)用效果

原來的造型白模擺放方式導(dǎo)致砂箱的利用率低，在高度方向上鑄件還可以多放兩層，以實現(xiàn)2個模型簇3層36件鑄件的澆注。根據(jù)此思路，可以得到爐篦條鑄造工藝優(yōu)化之后的形式，模型簇圖如圖5所示。

圖5 工藝優(yōu)化之后的模型簇圖Fig.5 Cluster diagram of the improved process

由圖5可以看出，工藝優(yōu)化后，一個澆口可以澆注出更多件產(chǎn)品，生產(chǎn)效率提升了3倍，同時也降低了成本。小批量生產(chǎn)過程中，該鑄件的夾渣、夾砂缺陷得到有效控制，鑄件廢品率不足5%。目前，已實現(xiàn)批量生產(chǎn)，工藝穩(wěn)定，鑄件加工后未發(fā)現(xiàn)縮孔、縮松及夾渣、夾砂等缺陷。

3 結(jié) 論

1)通過優(yōu)化鑄件工藝，有效提高了鑄造生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

2)白模烘干和刷涂料后的烘干非常重要，要求必須干透，避免因水汽帶來的缺陷。

3)箱外組型避免了黏接處破損沖進(jìn)砂子的缺陷，調(diào)整鑄件的澆注位置，合理優(yōu)化鑄件澆冒口，可使鑄件的工藝更加穩(wěn)定。

4)優(yōu)化工藝已在工廠得到采用和推廣，批量生產(chǎn)也證明了該工藝性能穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量可靠。

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Process optimization of fire bars with EPC

ZHANG Jiajun1， ZHAO Qingzhen1， TAN Jianbo2

(1.Hebei Ruiou EPC Technology Company Limited，Xingtai，Hebei 054000，China; 2.School of Materials Science and Engineering，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang，Hebei 050018，China)

The fire bar is one of the important parts of metallurgical equipment, with high technical requirements of casting, whose working face does not allow casting defects. The EPC production method of fire bars is an advanced and efficient production technology. The fire bars produced by former technology often have slag, sand and other defects, so based on analysis of the original process, the optimized design of casting riser is put forward. The two risers in the original casting are designed to be nearer along the length direction; The working face of casting on pouring position direction is adjusted to be down, assuring the quality; Strict control from the aspects of management, process supervision and inspection is needed to eliminate air hole, ensure drying of the paint coating, and prevent damping. By optimizing casting process, the efficiency of casting production is effectively improved, and the production cost is reduced. Mass production also proves that the optimization of process performance is stable, and the product quality is reliable.

casting process and equipment； EPC； fire bar； slag； sand； production efficiency

1008-1534(2017)03-0229-04

2017-03-01;

2017-04-16；責(zé)任編輯：張士瑩

河北省自然科學(xué)基金(E2014208087)

張家駿(1990—)，男，河北邢臺人，助理工程師，主要從事消失模鑄造工藝方面的研究。

譚建波教授。E-mail：tanjian1998@163.com

TG249

A

10.7535/hbgykj.2017yx03013

張家駿，趙清禎，譚建波.爐篦條消失模鑄造工藝優(yōu)化[J].河北工業(yè)科技,2017,34(3):229-232. ZHANG Jiajun，ZHAO Qingzhen，TAN Jianbo.Process optimization of fire bars with EPC[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2017,34(3):229-232.