水冷离心铸管机工艺装备改造及应用

孟德凤

沈阳亚特重型装备制造有限公司 辽宁沈阳 110135

近年来，随着市场的不断优化，对球墨铸管的需求不断增加，行业装备不断发展，随着产量和质量的提高，水冷离心铸管机在工艺与装备上暴露出许多不足，已无法满足生产需要。对此，为了提高铸管产品质量，降低生产成本，提高产品在国内外市场的竞争力，改善工作环境，降低工人的劳动强度，对水冷离心铸管机的工艺装备进行了攻关。

1 水冷离心铸管机组结构

水冷离心铸管又称拉沃德离心铸管法，其结构特点是使用长流槽，浇注时可以是浇注槽移动，也可以是铸型移动，由于采用专用的水冷装置，结构复杂，造价高。另外，由于水的激冷作用，铸管往往出现白口，需要热处理，铸管生产效率高，一般用来批量生产中小直径的球铁管。

1.1 离心机

离心机由机头、机尾、底座，机壳、托轮装置，下芯机构、行走油缸、车轮和润滑系统等部分组成。通过更换机头、机尾和调整托轮装置的位置达到生产不同直径管子的目的。下芯机构将砂芯下入管模。离心机通过油缸向浇注机方向移动（向后），流槽进入管模，铁水通过流槽流入管模内，同时离心机以一定速度向前移动，水冷式管模迅速冷却靠离心力贴附在管模内壁的铁水，使铸管成形。由于采用了先进的控制方法（由比例阀和PLC实现定位控制），保证了整个过程按壁厚要求的铸管成形。当离心机第二次向后移动时，浇注好的管子通过拔管机拔出，第二个循环开始。油管和电线通过拖链机构随离心机同时移动。调整托辊装置的托辊高度，保证管模在移进移出时始终处于离心机的中心位置，而且易于更换管模。管模尾部和机头轴线的同心度0．15mm，调整托轮使其均匀地接触管模。

1.2 拔管机

拔管机是用来将管模内冷却到一定程度的铸管从管模中拔出，由拔头、拔管车、驱动装置和托管机构等部分组成。拔管时，拔管车前进到离心机处将拔头伸进管子里，油缸活塞杆缩回，张开拔爪卡住管子，拔管车后退拔管，将管子拔出适当长度后，托管机构在油缸作用下升起接住管子，拔管车继续后退，离心机向后移动，将管拔出，最后管子完全落在托管机构上[1]。

1.3 中间包机构

中间包机构由中间包、翻转架、翻包油缸、机架等部分组成。中间包的作用是存贮铁水并在油缸的作用下分几次将铁水倒入浇注机扇形包内。

2 水冷离心铸管机工艺装备改造前存在的问题

2.1 电磁振动随流孕育给料装置存在的问题

电磁振动随流孕育给料装置是一种技术要求较强的水冷离心铸管机设备，浇铸每根管子时，应随流加入孕育剂，使用前应将孕育剂加热至70-100℃，加入量应为铁水量的0．1-0．25%，浇铸时，应根据铁水成分及管子表面质量进行调整，但加入量不得低于铁水量的0．1%，在整个浇铸过程中，给料应连续、均匀、稳定[2]。

离心机电磁振动随流孕育给料装置固定在扇形包出铁口正上方，浇注过程中，弹性垫和电磁线圈在1400℃左右的铁水上方高温环境中被烤，弹性垫容易老化变硬，导致振动效果差；电磁线圈绝缘等级下降，易造成线圈短路烧坏。中间包在给扇形包兑铁过程中，铁水飞溅易造成铁液溅入电磁振动线圈中，从而烧坏线圈。

2.2 芯架摆臂装置存在的问题

芯架通过油缸的伸缩带动摆臂，摆臂围绕转轴支点转动，将储存在芯架中的砂芯旋转到管模中心位置，以实现承口砂芯的转动。因每生产一根铸管，需要一个承口砂芯，芯架的摆臂需要来回摆动一次，如每小时生产60根支管，即芯架摇臂应至少来回摆动60次，另外，芯架铜套因长期在高温环境中，所以芯架摆臂的转轴铜套易磨损，铜套磨损后，芯架与管模的同心度有较大偏差，在浇铸过程中，承口砂芯应保持与管模承口的压紧，砂芯与管模承口接触面来回摩擦，将砂芯表面涂料磨掉或砂芯被挤碎；若芯架与管模在水平方向的同心度偏差较大，则铸管承口易粘砂、粘铁。

2.3 拔管机存在的问题

拔管机是离心机的关键部件，其动作由两根油缸控制，一根油缸控制张力大小，另一根油缸控制行走。DNL00-300离心机拉一支管需1-2min，DN400-800离心机拉一支管需2-3min，DN700-1000离心机拉一支管需3-6min，拔管机动作周期短，动作频率高、速度快，拔管时冲击大，对拔管钳有损害性，导致拔管机故障多，使用寿命短；另外，拔管机的张紧性能不佳，导致了管模使用后期拔管困难，造成生产过程不连续、工艺废品多等问题；严重制约了铸管的生产和质量的提高，导致了原材料和备件消耗的增加。

3 水冷离心铸管机工艺装备改造内容

（1）随流孕育给料装置。用螺旋孕育代替了电磁振动随流孕育，消除了电磁振动随流孕育，设计一套螺旋输送装置，由减速电机带动螺杆转动，将储存在料罐的孕育剂定量均匀地送出后，撒入铁液中[3]。

（2）芯架摆臂装置。对芯架摆臂的改进，是将轴处铜套改为4套轴承，并在轴上加工丝扣，使摆臂可上下调整。此外，转接杆可左右调整，保证了芯架与管模的同心度。

（3）拔管机。将拔管钳滑动撑开钳块改成铰接撑开钳块，钳块可任意调整，可根据管子内径不平部位调整钳块的接触面，增加管子与钳块间的磨损力，钳体改为能旋转拔管钳，行走油管安装拖链，挡管器转轴直径25ram直径改为50ram，通过提高涨紧力、磨损力、拔管钳旋转及零部件强度，来减少设备故障，以提高生产节奏。

4 水冷离心铸管机工艺装备改造效果

（1）改造后，提高了设备精度、运行平稳性和准确性，提高了离心机工艺装备水平，增加了连续生产时间，降低了备件成本，减少了设备故障，降低了工人的劳动强度。

（2）孕育装置给料均匀、平稳、连续，铸管孕育衰退比例由4．1%下降到1．3%，设备故障月平均占离心铸管故障比例由8．6%下降到2．3%。

（3）芯架摆臂装置使用寿命由1个月变为3个月，降低了设备故障，因设备原因引起的粘砂、粘铁管比例由13．26%下降到9．8%。

（4）减少了拔管钳的故障，设备故障月平均占离心机故障的比例由16．7%降低到6．35%，增加了机时产量。DNl000管的产量由每小时生产6-7支提高到每小时8-9支；后期实现管模的最大化利用，降低管模的成本；拔管钳可旋转拔管，减少拔管张力，避免拔管钳张力过大导致铸管承口裂纹。