中间包+塞棒系统

1 / 7 球墨铸管浇注系统改造可研性报告 1 项目背景和必要性 1.1项目背景 球墨铸铁管新版ISO2531标准修订工作基本结束，预计将在2009年5月份颁布执行。新版标准的主要改变是根据工作压力级别确定球墨铸铁管的壁厚，相对于98版的ISO2531标准，中小规格的球墨铸铁管壁厚明显降低，最小壁厚可达3.0mm，我们俗称薄壁管，其生产难度比较大，因此有必要将生产中制约环节进行改进或改造。 长期以来，扇形包浇注系统一直是球墨铸铁管生产中的重要环节。在实践过程中，扇形包逐渐显现出一生系列的不足，如：扇形包受机械因素影响运行不平稳、扇形包壁受浸蚀容积改变、包嘴粘渣等等，这些因素直接影响到球墨铸铁管的生产及质量，如不能精确控制管重、管壁不均、管壁夹渣等。在生产K9级别的管子时，这些影响不太明显，但在生产薄壁管时，这些影响将直接导致废品。因此研发一种新的浇注工艺，提高浇注质量，生产出符合标准的薄壁管，势在必行。 1.2项目必要性 由于各种原因，目前铸管浇注所用的铁水，含渣较大，采用目前的扇形包浇注方式，尽管人工扒渣很买力，但不可避免会有渣子在浇注过程中随铁水带入流槽，给薄璧管的生产带来了很大质量隐患。因此，如何采取措施控制进入扇形包铁水的洁净度就显得尤为重要。 由于扇形包运行不平稳、包壁受浸蚀容积改变、包壁包嘴粘渣等，造成管子管壁不均、夹渣、不能精确控制管重等缺陷。这些缺陷将直接导致该套系统不能正常地生产薄壁管。改造或改变目前的浇注方式，生产出符合标准的薄壁管，势在必行。 目前球管生产均采用扇形包浇注。只要扇形包匀速翻转，它所倒出的铁水量应当相等，即铁水流量与扇形包的旋转速度呈正比关系。为了保证扇形包匀速旋转，翻转机构中设有一块调速板。当油缸杆匀速地伸出时，由于调速板的作用，使扇形包的转角也保持匀速，从而保证了铁水流量的稳定。 在实际生产中，铁水流量并不能保持稳定，这其中有机械方面的因素，也有工艺方面的因素。 机械方面： 2 / 7

 机械转换装置由于加工装配积累，摩擦力不匀，磨损、粘铁等。尤其是等速板形状对速度转换影响最大，如果等速板形状不合适，即使油缸速度稳定也会造成扇形包转速不稳。  扇形包在浇注过程中铁液量不断减少，同时扇形包在翻转过程中重心不断变化，引起液压缸负载不断变化，使扇形包转速发生变化。  液压系统由于泵压力变化或温度变化引起油液黏度发生变化或油缸内泻而引起扇形包翻转速度变化。  扇形包的几何形状如内衬粘铁、侵蚀对浇注铁液的速度也有影响。 工艺方面： 为了改进承口浇注质量，各铸管厂都采用了快翻包技术，然而这也带来了一系列的问题，首先快翻包为人为控制，这不可避免的带来人为因素，使承口的浇注厚薄不均，进而带来管重的波动，其次快翻包和正常翻包之间转换时扇形包出现了停顿现象。 这些导致铁水流量不稳的机械、工艺方面的因素，有些可以通过机械、液压、电气方面改造进行克服，有的则不能克服。如净化液压介质，升级电液比例阀、引进恒压变量泵等能使油缸杆运行稳定，克服扇形包重心变化而引起的运行不稳定；调速板也可以进行机械调整；机械摩损也可以通过定期维护保养来保持机械的可靠性。电气系统升级，实现承插口自动浇注,克服人为干扰等工艺方面的影响。不可克服的缺陷如扇形包转轴本身就不在几何中心，且其几何形状的改变如内衬粘铁、浸蚀、包嘴粘铁、粘渣等。总的说来，实现管壁浇注均匀需要调整的地方太多，只要有一个因素没做到位，均有可能产生废品。 2预研目标、主要技术指标和参数

通过本项目的研发，采用塞棒中间包+过渡包的浇注方式，达到铁水流速的稳定，净化铁水，生产出符合标准要求的薄壁管。 3项目技术可行性及实施方案 3．1项目技术关键点及实施方案 本项目的核心改造思路是： 针对现有球墨铸铁管在浇注过程中的夹渣现象，参考国内炼钢厂所使用的成熟技术结晶器钢水液位自动控制，改变目前的中间包＋扇形包浇注方式，采用塞棒中间包＋过渡包的浇注方式。在该浇注系统中，通过控制塞棒的运动，进而控制过渡包在浇注过程中液位的稳定，从而保证浇注速度在直管段恒定不变。在前一支管子浇注即将结束时，堵塞过渡包水口，使 3 / 7

液面高过直管段浇注时的液面控制高度。浇注承口时，打开过渡包水口，铁水靠势头压力产生高的流速，完成承口浇注（相当过扇形包浇注时的快翻包），随后控制过渡包的液面高度，进行直管段浇注，在整支管子浇注将要结束前，堵塞过渡包水口，靠溜槽内的残铁完成插口端的浇注。本方案主要用在冷模法球管生产中，所需的主要设备有：带塞棒的中间包、过渡包、液面检测仪，以及一套塞棒控制系统，整体浇注系统大为简化，且避免了扇形包因机械摩损、变形、人为干扰及液压系统固障等原因造成的不稳定。本系统所用的电液伺服阀也可用电磁比例阀代替。方案原理图如下：

塞棒中间包＋过渡包控制系统原理图 本方案的优越性在于：  保持了浇注铁水的纯净。铁水由中间包的下部水口流出，只要保持一定的铁水液面高度，浮在铁水上端的渣杂物不会因此经水口而流到过渡包，随即进入浇注系统而影响铸管的质量。铁水上端的渣杂物可由岗位随时清理。  能保证较好的铸管壁厚的均匀性。只要过渡包的液面保持稳定，即浇注速度稳定， 4 / 7

主机行走速度稳定，则铸管的壁厚就能保持均匀性。 3.2项目难点和有待解决的问题  过渡包铁水液面检测仪的选取。 目前常用液面检测仪有四种，即铯源型、涡流型、电磁型及红外线型。前三种均有一定的局限性。铯源型液面检测系统控制精度适用于直径为400mm以下的液面，涡流型为400mm以上，电磁型在600mm以上，否则影响检测精度。我公司铁水过渡包的液面范围在400mm以下，应该说用铯源型液面检测系统比较合适。但由于该仪器不适宜在高温环境下工作，过渡包没有冷却系统，工作环境比较恶劣，不适合这种精密仪器。红外线型是根据红外线液面反射原理工作的，检测仪将反射后的信号收集后而检索出液面的高度。由于在炼钢车间结晶器旁因冷却坯料经常升腾起大量水蒸汽，红外线穿透力弱而影响了检测效果，近年来，很少厂家采用红外线检测仪，而我们的铸管浇注场所不存在这种不利因素，采用红外线检测仪应当是比较合适的，但效果如何，目前还不能确定。  过渡包出水口最小面积的确定。 由于铁水流动的过程中受粘度系数、铁水势头、溜槽形状、温度、铸件壁厚等各种因素影响较大，出水口最小面积的计算一般按经验公式来确定，但目前的经验公式多是根据一般的静态浇注而得出来的，还没有专门针对离心铸管而推导出来的公式,因此根据经验公式也只能推算个大概的数值，具体的数值还得继续通过实验来取得。现根据西南内燃机配件总厂、湖北省机电研究设计院、铸造研究所四川工程职业技术学院刘文川、文宏等人所推导出的经验公式，推算出DN80—1000mm的最小出口面积如下表： 规格 公称壁厚 公称重量 浇注有效时间 浇注最小出口面积 浇注最小直径 V比浇

DN80 4.4 58 7.93 1.41 17.62 4.74 0.42 DN100 4.4 71 8.68 1.41 19.71 5.01 0.42 DN200 4.7 146 12.1 1.43 28.70 6.05 0.42 DN300 6.2 282 16.7 1.52 37.62 6.92 0.45 DN400 6.5 394 19.5 1.54 44.50 7.53 0.45 DN500 7.5 565 23.3 1.59 51.73 8.12 0.47 DN600 8.7 783 27.3 1.65 58.95 8.66 0.49 DN700 8.6 913 29.3 1.64 64.38 9.05 0.48 5 / 7

DN800 9.6 1164 33 1.68 70.95 9.50 0.50 DN900 10.6 1446 36.8 1.72 77.35 9.92 0.51 DN1000 9.8 1513 37.3 1.69 81.32 10.18 0.50

 承口浇注。 扇形包浇注承口时，采用了快翻包的方式。我们采用中间包+过渡包的方式浇注承口时须采用堵塞过渡包水口的方式使过渡包的液面达到一定的高度，然后打开水口以一定的流速来完成承口浇注，铁水开始在溜槽中流动时，因存在温差，势必影响流速，承口浇注时间因此不能确定，也只能靠实验来取得。  插口浇注。 扇形包浇注插口时，是靠溜槽残存的铁水来完成的。我们采用中间包+过渡包的方式浇注插口时，也要堵塞过渡包水口，靠溜槽残铁完成浇注，因此，什么时间堵塞水口，仍需要靠实验来摸索。  塞棒的使用寿命的确定。 在炼钢的浇注系统中，因钢渣及钢水的浸蚀作用，塞棒的使用寿命一般为5—6个包的时间。在铁水中的使用时间目前没有这方面的参考资料，同样也需要通过实验来取得。  铁水粘度对其流动性影响

采用中间包＋塞棒控制系统，其技术关键在于控制浇注包液位高度来保证恒定的浇注速度，需要验证现在生产所用铁水粘度对速度的影响是否能够控制在误差范围之内；  理想的浇注工艺如何确定

采用中间包＋塞棒控制系统，如果浇注包的尺寸按照浇注一支管来确定，在浇注最后阶段，浇注速度就仅靠铁水的自重来决定，其浇注过程为一固定的非线性变化，而且此过程时间仅为5～6秒时间，对电气控制系统的响应速度要求就会很高，势必会对精确控制带来一定难度。如果浇注包容积能够浇注几只管，浇注速度就能够在该系统控制下保持恒定，电气控制相对容易实现；但浇注包就会存在剩铁现象，如何保证铁水温度就显得尤为重要。