CN103111603B - 一种巨型铸铁狮子的铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种巨型铸铁狮子的铸造方法，包括以下内容：1）造地坑，在地坑内制作地箱；2）内部泥芯及骨架的造型；3）外模的构造及制作；4）围箱的设计与制作；5）浇道系统的设计；6）浇铸程序控制；7）铁水熔炼与温度控制。本发明综合考虑到铸造巨型铸铁狮子可能遇到的各种问题，并采取相应的解决方法，有效提高了铸造巨型铸铁狮子的成功率，将巨型铸铁狮子一次浇铸成型，铸造出质量上乘的巨型铸铁狮子艺术品。

Description

一种巨型铸铁狮子的铸造方法

技术领域

 本发明涉及一种铸铁制品的加工方法，具体涉及一种巨型铸铁狮子的铸造方法。

背景技术

河北沧州有一尊巨型铸铁狮子，称为狮子王，人们又称其为“镇海吼”，它高近五米，重量达四十余吨，于后周时期整体铸造而成，距今已有 1054年，是目前我国尚存最早、最大的铸铁文物，也是我国铸造工艺史上的一大奇迹和创举。如今，历经了千余年风霜雨雪的铁狮子已遍体鳞伤，全身锈蚀严重，四肢和周身均有不同程度的裂缝，依靠铁架支撑才能勉强站立。2009年沧州市政府决定再铸沧州铁狮。

铁狮周身布满了纹饰和肌理效果，特别是那一道道过去铸造时留下的范纹和它那带有狮子王字体充满灵气的头部，还有狮子腹中的满遍经刚经文以及它那细长尾巴和爪子等，在铸造过程中涉及工业铸造方面的技术和经验，还有艺术铸造方面的许多特殊复杂技术手法，同时还包括力学、结构、材料等多方面工艺技术的专业课题。在铸造过程中有以下问题需要解决：1)造地坑，首先要计算铁狮高度、宽度、长度以及浇冒口系统的范围所需要的空间 ；2) 如此大的宠然大物需要整体铸造加工而成，怎样解决造型问题，该采用什么造型工艺；3) 怎样才能保证铸造好的铁狮子能达到表面纹饰和肌理效果的要求；4) 铁狮腹内的泥芯怎么做，该采用什么类型的造型沙，怎么才既能保证泥芯强度，在高温铁水溶液及强大压力下不会裂开,不被压碎，能在铁水熔液达到凝固条件时及时地变得松散，留出退让空间，使铸件冷缺后不会因强大的泥芯膨胀力而使物体开裂，还要使泥芯经得起在铁水熔液高温常态下产生的千吨漂浮力；5) 造型面积大，极易产生冷隔，二次氧化等杂质会影响铸件的强度、表面质量及艺术效果；6)浇注高度大，上下垂直落差大，百吨铁水熔液下落瞬间会产巨大的膨胀力，对铁狮的足部具有巨大的破坏力，对铁狮的整个腿部及狮身部分的考验也相当严峻；7由于铁水量巨大，需多个大型冲天炉一起溶炼，故控制铁水熔液的温度、铁水熔液保温方式及铁水的合并过程都较为关键，特别是对最后浇注过程中的温度的平均误差量的控制是相当重要的。

纵观近代工业史，除了机械产品外，还没有过一个一次性整体铸造的大型艺术物体从体积、重量、高度和表面复杂程度超过本次的，一次性浇铸成型近一百二十吨，并且要求不能开裂，不能焊接，如此大的面积，而且又是灰铸铁的，所有难度是可想而知的, 目前没有技术资料和成功的经验可以借鉴。

发明内容

本发明为了克服现有技术存在的不足，提供一种巨型铸铁狮子的铸造方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种巨型铸铁狮子的铸造方法，包括以下内容：

1）造地坑，在地坑内制作地箱

地箱由钢板现场焊接而成，焊接完成后，用地坑四周打出的多口水井抽出的水做渗水试验，渗水试验通过后，在地箱的底部的内侧焊接加强筋，在地箱的底板上铺设一层生石灰，在生石灰上铺设一层粗石子，在地箱的四角竖立4根铁管，这4根铁管延伸至地箱的底部，在浇注前,将干布或棉纱直接放到铁管的底部检测箱底石灰的受潮情况；

2）内部泥芯及骨架的造型

将铁狮子的玻璃钢模型内部进行多点加固,外部涂上脱模剂后放入地坑中设定的位置进行制作造型；

①内部泥芯及骨架制作

采用酚醛碱性树脂砂制作内部泥芯，泥芯的核心主骨架采用C型钢焊接制作，将泥芯的中间位置钢架与四腿部位置的钢架焊接成一个整体，并且四腿部位置的钢架与地箱底部的加强筋进行牢固焊接，采用螺纹钢制作泥芯的退让功能骨架；

②泥芯的排气

头部开天窗,设置排气道，在腹部中间使用钢管进行主排气，该钢管打上小孔或用切割机破上长条型排气孔,然后四周再包上草绳，腿部及尾部的排气钢管与该主排气全部钢管连通后,气体直接从背部莲花座位置自然排出，堆放的焦碳按设计要求放在离型腔壁二十公分以外处，且不能靠到骨架,也不能与排气钢管连接；

③足部排气

腿部排气管不与地箱通道连接，切断与下部地箱的沟通，将腿部排气通道设置在足部位置，在距足底部十公分以内的型沙内设置针孔型排气通道，用铁丝每隔五公分即打孔贯穿至地箱底部，与排气系统连接；

④铁狮嘴部骨架制作

取消用型沙活块做法，使型砂形成一个整体，并且在易形成涡流的位置的内部泥芯处增加骨架的强度，用圆形罗纹钢制小骨架且预留焊接点，在气流大的鼻子部位设置排气，减少浇铸时的冲击压力；

⑤腹部及腿部造型

采用消失模铸造工艺，用泡沫材料作为模型，在完成这个部位的壁厚制作后，用明火先将泡沫烧了后，再涮上耐高温涂料来完成这个部位的整体制作；

⑥尾部骨架制作

将尾部锥形复杂处用蜡型来代替，尾部的泥芯骨架采用罗纹钢，尾部的泥芯骨架成三角型，中间再用螺纹钢焊制，将尾部的泥芯骨架与泥芯主体骨架焊牢，尾巴的多个部位点要求安放定位装置,以便可有效地控制壁厚；

4）外模活块的构造与制作

将分解后的狮子模型各部件分别采用酚醛碱性树脂砂进行移砂活块造型，在制作外模移沙活块的过程中，采用C型钢成井状上下焊接制作沙型中的骨架，将移动吊装骨架设置牢固，放置用作浇口、铁水跑道的陶瓷管，在每次开箱之前，在活块与活块之间标上明确的对缝标记，在开箱时有局部小的损坏部位或纹饰脱落时，要及时用修补剂粘接，稍大的损坏部位还需打上长钉以防被铁水冲走，表面的钢性涂料必须涂刷均匀，在铭文和纹饰较密的部位需用毛刷清理表面多余的杂物以保文字和文饰的清晰，合箱时在型沙移块之间首先要涂刷粘接剂，并且检查陶瓷浇口内是否留有杂物，用气泵清理以免杂物随铁水熔液进入型腔，影响表面质量；

4）围箱的设计与制作

整个造型体多是由一块块大的型沙做成的活块，靠外围的围沙紧紧包住，用C型钢二层错层焊接在地箱的四周进行加固，采用多根生铁柱在铁狮模型两侧分别由竖立、横放成井字状态，再用树脂沙将空隙全部填实，目的是要将整个面形成一个整体；

5）浇道系统的设计

用灰铸铁进行浇铸，浇冒口系统全部采用耐高温陶瓷管，在制作沙型活块时首先要做好坚固的沙型内部骨架,在开箱或合箱时，使内部骨架的组合部位能进行加强连接，使所有沙型活块形成整体，有效抵制高温铁水的向外推力，将浇口设计成阶梯式，铁水熔液经过缓冲逐渐而下，能有效地防止铁水从上部进口提前流入型腔造成排气不畅、形成铁豆氧化杂质以及会损坏表面纹饰；

6）浇铸程序控制

采用四台二十吨的座包和七台十吨手动浇包，先后由十一个进口注入型腔，共分为五个浇注阶段，并且在每个两个相邻阶段的接点处设置铁水液面指示灯报警装置，使铁水到达设定液面时道电的溶液迅速使正极负极导通，相应的指示灯亮起；

7）铁水熔炼与温度控制

浇铸时的温度控制在1260-1280摄氏度之间，十一个浇注包内的铁水平均温差仅为12度，十一个浇注口先后共注铁水熔液约130余吨，浇注过程用时十二分钟。

本发明的有益效果是：本发明综合考虑到铸造巨型铸铁狮子可能遇到的各种问题，并采取相应的解决方法，有效提高了铸造巨型铸铁狮子的成功率，将巨型铸铁狮子一次浇铸成型，铸造出质量上乘的巨型铸铁狮子艺术品。

具体实施方式

在雕塑仿制模型后，本发明还包括以下步骤。

一、设计制作地箱

这部分所设置的一些功能及操作方式，一是为保证实际的制作要求所采取的方法，二是根据平时所结累的一些实际经验所采取的一些必要的保障措施。

1）建造箱体：本次铁狮为直立式造型，根据它的高度、宽度、长度、浇冒口系统以及围沙冲型高度的要求设计出的地箱高度为九米、宽度九米、长度为十二米，选用了二十毫米厚度的钢板焊接，作为造型的型箱，取消了原来准备用混泥土浇注的最初打算，因为钢板对后期造型过程中的焊接、加固、支撑等方面有灵活的运用和可变性。但铁箱的焊制过程是非常关键的，难度也较大，首先需要在地坑的四周打多口水井，水井的深度根据此处地下水位的情况来定,通过勘察地下水位分别在地坪线以下五米、七米、十米、十五米、二十米的不同位置，同时进行二十四小时不间断抽水，钢板焊接属现场组焊，必须由专业电焊工负责，内外焊接必须是全部满焊，焊接完成后，做渗水试验，当水位到达地箱七米高度以上不见渗水才能算合格通过。

2)地箱内部的功能设置：①在地箱的底部先采用12号C型钢（加强筋）上下四层交错焊制在地箱上，这样的作用主要是增加地箱的强度，对底部型沙结构起到了加固的作用，能够在后期与腹部的泥芯及四条腿的足部骨架牢固焊接。②增强地箱底部的防潮和排气功能，因为地箱由钢板制成，并且由于地箱较深、面积较大，上下空气没有对流，容易产生潮气，潮气凝聚成水点使底部型沙受潮，其次是在浇铸时，由于是底注式的浇铸，铁水由下而上浮起时底部型沙中会产生大量的热气，如果底箱底部没有较好的散气方法就很容易产生风险。所以在这个环节上，将地箱的最底层首先铺设一层五公分厚的生石灰，用于地箱的吸潮防潮，再用三公分宽的粗石子铺设十五公分，进行通气排气，因石子不规则叠在一起，空间性和强度均较好，与焦碳相比成本也较低。

3）防水检测功能：根据经验，底箱或型腔一定要保持干燥，一旦受潮或者底箱进水后果不堪设想，特别是在浇注以前，如果在浇注时一千多度的高温熔液一旦与水接触将会相当危险。为了解决该问题，在地箱的四角分别竖立一根延伸到地箱底部的钢管进行观察和测量，可直接了解底面的受潮情况。钢管的内径为12厘米，壁厚为10毫米以上，放置时钢管底部与底面之间保持2厘米的距离。这样在浇注前，可用干布或棉沙直接放到钢管的底部对每根钢管进行检测，如箱底的石灰是干的,就可以放心浇铸。

二、内部泥芯及骨架的造型

本次再铸的沧州铁狮是一件超大型的艺术品，仿制模型通过艺术大师精心雕塑完成，完全参照铁狮千年以来留下的历史年轮所形成自然的沧桑感，通过艺术加工后所形成表面特有肌理效果及纹饰，所以采用的造型方式必须结合本次模型特点及整体一次成型的要求来进行。

    目前在铸造行业所用的造型工艺有多种，但这些造型工艺其实都是优劣并存的。

1）使用失蜡铸造工艺要达到完美的表面效果及复杂的物体结构是较理想的，但此种工艺只能制作小型铸件，在制作大件时蜡型容易变形不易操作。

2）树脂砂造型工艺具有简单、省时、操作方便、铸件不易变形的优点，但造型时型砂没有伸缩性，对复杂的局部部位或纹饰较深的地方须采用活块等手段，但本次铸造面积大，铁水流量猛，极易造成活块松动被冲走或退离本身的可能，所以有些地方还不适合使用这种方法。

3）现在很多大件艺术品都会使用石膏型铸造方式，石膏型铸造成型好，表面精细能保证清晰的纹饰，但制作过程复杂，需要灌蜡烘烤模具等措施，制作周期长且成本高，在制作物体过大的铸件时仍需要分块后焊接，所以不适合本次造型。

4）消失模铸造工艺虽能一次成型，而且能适合做较大型的铸件，但本次工程铁狮型态复杂，表面布满不可二次加工的纹饰及肌理效果，如使用此种工艺在制作过程中为固定外模和防止内芯漂浮，需用钢构等方式穿过模型本身，所以必将会对完美的铁狮模表面造成损坏，而且由于是将模型一次放入沙中填埋，表面纹饰将无法得到有效处理，型沙表面也无法设置耐高温防损涂层，所以铁水溶液冲型后，会对表面纹饰及肌理效果造成严重破坏，而影响铁狮的整体艺术效果。

    通过对以上几种常规工艺的优劣分析，结合本次制作铁狮的实际造型难度和铸造的风险，最后在决定采用以树脂沙移沙造型为主体方式的前提下，又选用了精密铸造、石膏造型、消失模铸造等几种工艺相结合，特别将这些工艺使用在铁狮的几大薄弱环节。

铁狮头部张开的口部位、腿底部分开起伏不平的爪子部位、后面粗细不等又长的尾巴部位、铁狮腹内写有数百字的经刚经和本次工程捐造者和制造者的文字部位和表面纹饰等方面以及排气等方面都起到了保障性的作用。

1、内部泥芯及骨架制作

    本次设计的铸铁材质是高强度灰铸铁，是伸缩性较强的一种材质，配料中增加了铜、铬、镍等贵重金属。为了提高铸件的韧性，在制作泥芯部份时共分为以下这几个步聚。①选择型沙性能。考虑泥芯在铁水冷却时具有有效的退让性，设计出容易使泥芯烧损为铸件冷缺收缩时具有退让的功能。故泥芯的型沙采用了酚醛碱性树脂砂,这种树脂发气量较少，溃散性也好，能有效地帮助铸件溶液在自然冷缺过程中收缩，提供更好的退让条件，减少铸件引力的产生。②骨架。一百余吨铁水在冲型时瞬间会对泥芯产生千吨的漂浮力、压力和推力，所以在制作泥芯骨架时分成两个方面的功能设计，一个是核心主骨架，另一个是外围退让骨架。首先要保证主骨架内茬的抗压强度、坚硬性及牢固性，使用25#、14#、12#多种规格的C型钢材进行焊接制作，使泥芯的中间位置钢架与四腿部位置的钢架焊接成一个整体，并与地箱底部的加强筋进行牢固焊接。退让功能骨架的制作要考虑铸件在冷缺收缩时离型腔最近处的骨架不宜过硬，不能给熔液冷缺时的自然收缩造成过多的抗力，要有一定的退让作用，故根据本次铸件的壁厚，在距离型腔内侧二十公分处的四周骨架全部选用直径二十五公分的螺纹钢结构，使其产生钢中有柔的功能，这样也可减少骨架过硬而使铸件冷缺时引力的增大，能保证铸铁溶液到达型腔在未凝固前泥芯能经得起强大的压力，而避免出现泥芯开裂、压碎等风险。反之，如泥芯过于坚硬，则可能造成铸铁熔液在逐渐冷缺过程中因铸件缩比达不到要求使铸件本身产生较大的引力，造成铸件的直接开裂。

2、泥芯的排气

铁狮腹部及腿部的泥芯用沙将近80余吨，在铁水熔液到达型腔时会使型沙内部产生大量热气体，如排气不畅极易使铸件产生气孔、抬箱、产生泥芯涨力等许多不利因素，造成铸件的质量问题或失败。如果安装排气设施过于密集也会产生相当大的风险，因铁水量大凝固时间长，压力和膨胀力都非常大，如果局部发生泥芯裂缝可能会导致铁水漏箱，直接导致铸造失败。经反复研究后决定在腹部中部使用直径五十公分的钢管作为主排气管，4个腿部及尾部与上述排气钢管全部连通后，气体直接从背部莲花座位置自然排出。由于头部位于最高处，可能会造成这部位排气回流缓慢，故设计时考虑在头部开天窗,设置排气道，确保排气顺畅，再在局部间隔性地堆放烘干焦碳，起到排气和吸气的功能。需要注意的是:选用泥芯内部排气的钢管壁厚要在1O毫米以上，钢管打上小孔或用切割机破上长条型排气孔，四周再包上草绳，这样能起到很好的排气作用，有少量铁水进入也会被铁管冷缺，不易进入铁管内部，造成漏箱。堆放的焦碳按设计要求放在距离型腔壁二十公分以外处，且不能靠到骨架，也不能与排气钢管连接。因焦碳放置紧密后是有抗压性的，它的最大用途是吸收型腔气体，再将气体通过型沙形成阶梯式转移，使气体由中间的排气铁管排出。这样的设计也是为了防止万一有局部泥芯经不住压力出裂缝等现象时，可阻止铁水出现漏箱的一种有效的防护措施。

3、足部排气

足部的排气也进行了特殊的处理，按最初的设计方案是在四条腿部中间也按放一根空芯铁管一直从上部连接到整个型箱的底部，与型箱底部的排气系统贯通，这样可使整个腿部及爪部的气体通过该装置排出。但这个方案最终还是被否定了，原因有两点： 第一、如果这样做势必要在爪子及周围泥芯中放置引气系统，这样会有极高的风险，因足部是整个铁狮压力最大的地方之一，泥芯容易出现溃散或松动。第二、如果将铁管与地箱连接，等于在排气的同时也会渗漏铁水熔液，如足部的泥芯出现裂缝或溃散，就可能有大量的铁水通过底箱泄漏，可能会直接导致铸造失败。通过研究最后采取了以下几种办法处理，避免风险的同时也能取到排气的作用。1）将腿部排气管不与地箱通道连接，切断与下部地箱的沟通，将腿部排气通道设置在足部位置。2）在足部型沙自足部下端十公分以内的位置设置针孔型排气通道，用直径3毫米的铁丝每隔间距约五公分打孔贯穿至地箱底部与排气系统连接，这样既可以排除足部型沙内的气体，也可阻止铁水熔液的泄漏。

4、铁狮嘴部骨架制作

    铁狮的嘴部也是整个狮子造型制作中的关键之处，因为狮子开口处的形状是外小内大，按常规的造型方式须分成多个型沙活块才能使整个外模型沙脱离，但考虑到这个位置的铁水流量急、气流大，极易形成涡流，强大的气流及膨胀力很有可能冲动型沙活块而产生风险，因此在此处造型上设计了特殊的方式，取消用型沙活块做法，使型沙形成一个整体，并且在易形成涡流位置的内部泥芯加强了骨架设置，用Φ20mm的圆形罗纹钢，制小骨架且预留焊接点。在气流大的鼻子部位，再设置排气，减少浇铸时的冲击压力。

5、腹部以下造型

腹部以下包括腹部及四腿内侧部份,在整个铁狮造型中是相当重要及复杂的。在设计这个部份造型方案时，首先必须要考虑的是采用何种方式才能使型沙尽量形成整体，要减少移沙活块的拼缝。因为这个位置要经受腿部、腹部及上部的多重压力，本次造型采用以自硬沙移块为主要的造型方式，那么根据这个部位的结构分析，如使用这种方式，势必要分成很多块型沙活块才能移沙和取出模型，完成这个部位的造型。但同时就会出现许多潜在的风险，因为移沙造型最大的缺点就是存在活块与活块之间的拼缝，而且由于本次模型巨大，如果活块较多，在合箱时会出现许多的缝间，当铁水熔液到达液面位置时，势必会给这些拼缝带来巨大的冲击或压力，容易造成活块松动、移位或缝间的累计误差增加，造成漏铁水的风险。而且所处的位置是整个造型的底部，所以风险极大。必须减少这个位置的活块数量。由此思考怎样才能使这个位置的型沙整体没有拼缝。但转而又被一个新的问题所困绕，因为一旦腹部以下的造型是整体的，那么腹部以下位置的型腔壁厚该怎么做。因为型沙是整体固定的，不能移位，那么造型后，怎样才能取出这个位置用作型腔壁厚所使用的填冲物。为了解决以上问题，在该部位再用消失模铸造工艺，用泡沫材料作为模型，直接将铁水注入后将泡沫材料模型熔化而得到产品，但这样在型腔内燃烧会产生大量的气体，会对我们整个型腔的排气造成压力，所以在完成这个部位的壁厚制作后，要用明火先将其烧了后再涮上耐高温涂料来完成这个部位的整体制作。

6、尾部骨架的制作

铁狮的尾部的上部向右弯曲，下部尾捎部向左横扫，表面布满了层次不同、复杂多变的棕毛，整个尾端部不规则长锥型，其最长处达1.3米，最宽处在O.8米，再逐渐由直径0.2米的部位向上延伸至尾巴根部的0.35米处，整个长度3.5米。按过去的经验这个部份需分开制作，再通过焊接接上。但这次因为是需要整体一次性完整浇铸，所以造型难度极高，主要是由于表面纹饰复杂起伏不平，有的局部甚至是倒钓状的，简单的型沙造型局部取不出来，做局部活块移沙在铁水到达这个位置时又恐怕经受不了强大的膨胀力被铁水熔液冲走，加上尾巴内部又是需做成空芯的，它应该采用怎样的排气方式。泥芯的浮力、铁水熔液的压力及不规则粗细的长泥芯等部份都有可能造成这个部位的失败。首先在造型的工艺上必须采取特殊的工艺手段：1)将尾部锥形复杂处用蜡型来代替，在型沙造型时就很容易将沙块取出，而不会破坏型沙表面的效果，这样可达到在不使用活块方式的前提下，将表面复杂的纹饰全部复制出来的目的，使外模型沙由内至外形成了整体性，确保能承受铁水熔液的冲击力和气体膨胀力。2)尾部的泥芯骨架也是非常复杂关键的,因为尾部泥芯形状复杂又较长，所以泥芯骨架的强度和制作工艺是关键。A采用直径二十五的罗纹钢,焊接成三角形，中间再用直径二十的罗纹钢全部焊制成斜三角形，在尾巴根部将它以泥芯主体骨成三角形焊牢。B在骨架的四周再绕上草绳以便泥芯内部排气。C因狮子尾部做完泥芯后空间特别小，考虑到铁水快速进入型腔后容易冲击或撼动整个长条型泥芯，使它可能偏向一边，所以在设计时尾巴的多个部位点都要求案放定位装置，这样可有效地控制壁厚。

三、外模活块的构造及制作

在本次的外模移沙造型中，首先要注意的是沙块的分型线面的合理性，外模活块中间设置的吊装骨架的牢固性，安放在活块中用作浇口、铁水跑道系统的陶瓷管道的分布、对接及按置以及开箱、合箱时注意的活块的定位、复位。

A在制作外型的移沙活块时首先要考虑沙块的分型面。一是要避开表面纹饰比较复杂的部位，二是要使型块尽量地大一些，因活块越大，也就等于活数量越少，这样就达到了分型线越少整体性越好的视觉效果。本次外模移沙活块共分成三十七块，最大的外模活块重量达12吨以上。

B由于本次造型移沙活块大，且在造型过程中每块移沙活块都要经历多次移动摆放，所以要求沙型中的骨架要特别牢固，采用的是12#C型钢成井状上下焊接，移动吊点设置牢靠。

C陶瓷管的放置要特别注意按照设计的程序进行，由于此项工作量大，加上放置时管道的造型复杂，由下至上，层层相接，左右贯通，稍有失误就会影响整个浇注的完整实施，风险巨大。所以这个环节的成功保障是采取了由经验丰富，责任心极强的人单独负责完成。这样避免了人多忙中出乱或相推诿的事情发生。所以本次整体造型工程中，累记数百米的浇注系统陶瓷管道均由一人安装完成，取得了成功。

D在每次开箱之前，必须在活块与活块之间标上明确的对缝标记，以便合箱时按原位复位。在开箱时有局部小的损坏或纹饰脱落时,必须及时用高质量的修补剂粘接，稍大的还需打上长钉以防被铁水冲走，表面的钢性涂料必须涂刷均匀，在铭文和纹饰较密的部位需用毛刷清理表面多余的杂物以保护文字和文饰的清晰。合箱时在型沙移块之间首先要涂刷粘接剂，并且检查陶瓷浇口内是否留有杂物，用气泵清理以免杂物随铁水熔液进入型腔，影响表面质量。

四、围沙工艺

围沙工艺是保证整体造型和铁狮一次浇注成功的一个至关重要的环节，因为是底注式冲型，铁水瞬间从九米多高度倾注而下时会对底部型沙活块造成巨大的冲击膨胀力，特别铁水到达头部以上高度时，依据理论推测可能将产生数千吨的膨胀推力，通过对铁狮壁厚的计算得出：自铁水高温溶液进入型腔后，从液体状态到达固相面的时值将超过 14000多秒以上，也就是说一百多吨的高温熔液被浮在型腔空间里近4个小时，这是对整个造型工艺在设计及实际制作中每个环节的严峻考验，将直接关系到本次工程的成功或失败。因为整个造型体多是由一块块大的型沙做成的活块组合起来的，型沙活动的组合主要是保证定位准确、铸体的拼接缝不错位、不出现太大的铸件飞边等要求，没有太大的固定功能，自上而下组合的活块总的高度近九米，整个宽度近十一米，所以它只有以靠外围的围沙紧紧包住。但主要是本次工程造型用的地坑基础是采用铁板焊制的，一旦有高温熔液流出，大量的高温溶液会使钢板立刻变形，溶液就会大量流出，有可能会造成整个型腔全部报费，后果将不堪设想。通过计算铁狮模型两侧面的上下活块面空间达数十平方米，而且型沙活块距离铁箱最近处只有不到一米，单靠型沙填充强度是不够的，还要在铁箱的四周进行加固，用14号C型钢二层错层焊接，似加强筋一样进行加固。定制多根250X250×9000的生铁柱，在铁狮模型两侧分别竖立、横放成井字状态，再用树脂沙将空隙全部填实，目的是要将整个面形成一个整体，只有形成整体性才能保障型腔的安全。

五、浇注的高风险把控

本次再铸沦州铁狮浇铸采用狮子直立底注式冲型，狮子本身直立高度已达7米，加上上部浇冒口及补缩系统的近2米高度直线高度已达9米。为了有效地提高浇注质量，本次的浇冒口系统将全部采用耐高温陶瓷管以防止铁水冲沙等现象，控制铁水质量，但由于铸件面积过大铁水又来自多个不同的方向，在铁水最初进入型腔时会产生铁豆、二次氧化等杂质，所以在设计浇道时将充分考虑好铁水的冲型途径，每秒流量面积等，合理地分布主浇道与内进口的距离、面积、口径等使其很好地避免铁水因面积大等原因产生冷隔及排气不畅通的现象。同时铁水溶液在向下流动过程中对铁狮的足部、腿部及其他身体部位造成巨大的冲击力和膨胀力，对形沙活块造成巨大的向外推力，极易将周围型沙活块推动，造成变形或漏箱。所以在制作型沙活块时，首先要做好坚固的型沙内部骨架，使其在开箱或合箱时组合部位能进行加强连接，使所有型沙活块形成整体，有效抵制高温铁水的向外推力。其次是浇口系统的设计因考虑到浇铸的垂直高度达九米，如铁水从高空直接而下势必带来对下部型沙的损伤或直接将型腔冲垮破坏，所以要将浇口设计成阶梯式，缓冲逐渐而下，这样既能减慢铁水熔液的流速，又能有效地防止铁水从上部进口提前流入型腔造成排气不畅或型成铁豆氧化杂质，损坏表面纹饰。

六、浇铸程序控制

本次浇注面积巨大，采用四台二十吨的座包、七台十吨手动吊包，铁水先后由十一个进口注入型腔，共分为五个浇铸阶段，并且在相邻阶段的接点都设计了铁水液面指示灯报警装置，利用道电原理，铁水到达设定液面时，导电的溶液迅速使正极负极通电，沙箱上部的指示灯会亮起(注:为了安全，电源采用12伏电瓶电源)。根据设定，第一阶段先由1、2、3、4号四台座包同时注入铁水熔液近八十吨，约三十秒钟，这个过程中铁水将由最下方的足部迅速升至铁狮大腿根部，这时的铁狮型腔面积将会突然增大，指示灯也会聚然亮起。第二阶段由两个手动的十吨浇包5、6号开始按指令注入熔液，进入型腔的熔液此时正好与先前的四台座包的熔液会合，极大地减少了因型腔面积增大、流量弱产生的冷隔。第三阶段在上两台浇包的溶液到达指定位置，第二次指示灯亮起发出报警时，中间的7、8号两个手动吊包开始按指令浇注，同时最早的四台座包按指令立即停止浇注，按原先设计方案立即进行分流，因为此时按已进入型腔内的流量推测此时的溶液已接近背部，四台座包的浇口进入位置只设定在大腿根部以上位置，如果此时四台座再往里注入熔液，只会给型腔增加压力，带来风险，等铁水熔液完全覆盖整个背部时，中间的四台手动浇包全部停止。第四阶段分别由头部两侧的9、10号两台十吨手动浇包按指令开始浇注，直到所有设定的冒口全部浮上熔液后，即可停止浇注。第五阶段头部最高处的11号手动浇包开始巡视进行补缩直到完全冲型为止，整个浇注过程需要指挥者沉着冷静果断，所有参与浇注的工作人员需全神灌注，手动浇包的流速流量完全服从指挥操作才能取得圆满成功。

七、铁水熔炼与温度控制

由于铁狮净重量在一百吨至一百一十吨左右，其它的浇口跑道系统约二十多吨，所以本次浇铸准备的铁水达一百五十吨。使用一台十五吨、两台十吨、一台八吨的冲天炉，四台冲天炉同时点火开炉，由于四台炉子之间相隔较远(最远处距离浇注点近八十米)，而且铁水数量多，熔炼时间长，过程复杂，对每台炉子的熔炼速度、时间、数量多需作详细要求和分配，在规定的时间内每台炉子都需要完成多次的熔液并包囤积，如用时过长就会大大降低浇铸温度，影响铁水流动性。另外，四台炉子的熔炼速度误差太大或炉温偏差过多会造成铁水冷缺时应力增加，会影响整体铸造的成功。

我们共分成了四组人员分别由经验丰富的技师带队，并准备了许多可能发生的意外应急方案及措施，按要求每台炉子的作业人员在开炉前必须将所有的铸铁原料以及添加配料、焦碳全部过磅称好，按批次下炉重量有序放好，以便开炉时能迅速装料，在铁水开始熔炼后，将第一批次的前十吨至十五吨的初始熔液全部用来作为预热浇包浇铸其它产品，待每台炉子的熔炼到达最佳状态时再开始正式合包囤积铁水，按设定先将四台二十吨的座包每台先注入十五吨铁水，十吨的吊包每包先注入七吨铁水，同时检测每座吊包内的铁水温度，然后再次迅速注入新的高温铁水来均衡整体温度，本次四台炉子出炉时温度均达到1450度以上，通过保温措施和后期的高温铁水的冲均调节，实际在本次浇铸时的温度被控制在1260至1280度之间，十一个浇注包内的铁水平均温差仅12摄氏度，整个浇注过程从点火至浇注结束共用时八小时五十分钟，十一个浇注口先后共注铁水熔液130余吨，浇注过程用时约十二分钟。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (1)

1.一种巨型铸铁狮子的铸造方法，其特征在于包括以下内容：

1）造地坑，在地坑内制作地箱

地箱由钢板现场焊接而成，焊接完成后，用地坑四周打出的多口水井抽出的水做渗水试验，渗水试验通过后，在地箱的底部的内侧焊接加强筋，在地箱的底板上铺设一层生石灰，在生石灰上铺设一层粗石子，在地箱的四角竖立4根铁管，这4根铁管延伸至地箱的底部，在浇注前,将干布或棉纱直接放到铁管的底部检测箱底石灰的受潮情况；

2）内部泥芯及骨架的造型

将铁狮子的玻璃钢模型内部进行多点加固,外部涂上脱模剂后放入地坑中设定的位置进行制作造型；

①内部泥芯及骨架制作

采用酚醛碱性树脂砂制作内部泥芯，泥芯的核心主骨架采用C型钢焊接制作，将泥芯的中间位置钢架与四腿部位置的钢架焊接成一个整体，并且四腿部位置的钢架与地箱底部的加强筋进行牢固焊接，采用螺纹钢制作泥芯的退让功能骨架；

②泥芯的排气

头部开天窗,设置排气道，在腹部中间使用钢管进行主排气，该钢管打上小孔或用切割机破上长条型排气孔,然后四周再包上草绳，腿部及尾部的排气钢管与该主排气腹部中间的全部钢管连通后,气体直接从背部莲花座位置自然排出，堆放的焦碳按设计要求放在离型腔壁二十公分以外处，且不能靠到骨架,也不能与排气钢管连接；

③足部排气

腿部排气管不与地箱通道连接，切断与下部地箱的沟通，将腿部排气通道设置在足部位置，在距足底部十公分以内的型砂内设置针孔型排气通道，用铁丝每隔五公分即打孔贯穿至地箱底部，与排气系统连接；

④铁狮嘴部骨架制作

取消用型砂活块做法，使型砂形成一个整体，并且在易形成涡流的位置的内部泥芯处增加骨架的强度，用圆形螺纹钢制小骨架且预留焊接点，在气流大的鼻子部位设置排气，减少浇铸时的冲击压力；

⑤腹部及腿部造型

采用消失模铸造工艺，用泡沫材料作为模型，在完成这个部位的壁厚制作后，用明火先将泡沫烧了后，再涮上耐高温涂料来完成这个部位的整体制作；

⑥尾部骨架制作

将尾部锥形复杂处用蜡型来代替，尾部的泥芯骨架采用螺纹钢，尾部的泥芯骨架成三角型，中间再用螺纹钢焊制，将尾部的泥芯骨架与泥芯主体骨架焊牢，尾巴的多个部位点要求安放定位装置,以便有效地控制壁厚；

4）外模活块的构造与制作

将分解后的狮子模型各部件分别采用酚醛碱性树脂砂进行移砂活块造型，在制作外模移砂活块的过程中，采用C型钢成井状上下焊接制作砂型中的骨架，将移动吊装骨架设置牢固，放置用作浇口、铁水跑道的陶瓷管，在每次开箱之前，在活块与活块之间标上明确的对缝标记，在开箱时有局部小的损坏部位或纹饰脱落时，要及时用修补剂粘接，稍大的损坏部位还需打上长钉以防被铁水冲走，表面的钢性涂料必须涂刷均匀，在铭文和纹饰较密的部位需用毛刷清理表面多余的杂物以保文字和文饰的清晰，合箱时在型砂移块之间首先要涂刷粘接剂，并且检查陶瓷浇口内是否留有杂物，用气泵清理以免杂物随铁水熔液进入型腔，影响表面质量；

4）围箱的设计与制作

整个造型体多是由一块块大的型砂做成的活块，靠外围的围砂紧紧包住，用C型钢二层错层焊接在地箱的四周进行加固，采用多根生铁柱在铁狮模型两侧分别由竖立、横放成井字状态，再用树脂砂将空隙全部填实，目的是要将整个面形成一个整体；

5）浇道系统的设计

用灰铸铁进行浇铸，浇冒口系统全部采用耐高温陶瓷管，在制作砂型活块时首先要做好坚固的砂型内部骨架,在开箱或合箱时，使内部骨架的组合部位能进行加强连接，使所有砂型活块形成整体，有效抵制高温铁水的向外推力，将浇口设计成阶梯式，铁水熔液经过缓冲逐渐而下，能有效地防止铁水从上部进口提前流入型腔造成排气不畅、形成铁豆氧化杂质以及会损坏表面纹饰；

6）浇铸程序控制

采用四台二十吨的座包和七台十吨手动浇包，先后由十一个进口注入型腔，共分为五个浇注阶段，并且在每个两个相邻阶段的接点处设置铁水液面指示灯报警装置，使铁水到达设定液面时导电的溶液迅速使正极负极导通，相应的指示灯亮起；

7）铁水熔炼与温度控制

浇铸时的温度控制在1260-1280摄氏度之间，十一个浇注包内的铁水平均温差仅为12度，十一个浇注口先后共注铁水熔液130余吨，浇注过程用时十二分钟。