CN116237459A - 一种基于v法铸造生产的半自磨机筒体衬板的铸造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于V法铸造生产的半自磨机筒体衬板的铸造工艺，本发明所述铸造工艺包括衬板铸件铸造工艺方案的确定、浇注系统的设计、冒口尺寸及安放位置的确定、造型、熔炼、落砂及铸件清理。该铸造工艺将直浇道设计为沿流锥形、横浇道截面设计为梯形、内浇道截面设计为半圆形，将内浇口设置在衬板铸件基板与提升条的交界处。采用缩颈型明发热冒口并将其安放到稍偏离衬板铸件基板上表面Chvorinov热模量最大值处。该铸造工艺可成功消除衬板铸件提升条内部的缩孔缩松缺陷，大幅度提高衬板铸件的工艺出品率，使其由原65％提升至85％左右，具有显著的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于半自磨机筒体衬板的铸造工艺领域，特别提供一种基于V法铸造生产的半自磨机筒体衬板的铸造工艺，广泛应用于大型半自磨机筒体衬板的铸件生产。
背景技术
筒体磨机是一种对各种矿石和其它可磨性物料进行破碎和研磨的设备，自1880年问世迄今的一百四十多年里，在黑色、有色金属矿山及非金属磨矿领域均得到了广泛应用。随着矿山规模逐步迈向大型化的发展趋势，具有处理量大、碾磨稳定性好、工艺流程简单和易于实现自动化等特点的半自磨机，现已成为大型矿山的主要选矿设备。半自磨机运行时依靠筒体的旋转使被处理物料本身和磨矿介质(钢球)在筒体内相互冲击、磨削来达到粉碎物料的目的。由于其筒体直径大、处理能力强等特点，磨机筒体在运行过程中将受到钢球、矿块的强烈冲击，工况恶劣，为保护筒体需在筒体内壁安装衬板。使用高强螺栓在筒体内壁安装的衬板，一方面可保护磨机筒体不受矿浆侵蚀和钢球的直接冲击；另一方面衬板上凸起的提升条可使磨矿介质及物料连续提升，使之抛落、泻落，实现对物料的破碎和研磨。
安装在半自磨机筒体内壁的衬板在工况下将直接受到来自矿块和磨矿介质持续、剧烈的冲击，导致磨机衬板经常出现严重的疲劳磨损及断裂损坏，使用寿命大幅缩短。作为磨机的重要组成部件，衬板的频繁拆卸维修及更换，严重制约了矿场的生产效率。半自磨机衬板有效的抗冲击和耐摩擦磨损的特性，长期以来一直是各大选矿厂和磨机生产企业所关注的问题。因此延长其使用寿命、提高半自磨机的生产效率，成为亟需进行的一项研究。而衬板的服役寿命，与其铸造质量密切相关。只有从其生产的源头即铸造环节严格把控质量，才能为其服役寿命提供保障。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于V法铸造生产的半自磨机筒体衬板的铸造工艺，该铸造工艺成功消除了衬板铸件提升条内部的缩孔缩松缺陷，将衬板铸件工艺出品率由原65％提升至85％左右，经济效益显著；具体包括：模板设计、造型、熔炼、浇注，其特征在于：所述浇注系统包括直浇道、浇口窝、横浇道、内浇道；直浇道通过位于横浇道中部的浇口窝与其相连，横浇道两边对称设有两个内浇道，每个内浇道与一个铸件木模相连接，铸件木模上设有缩颈型明发热冒口。
优选的，本发明所述缩颈型明发热冒口的设计尺寸通过求解铸钢件冒口尺寸的三次方程获得，参考衬板铸件铸造工艺的Chvorinov热模量分布云图，将缩颈型明发热冒口安放在稍偏离衬板铸件基板上表面Chvorinov热模量最大值处。
优选的，本发明所述缩颈型明发热冒口的顶部内圆为
根部内圆为
冒口高度为360mm，发热冒口套壁厚为30mm。
优选的，本发明所述缩颈型明发热冒口的发热能量为1650kJ/kg，引燃温度为1200℃，发热时间为240秒。
优选的，本发明所述直浇道为沿流锥形，其根部的截面尺寸为44cm2。
优选的，本发明所述横浇道截面为梯形，其截面尺寸为24cm2。
优选的，本发明所述内浇道截面为半圆形，其截面尺寸为36cm2。
优选的，本发明熔炼的钢种为铬钼合金钢，其出炉温度为1640～1660℃。
优选的，本发明采用倾斜浇注的工艺，使砂箱底面与水平面呈3.22°的夹角(砂箱距浇注系统的远端抬高)。
优选的，本发明浇注时采用全流浇注，浇注时间为80秒。
本发明所述缩颈型明发热冒口的材质为常规的发热冒口材质，为市售产品，由一定量的铝热剂、助熔剂、氧化剂与绝热保温材料制作而成，其兼具保温、发热的功能。
本发明的有益效果为：
(1)本发明所述缩颈型明发热冒口，浇铸时冒口在1200℃左右被钢液迅速点燃，其燃烧释放的热量使冒口中的钢液温度升高，延长了冒口内金属液的凝固时间，提高了冒口对铸件的补缩效率；可使冒口与铸件间的补缩通道在铸件凝固过程中保持畅通，发热冒口将成为型腔中金属液最后凝固的部位；与普通工艺相比，在相同补缩效果下，发热冒口相当于减小了散热表面积，进而减小了冒口体积，从而提高了铸件的工艺出品率；本发明所述采用的铸造工艺，可成功消除衬板铸件提升条内部的缩松、缩孔缺陷，将衬板铸件工艺出品率由原65％提升至85％左右，经济效益显著。
(2)本发明将直浇道设计为沿流锥形，可防止浇注时直浇道底部形成低压液流区域，避免该区域吸入空气，导致裹挟着气体的金属液流入型腔；本发明将横浇道截面设计为梯形并延长横浇道的长度，可有效收集浇注时横浇道内金属液液面上的熔渣，同时防止内浇道在浇注过程中凝固而使浇注通道堵塞；本发明将内浇道截面设计为半圆形，其散热较慢，对铸件可起到一定的补缩作用；本发明将内浇口有开设在铸件分型分模面处，造型简便，可有效降低浇注时金属液在铸型中的下落高度，降低金属液对型腔壁面的冲刷；本发明采用的倾斜浇注，可使充型过程快速、平稳，有效降低浇注时金属液的流速，避免裹气、夹杂。
说明书附图
图1为实施例1所述半自磨机筒体衬板的铸造工艺图；
图2为对比实施例1所述生产半自磨机筒体衬板铸件的铸造工艺；
图3为实施例1所述铸造工艺生产的半自磨机筒体衬板铸件；
图1和2中，1-直浇道，2-浇口窝，3-横浇道，4-内浇道，5-衬板铸件，6-发热冒口。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
(1)铸造工艺方案的确定，具体包括：浇注位置应使衬板铸件基板朝上且与铸型保持平行，分型面在衬板铸件基板与提升条的交界面处，将两个衬板铸件并排于一负压砂箱中，采用CO2-水玻璃硬化法的芯盒制芯工艺。
(2)浇注系统的设计，具体包括：将直浇道设计为根部截面尺寸44cm2的沿流锥形，将横浇道截面设计为尺寸24cm2的梯形，将内浇道截面设计为尺寸36cm2的半圆形。
(3)冒口尺寸及安放位置的确定，通过求解铸钢件冒口尺寸的三次方程获得缩颈型发热冒口的设计尺寸，具体过程为：
式中：K1为计算系数；VR为冒口体积(cm3)；d为冒口当量直径；f1为冒口形状系数，其数值选定为1.5。
式中：K2为计算系数；AR为冒口的散热表面积(cm2)；fs为保温系数，其数值为0.7。
式中：Mc为铸件模数(cm)；VC为铸件被补缩部分的体积(cm3)；AC为铸件被补缩部分的表面积(cm2)。
式中：A、B为计算系数；ε为钢液凝固的体收缩率。
冒口的当量直径d为：
将A、B代入式(6)可得：
h＝f1·d＝1.5×25＝37.5cm (8)
式中：h为冒口的设计高度(cm)。
通过上述计算得到发热冒口的设计尺寸，之后在发热冒口的标准件中选取相应的型号。该型号缩颈型明发热冒口的顶部内圆为
根部内圆为/>
冒口高度为360mm，发热冒口套壁厚为30mm；参考ProCAST数值模拟软件模拟衬板铸件铸造工艺(不含冒口)获得的Chvorinov热模量分布云图确定冒口的安放位置，将缩颈型明发热冒口安放在稍偏离衬板铸件基板上表面Chvorinov热模量最大值处；衬板的铸造工艺如图1所示。
(4)造型，具体包括：工装准备、薄膜加热(EVA薄膜)、覆膜成形、放置砂箱、加砂振实、覆盖背膜(PE薄膜)、起模、下芯、合箱，上、下两砂箱的造型步骤大体相同，其中造上砂箱时覆面膜后将使用PE薄膜包裹好的缩颈型明发热冒口放置在上模板的工艺凸台处，并使用纸胶带将连接处密封。
(5)熔炼，具体包括：装填炉料、熔炼钢液、脱氧、调整化学成分、倾炉出钢，出炉温度为1640～1660℃。
(6)浇注，采用倾斜浇注，将砂箱远离浇注系统的一端抬高，使砂箱底面与水平面呈3.22°的夹角；调整漏包位置，使漏包包孔对准浇口杯；采用全流浇注，浇注时间为80秒；当浇注完成时，在明发热冒口顶部撒发热覆盖剂。
(7)冷却、落砂，获得的衬板铸件如图3所示；铸件清理，具体包括：使用氧-乙炔焰气割法切除铸件浇冒口，使用气动铲清理铸件内的砂芯，使用碳弧气刨和角磨机清理、打磨铸件。
本实施例采用一箱两件的工艺，制备得到两个衬板铸件，单件质量为741kg，铸件总质量为1482kg；本实施例所述铸造工艺生产衬板铸件所用钢液总质量为1747kg，两者质量之比即为衬板铸件的工艺出品率，其数值约为85％。
对比实施例1
(1)铸造工艺方案的确定，具体包括：浇注位置应使衬板铸件基板朝上且与铸型保持平行，分型面在衬板铸件基板与提升条的交界面处，将两个衬板铸件并排于一负压砂箱中，采用CO2-水玻璃硬化法的芯盒制芯工艺。
(2)浇注系统的设计，具体包括：将直浇道设计为根部截面尺寸38cm2的圆柱形，将横浇道截面设计为尺寸32cm2的梯形，将内浇道截面设计为尺寸84cm2的矩形。
(3)冒口尺寸设计及安放位置的确定，采用明圆柱形冒口，将冒口截面设计为尺寸616cm2的圆形；金属液的引入位置在衬板铸件的端面，明冒口设置在铸件与内浇道之间，使金属液经冒口流入铸型型腔；某铸造厂衬板的铸造工艺如图2所示。
(4)造型，具体包括：工装准备、薄膜加热(EVA薄膜)、覆膜成形、放置砂箱、加砂振实、覆盖背膜(PE薄膜)、起模、下芯、合箱，上、下两砂箱的造型步骤大体相同。
(5)熔炼，具体包括：装填炉料、熔炼钢液、脱氧、调整化学成分、倾炉出钢，出炉温度为1580～1600℃。
(6)浇注，采用倾斜浇注，将砂箱靠近浇注系统的一端抬高，使砂箱底面与水平面呈3.22°的夹角；调整漏包位置，使漏包包孔对准浇口杯。采用全流浇注，浇注时间为80秒；当浇注完成时，在明冒口顶部撒发热覆盖剂。
(7)落砂、铸件清理，具体包括：使用氧-乙炔焰气割法切除铸件浇冒口，使用气动铲清理铸件内的砂芯，使用碳弧气刨和角磨机清理、打磨铸件。
本实施例采用一箱两件的工艺，制备得到两个衬板铸件，单件质量为741kg，铸件总质量为1482kg；本实施例所述铸造工艺生产衬板铸件所用钢液总质量为2281kg，两者质量之比即为衬板铸件的工艺出品率，其数值约为65％。
通过和实施例对比得出采用该铸造工艺生产的衬板铸件质量明显优于某铸造厂生产的衬板铸件质量，且工艺出品率由原65％提升至85％左右。实施例1所述铸造工艺不仅成功消除了衬板铸件内部的缩松、缩孔缺陷，在提高铸件质量的同时大幅度提高了工艺出品率，经济效益显著。
本发明未尽事宜为公知技术，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围；凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于V法铸造生产的半自磨机筒体衬板的铸造工艺，包括：模板设计、造型、熔炼、浇注，其特征在于：所述浇注系统包括直浇道、浇口窝、横浇道、内浇道；直浇道通过位于横浇道中部的浇口窝与其相连，横浇道两边对称设有两个内浇道，每个内浇道与一个铸件木模相连接，铸件木模上设有缩颈型明发热冒口。
2.根据权利要求1所述基于V法铸造生产的半自磨机筒体衬板的铸造工艺，其特征在于：所述缩颈型明发热冒口的设计尺寸通过求解铸钢件冒口尺寸的三次方程获得，参考衬板铸件铸造工艺的Chvorinov热模量分布云图，将缩颈型明发热冒口安放在稍偏离衬板铸件基板上表面Chvorinov热模量最大值处。
3.根据权利要求2所述基于V法铸造生产的半自磨机筒体衬板的铸造工艺，其特征在于：所述缩颈型明发热冒口的顶部内圆为
根部内圆为/>
冒口高度为360mm，发热冒口套壁厚为30mm。
4.根据权利要求1或2所述基于V法铸造生产的半自磨机筒体衬板的铸造工艺，其特征在于：所述缩颈型明发热冒口的发热能量为1650kJ/kg，引燃温度为1200℃，发热时间为240秒。
5.根据权利要求1所述基于V法铸造生产的半自磨机筒体衬板的铸造工艺，其特征在于：所述直浇道为沿流锥形，其根部的截面尺寸为44cm2。
6.根据权利要求1所述基于V法铸造生产的半自磨机筒体衬板的铸造工艺，其特征在于：所述横浇道截面为梯形，其截面尺寸为24cm2。
7.根据权利要求1所述基于V法铸造生产的半自磨机筒体衬板的铸造工艺，其特征在于：所述内浇道截面为半圆形，其截面尺寸为36cm2。
8.根据权利要求1所述基于V法铸造生产的半自磨机筒体衬板的铸造工艺，其特征在于：熔炼的钢种为铬钼合金钢，其出炉温度为1640～1660℃。
9.根据权利要求1所述基于V法铸造生产的半自磨机筒体衬板的铸造工艺，其特征在于：采用倾斜浇注的工艺，使砂箱底面与水平面呈3.22°的夹角(砂箱距浇注系统的远端抬高)。
10.根据权利要求1所述基于V法铸造生产的半自磨机筒体衬板的铸造工艺，其特征在于：浇注时采用全流浇注，浇注时间为80秒。
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