大口径涂料法水冷金属型离心铸管机的设计

习 杰（新兴河北工程技术有限公司，河北邯郸市 056017）

大口径涂料法水冷金属型离心铸管机的设计

习 杰（新兴河北工程技术有限公司，河北邯郸市 056017）

主要介绍了DN1000mm以上大口径球墨铸铁管采用涂料法水冷金属型工艺生产时，离心铸管机的设计原理及方法。

球墨铸铁管；热模法；水冷金属型；涂料法；离心铸管机

球墨铸铁管的生产工艺通常有两种方法：热模法和水冷金属型。传统大口径球墨铸铁管的生产工艺一般采用热模法。采用热模法生产球墨铸铁管，铸铁管产品直径不受限制，既适于生产小直径铸铁管，也适用于生产DN1000mm以上的球墨铸铁管，但其不足之处是生产采用半自动化控制，生产节奏较慢，铸造的球墨铸铁管外表质量较差，内壁容易出现龟纹，同时铸态球墨铸铁管的伸长率较退火球墨铸铁管低，一般为5%左右。水冷金属型离心铸造工艺一般均采用自动控制，生产过程的自动化水平高，单机生产率高，适用于成批大量生产的中小直径球墨铸铁管，这种工艺方法生产的铸管表面质量高，内部缺陷少，其缺点是离心机结构较复杂，造价较高，铸型（管模）寿命短，一般使用次数为3000～5000支。

鉴于两种工艺方法各自的优缺点，我们在确定DN1000～1400mm离心铸造机设计方案时，进行了充分的研究论证，在原有离心铸造装备和多年生产经验的基础上进行大胆尝试，采用了两种工艺原理相结合的方法，扬长避短，最终设计出新型工艺的大口径水冷金属型离心铸管机，并成功投入生产使用。

1 概述

DN1000～1400mm离心铸管机采用了涂料法水冷金属型工艺（半水冷半热模法）。工作原理与中、小口径水冷金属型离心铸管机基本相似，但在工艺及装备上有重大突破和创新：生产工艺上，在浇注前采用了热模法的喷涂料工艺，从而有效延长了管模使用寿命；在铸造装备上，改变了传统的承口支承机构，在保证铸铁管模旋转精度的基础上，降低了生产成本，同时，更便于更换不同规格管模；另外，为防止生产出的大口径铸铁管变形的问题，在出管时采用了双向托轮接管的机构设计；在工艺布局上，由于解决了大口径铸铁管的变形问题，在工位的选择上采用了占地小、布置紧凑、生产节奏快的二工位布局。

DN1000～1400mm离心铸管机的工艺流程为：喷涂料—浇注—拔管—接管—专用吊具运管至无驱动轨道。装备主体包括浇注装置、离心主机、拔管车、接管机构四大部分，实现了从浇注到运管的连续快节奏生产。

2 工艺及装备简介

大口径离心铸管机装备（≥DN1000mm）的设计具有以下几方面的难点：

（1）如何提高工作效率；

（2）如何防止大口径铸管椭圆变形；

（3）如何提高管模寿命，从而降低生产成本；

（4）降低设备制造成本。

为解决这几方面的问题，我们深入生产现场，并进行了跟踪试验，同时进行了大量周密、详谨的计算。首先为解决工作效率的问题，在此次设计中采用了二工位的水冷金属型整体布局；为了提高管模寿命，采用了在管模内喷涂保护性涂料的工艺；为防止铸管变形，在结构设计中保证了铸铁管始终处于旋转冷却状态；为降低设备制造成本，在承口的关键部位进行了技术创新。

2.1 整机二工位布局

传统的中口径（DN700～1000mm）水冷金属型离心铸管机都采用三工位布置，即浇注、主机行走、拔管各占一个工位，其目的是防止各工位在生产节拍间的互相干涉，但缺陷是占地空间较大（≥三倍铸铁管长），生产效率较低（为防变形，铸管必须旋转冷却，较长时间占用拔管工位）。此次设计采用了二工位布局来弥补以上缺陷。

2.2 喷涂料工艺

因为水冷金属型工艺在浇注瞬间管模内壁温度可能达到800～900℃，而外壁温度与冷却水温度相当；加上生产效率高，管模断面上将承受很大的热应力，造成管模寿命低。为弥补这一缺陷，DN1000～1400mm离心铸管机增添了喷涂料工艺，在不影响铸铁管外观质量的情况下，可有效的起到保护管模的作用。

离心铸管机拔管后，管模温度达到150℃左右时，管模高速旋转，启动高压无气喷涂机，打开自动喷枪进行喷涂，离心机匀速行走，管模内喷涂50μm左右绝热涂料（见图2），然后进行浇注。

该工艺的技术要点在于涂料，由于该工艺管模温度（150℃左右）比热模法（200～300℃）低，为了确保球铁管外表面不出气体缺陷，对涂料配制及喷涂工艺作以下调整：

（1）耐火骨料用膨胀珍珠岩，有以下几点益处：①同样粘度情况下，加水量减少，膨胀珍珠岩比硅藻土吸水性小；②涂料悬浮性提高，膨胀珍珠岩的容重比硅藻土小；③膨胀珍珠岩涂层发气量比硅藻土涂层小。

（2）添加涂料减水剂以降低加水量。

（3）喷涂采用高压无气喷涂，其优点如下：①雾化效果良好，涂层表面光洁；②涂料飞扬大大减小，降低有气喷涂对环境的污染；③喷涂量较大，减少喷涂次数，从而降低喷涂对生产的影响；④喷涂过程易控制，受其他因素影响较小。

2.3 防止铸铁管椭圆变形机构

生产大口径铸铁管，为防止热态变形，要求铸铁管从拔离管模开始一直要处于旋转冷却状态。在此次设计中，拔管钳设计为旋转式（图3），在接管机构上设计了双向运动托轮（使铸管在前进过程中可做旋转运动），见图4，保证了铸铁管在拔出管模后，仍然处于旋转状态，不会椭圆变形。

2.4 新型的承口支承结构

传统中、小口径水冷金属型离心铸管机承口为球轴承定位设计，DN1400离心机承口直径尺寸达到2500mm以上，若采用传统结构设计则在轴承制造、定货、维修等方面都有一定困难，装备制造成本将大幅度增加。DN1000～1400离心铸管机采用了挡轮轴向定位、托轮及压轮径向定位的机构型式，即保证了管模的旋转精度，又降低装备的制造成本，简化的承口支承结构更便于调整规格和维修。

3 结束语

DN1000～1400涂料法水冷金属型离心铸管机的设计，打破了离心铸管机设计的传统工艺思路，对新型装备技术进行了大胆有效的尝试，并通过了生产实践的考验，投入使用后，产品合格率达到95%以上，生产效率达到8～12支/小时，它的设计成功是该行业自主研发的良好范例，为提高国内球墨铸铁管装备的整体技术水平起到良好推动作用，同时达到了国外相关技术的同等水平。

[1]范英俊.离心球墨铸铁管工艺及装备.北京：中国科学技术出版社，

Design of Centrifugal Casting M achine for Pipe of Large Scale S.G.Ductile Cast Iron

XI Jie
（Xinxing Hebei Engineering Technology Co.Ltd.，Handan 056017，Hebei China）

Design p rincip le and method of centrifugal casting machine for p roduction of p ipe of large scale s.g.ductile cast iron w ith DN1000mm and above by coated water cooled d ie centrifugal casting have been mainly introduced.

S.G.ductile cast iron p ipe；Heat die；Water cooled d ie；coated

TG233.3;

A；

1006－9658（2011）02－3

2010－12－16

2010－191

习杰（1973－），女，高级工程师，长期从事离心球墨铸铁管装备的设计与研究，新装备研发，铸铁管及管件标准化