新型七角金属镁还原罐

2011-01-23胡祥永鲁志武徐素峰董必义

铸造设备与工艺 2011年1期

胡祥永，鲁志武，徐素峰，董必义

（太原重工特种铸造分公司，太原 030024）

金属镁是比较新型的工业用材，密度仅为铝的2/3。其合金由于有优良的性能，如质量轻便、比强度、比刚度高、价格低廉等，越来越受到市场的青睐，不仅在航天、航空等尖端领域得以应用，而且在民用工业中也异军突起，例如，汽车、家用电器、手机外壳和运动器械等领域。随着镁合金工业的发展，纯镁的需求也越来越大，因而促进了炼镁工业的迅猛发展。目前，国内生产金属镁主要采用皮江法，皮江法属于热还原法，它是将含镁的矿石（白云石）煅烧后与还原剂（硅铁）及添加剂（CaF2）压制成团状放置在密闭的耐热材料罐体（还原罐）中，加热至大约1200℃高温（罐体内需要抽真空，真空度5 Pa左右）进行还原反应，获得粗镁，而后将粗镁进行精炼，获得纯镁。

皮江法炼制镁主要使用工具是还原罐，还原罐约占金属镁生产总成本的15%，因此提高还原罐的使用寿命或降低罐体的生产成本，一直是金属镁生产厂家追求的目标。还原罐失效的主要原因是由于罐体在高温下使用产生变形甚至引起开裂，致使无法装料而最终报废。近些年，国内外的一些企业及科研院所对此做了大量研究，主要可概括为二个方面：一是从制作还原罐体的材料着手，开发、研制价格低廉、耐热温度高、抗蠕变强度高、热变形小的新型耐热材料，以提高使用寿命，降低生产成本；二是从改进原罐体的结构着手，通过改变罐体的形状、尺寸等提高罐体的使用寿命（目前常规还原罐的使用寿命约在50d～60d左右）或降低罐体的生产成本。

我们在提高还原罐寿命、降低罐体生产成本方面也做了较多工作，2007年根据中国有色工程设计院的建议开发和传统的圆柱体罐的外形相异的七角形还原罐，目的是减轻重量，增加刚性，提高高温抗蠕变能力，提高使用寿命，并且为机械化除渣创造条件。

经过近一年多的试制和生产验证，七角还原罐重量轻，抗高温蠕变较好，使用寿命相对较长，达到了开发的目标。

1 工艺方案的确定

1.1 新型七角还原罐的结构

新型七角金属镁还原罐，外形为七角形见图1，由三部分组成：罐体、加强箍、封头。各部分单独铸造生产，而后组焊而成。部件加强箍、封头可采用砂型铸造或精密铸造。罐体为整个还原罐的主要部件。由于外形设计成七个角，就相当于增加了七条纵向加强筋；在长度方向焊了五个箍，相当于增加了五条横向筋，使其刚性大大增强，改善了高温时的刚性，减少了高温蠕变。离心铸造生产效率高、组织致密、缺陷少。但是以往离心铸造都是生产一些简单回转体形状的铸件，而这种还原罐体外形为七角形，利用离心铸造目前尚未有成功经验可借鉴，而砂铸又满足不了使用要求，采用离心铸造困难较大。

图1 外形为七角形金属镁还原罐

1.2 采用的设备

使用单轮驱动四轮式托轮离心机（最高转速1200r/min），七角型还原罐型筒，1t底注浇包，中间包等。

1.3 工装设计及制造

型筒是生产还原罐的关键工装，型筒内腔为七角形，长度达2800mm左右，加工时需保证加工件的同轴度及光洁度，一次加工成型十分困难，从保证产品质量和便于加工的角度综合考虑，最后改为组合型筒，解决了加工问题。

1.4 涂料的涂覆

离心铸造生产时，为了避免型筒内腔直接与高温钢液接触，保护型筒不被高温损坏，同时也利于铸件脱模，在离心生产时，型筒内腔表面要涂覆一层保护涂料，我们是涂覆一层覆膜砂，厚度约1mm～2mm左右。由于型筒内腔为七角形，在涂料涂覆后出现涂料厚薄极不均匀，有的地方还未完全涂上，通过对离心铸造时质点的受力分析及现场多次对涂料的涂撒，找到了涂料涂覆的规律，保证了涂料的完全覆盖并且厚薄均匀。

1.5 工艺参数的选择

如前所述，离心铸造以往以生产简单回转体为主，多数壁厚均匀，即便存在变截面，但尺寸相差不大，而新型金属镁七角还原罐体，壁厚极不均匀，并且壁差最大相差15mm之多（最大壁厚δmax=35mm～40mm，最小壁厚δmin=20mm～26mm）。如果工艺参数选取不合理，会造成产品出现裂纹、夹杂等缺陷，经过理论分析和多次试验，最终选定了合适的工艺参数（转速、涂料厚度及重量、浇注温度等）。