[科普中國]-離心鑄管

發(fā)展歷史

世界第一臺離心鑄管機(jī)是1849年有英國人安德克制造出來的，并于1852年鑄造出長為3.6m、直徑為75mm的離心鑄管。美國、加拿大、法國、日本、德國分別于1922年、1923年、1928年、1940年、1945年生產(chǎn)離心鑄管，我國最早的離心鑄管車間時日本侵占東北時在鞍鋼建立起來的。

西方發(fā)達(dá)國家大多采用離心鑄造法生產(chǎn)離心鑄管，我國在80年代以前，除鞍鋼鑄管廠采用砂型離心鑄造法生產(chǎn)部分鑄鐵管外，主要采用連續(xù)鑄造法生產(chǎn)鑄管，質(zhì)量和性能都比較差，與先進(jìn)國家相比，還存在很大差距。但隨著中國離心鑄管行業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)在離心鑄管研究、生產(chǎn)方面，都取得了很大的進(jìn)展和成績。

特點運動特點在離心力作用下，密度較小的質(zhì)點向旋轉(zhuǎn)中心移動（內(nèi)?。幻芏容^大質(zhì)點向型壁移動（外沉）。它們的浮、沉速度比一般重力鑄造時可大約 G 倍，故離心鑄造時密度較小的氣泡、渣粒能很快移向自由表面或處于鑄型中部的澆注補縮系統(tǒng)中，但鑄件易產(chǎn)生密度偏析2。

凝固特點（1）凝固順序是由鑄管外表皮向內(nèi)表皮凝固。

（2）離心鑄造的補縮能力強(qiáng)，金屬液的離心力比重力大 G 倍，它具有較大的克服晶粒間補縮通道對晶粒間縮松進(jìn)行補縮的能力。

（3）進(jìn)入離心鑄型的金屬液會在結(jié)晶前緣上有固液相混合區(qū)上發(fā)生相對滑動，使鑄件橫斷面上得到傾斜狀的柱狀晶。如果滑動劇烈，促使形成等軸晶。

（4）進(jìn)入鑄型圓柱表面上的金屬液是逐層覆蓋在軸向上充填鑄型。

分類離心鑄管根據(jù)鑄型特點可分為水冷金屬型離心鑄管、涂料金屬型離心鑄管、樹脂砂襯離心鑄管、砂型離心鑄管（已淘汰）1。

水冷金屬型離心鑄管水冷金屬型離心鑄管又稱拉沃德離心鑄管法，其結(jié)構(gòu)特點是使用長流槽，澆注時可以是澆注槽移動，也可以是鑄型移動，由于采用專用的水冷裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高。另外，由于水的激冷作用，鑄管往往出現(xiàn)白口，需要熱處理，鑄管生產(chǎn)效率高，一般用來批量生產(chǎn)中小直徑的球鐵管。

涂料金屬型離心鑄管涂料金屬型離心鑄管又稱熱模法離心鑄管，最早研制和使用這種工藝的是德國迪克(Duker)公司，其結(jié)構(gòu)特點是金屬型不帶水套，主機(jī)不作水平運動，使用短流槽，在鑄型內(nèi)表面噴上一層涂料，可獲得無白口的鑄態(tài)離心管，這種機(jī)器結(jié)構(gòu)簡單，造價低，更換鑄型方便，并且鑄型壽命長，鑄管直徑不受限制，可生產(chǎn)灰鐵管和球鐵管。

樹脂砂襯離心鑄管樹脂砂襯離心鑄管工藝特點是在金屬型內(nèi)表面掛上一層以樹脂作為粘結(jié)劑的砂襯，從而大大提高了金屬型壽命，并可獲得無白口的鑄態(tài)離心管，特別適合大口徑球鐵管生產(chǎn)。

生產(chǎn)設(shè)備離心鑄管主要有離心鑄管機(jī)采用不同的離心鑄造法生產(chǎn)。離心鑄管機(jī)有主機(jī)、傳動系統(tǒng)、澆注系統(tǒng)、噴涂拉管裝置、涂料系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及電控系統(tǒng)等部分組成。

離心鑄管機(jī)在車間上的布置，要考慮現(xiàn)有廠房的利用，與其他設(shè)備的配套和協(xié)調(diào)。如沖天爐的熔化率要與鑄管機(jī)生產(chǎn)率相匹配，出鐵時不干擾鑄管生產(chǎn)，鐵水運輸路徑要短等等。

生產(chǎn)工藝工藝方法主要技術(shù)特征是控制澆注速度≥20kg/s；在澆注過程中向內(nèi)壁施加保護(hù)劑；從開始澆注時至10秒鐘內(nèi)任一時刻起，以一定的規(guī)律增加型筒轉(zhuǎn)速，直至澆注完畢；澆注結(jié)束后，又以一定的規(guī)律連續(xù)地降低型筒轉(zhuǎn)速，直至鑄件完全凝固。

工藝特點采用本發(fā)明離心鑄造鋼管，無需添加任何設(shè)備和材料，就可以控制制品的等軸晶率，能獲得全部細(xì)小的等軸晶的制品，大大提高鑄件的力學(xué)性能。經(jīng)過離心機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)生產(chǎn)的離心鋼管，密度高，比重可達(dá)到7.85，組織均勻致密，沒有氣孔、疏松等缺陷。抗拉強(qiáng)度接近軋制無縫管的強(qiáng)度，且價格便宜，具有明顯的優(yōu)勢。鋼管的內(nèi)、外徑尺寸、長度、數(shù)量均可根據(jù)客戶的需要生產(chǎn)。

主要用途產(chǎn)品主要用來保送水、天然氣、氣氛、油和取暖冷拔合金管蒸汽等正常較工業(yè)氣壓力流體和其余用途的焊接鋼管，其在冶金設(shè)備專業(yè)輥道以及托輥、油缸缸體等領(lǐng)域都應(yīng)用廣泛。

現(xiàn)存問題目前，雖然離心鑄造工藝已經(jīng)日趨完善，技術(shù)及設(shè)備參數(shù)化，但是仍然存在以下問題：

（1）紅外線控制型筒溫度只能測量型筒外表溫度，實際有效溫度為型筒內(nèi)部溫度，尤其是較長的型筒的中段，只能利用手工對型筒的兩端用紅外線測溫。

（2）型筒的清理后，會產(chǎn)生大量的高溫涂料灰塵，造成車間的環(huán)境及空氣質(zhì)量污染。布袋式除塵方式難以收集，吸風(fēng)式要求大功率電機(jī)及配套設(shè)施，暫沒有更環(huán)保的方法解決。

（3）小于 50mm 的管徑的鑄造仍然是難點，首先，澆入金屬，現(xiàn)階段僅靠澆口壓力頭噴射解決。其次，直徑小的鑄管轉(zhuǎn)速高，容易出現(xiàn)夾雜或者斷管等問題，都有待于持續(xù)研究。