大型球磨机台阶衬板的消失模铸造
郑晋宝
(安徽华达耐磨材料有限公司 安徽宁国)
摘要：本文叙述了大型球磨机特殊形状工作面衬板，在前期消失模中，存在的严重渣缺陷情况。分析了渣缺陷的形成及前期铸造工艺中的缺失。叙述了针对缺陷采取的改变浇注系统，控制EPS残渣生成和排除走向等措施，最终得到了符合客户要求的产品。
关键词：大磨机 台阶衬板 消失模铸造
1. 基本情况
1.1 衬板的规格和形状
衬板长620×宽(弦长)460×厚(衬板安装之间接触面厚度)120。衬板工作面壁厚40，衬板安装相互接触面壁厚25.
在衬板工作表面60度夹角近乎对角位置两侧，有两个平行的高15×宽15，金字塔形三级台阶面形成的波峰，加上波谷的一个15×15台阶，在衬板工作表面共形成11级台阶。这就是台阶衬板，也就是这11级台阶的铸造质量给衬板的铸造质量，带来了很大的难度。
衬板的2个安装螺钉孔也位于这两个波峰的对角线上。
衬板单件重量168公斤，材质ZGMN13CR。
浇注负压指数：压力罐总表显示0.085mpa 以上。
1.2 客户质量要求
这是湖南某消失模制造公司，为另一个上市公司生产的高质量、高标准的产品。客户要求：①衬板不允许焊补、腻补、涂漆。②衬板工作面不允许存在任何铸造缺陷。③衬板非工作面允许有10×10零星、不成片，深度不大于3MM的缺陷，5个。这对消失模钢件铸造无疑是一种严峻的挑战。
2. 前期铸造缺陷情况
该公司消失模铸件的浇注，基本采用的是单一阶梯侧注式，即不论什么铸件大部分都是用这种形式铸造，只不过是高度小的浇口两道，高度大的浇口三道。内浇口为扁平截面，一般为15×40。这样做，有利于箱外模型簇的组成和搬运。
台阶衬板设阶梯侧注内浇口三道，内浇口位置于衬板安装相互接触面的25MM壁厚处，每箱浇注3件。
落砂件总体质量不错，没有缩孔、变形、裂纹、很少严重粘砂，只是在铸件表面，特别是上平面有不同程度的渣缺陷存在。铸件热处理后表面的渣缺陷趋于严重，原来存在的面积更大了，缺陷深了。原来没有的渣缺陷在水韧后也暴露了。特别是工作面的台阶处，渣缺陷更是严重。
由于缺陷不允许焊补、腻补(金属胶填补)处理，工作面又不允许缺陷存在，况且由于渣缺陷造成的台阶的缺失，即便补焊也很难达到形、位精度要求。这样铸件在工厂内被判废一批。认为合格，发到客户后又被判废退回一批，这样问题就严重了。
为解决渣缺陷，该公司也下了很大力气，想了不少办法。如：放冒口排渣，虽然部分渣缺陷浸入了冒口，但台阶处的渣还在，只是少了一点或位置有变化。采用底返并侧注式，也同样如此。干脆先烧后浇，这样总该好了吧，结果试浇4件全部报废。
3. 渣缺陷原因分析
在为湖南公司的技术服务中，笔者首先分析了渣的来源、渣的生成、存在及更有利的排渣形式，进而取得成功。
3.1 渣的来源
所谓渣，对于消失模铸造来讲，不外乎有2个方面：钢中渣、泡沫渣。
从控制钢水夹渣来讲，湖南公司做得很到位。关键是他们坚持了钢件浇注使用塞杆底注包，铁件浇注使用茶壶包，这就保证了金属液的基本纯净度，从源头上控制了钢中渣入型。从渣相分析看，衬板中的渣子确实不是钢中渣，那么就只有EPS残渣了。
物质不灭，消失模件浇铸时，即便是在合理的负压状态EPS也不可能完全汽化、排出，总有不可汽化物形成的残渣存在，否则铸件就没有现今这么多烦恼或先烧后浇了。因此，铸件有渣缺陷并不奇怪，关键在于通过我们的努力，通过技术手段尽可能将其控制在最小量、最小范围，或人为将其控制在铸件上某个不重要的位置处。首先要分析大量泡沫渣为什么没有外排掉，它是如何存在铸件中的。
3.2 泡沫渣的存在原因和形式
第一，众所周知消失模铸造是附壁充型，即浇注时，钢水沿铸型壁不断充满，对于结晶间隔窄的高锰钢来讲，当然凝固也就从这里开始，就是说对于一个壁厚断面来讲，它是外表先凝固内部后凝固的，这样浇注时在负压牵引下先期EPS汽化残渣，就容易存在于铸件表面的位置处，这些渣如果来不及随后续钢水继续上浮，就会被吸附、停留在靠近涂料层的铸件表面或皮下，形成缺陷。
第二，同样众所周知消失模铸造最有利于排碳、排渣的浇注位置是底注式或称底返式。钢水由下自上平稳充型，最有利于浮渣。而阶梯浇注，特别是没有特殊措施的实心浇道的阶梯浇注，钢水不可能自下而上逐层充型，而是多层内浇口同时进入钢水，形成紊流充型是必然的，从而使本来可以上浮或排除的夹杂被包裹在翻卷的钢水中，不能或来不及上浮，形成并加重了渣缺陷。
第三，湖南公司内浇口开始设位置处只有25MM的壁厚钢水入型即冲到对面的涂料层上，形成喷溅、跌落形式，几经周折热损失严重，再加上EPS汽化吸热，更使到达铸件工作面壁厚及台阶波峰处钢水温度已经很低，这些重要部位的钢水流动性很差，包裹在钢水中的夹杂物上浮已经不可能，这就致使渣缺陷现象加剧，增加了渣缺陷的严重程度。
第四，负压状态夹杂物在钢水中不是自由上浮的，而是要受到负压力的影响，向着负压方向的。如果其上浮力和速度小于负压吸附力，那么夹渣就只有存在铸件表面或皮下了。
第五，铸件结构因素。钢水充型或渣的上浮时，如果是沿垂直面或斜平面即没有充型阻力或阻力很小。但台阶衬板的表面却是一个有着11级台阶的台阶面，这11级台阶无疑就是11级阻渣上浮的门坎，而且随浇注时间的延长钢水不断降温其阻渣作用更大，这就是铸件台阶处渣缺陷形成及铸件上部渣缺陷多于下部的原因。
4. 解决渣缺陷的最终措施
分析找到了渣缺陷的根本原因，解决的措施就有了：1 将浇注系统改成三道底返加一道侧下注式，并将内浇口改成15×60，有利于平稳、快速充型，有利于浮渣。2 内浇口改设在衬板工作面壁厚3组台阶位置并靠近衬板表面5MM处，这样就等于破坏了铸件台阶处附壁凝固条件，使原来铸件表面的低温钢水，不流动钢水变成了高温流动钢水，使原来上浮受阻存在于台阶处的不能上浮的残渣，被快速流动的钢水带走，失去了停留的条件，即消除了渣缺陷。
负压指数下调为0.055mpa。
第一批试注8件均无缺陷;第二批试注20件仅2件有6×6左右的表面渣各一处。只要浇注前将泡沫模型和涂料层彻底干透，按修改后的工艺要求去做渣缺陷基本消除。
5. 结语
铸造缺陷往往是多种因素集合而成，缺陷既然产生就必然有解决的办法，关键是找准原因，措施得力。
作者介绍：
郑晋宝 1953出生 大学 首钢集团退休资深铸造工程师 中国金属学会会员 中国机械工程学会会员。从事砂型、金属型、消失模、V法铸造工艺设计、产品研发、科研攻关近40年，有丰富的专业理论、技术质量管理、生产实践经验、有丰富的解决现场实际问题的能力，在耐磨耐热材料有一定建树，有获国际金奖的专利和省级科研的成果。有与俄、德、美、日、韩、芬兰、秘鲁、伊朗等国专家长期共事，并曾公派到国外从事专业技术的工作经历。曾完成日本48吨重型铸件;马来西亚直径4.2米泵壳;美国20立方米电铲履带板，200吨矿车车桥等铸件工艺设计及铸造。近10年来主要从事消失模铸造工艺研发及技术服务与指导。
