试论喷淋金属型离心铸管机铸型寿命的研讨

摘要：本文主要简单介绍一下喷淋金属型在生产离心铸管中的使用情况，并指出影响喷淋金属型的使用寿命的主要原因，在此基础上提出能够延长其使用寿命的方法，以促进喷淋金属型在生产中的应用和发展。

关键词：喷淋金属型离心铸管机；铸型材质；使用寿命；

0.引言

金属型是离心铸管生产过程中使用最为广泛的一种铸型。而采用喷淋金属型的方法，一方面大大地提高了生产率，因为它加快了铸型的冷却速度，但是另一方面，它增加了激冷激热的程度，使得铸型寿命缩短。而铸型寿命的缩短直接影响了铸管的性能，因为铸管是离心铸管生产中的主要装备。因此，延长喷淋金属型的使用寿命在一定程度上就是延长离心铸管的寿命，研究其影响因素，对于改善此工艺有着极大的现实意义。

1.影响使用寿命的原因

每生产一根铸铁管，它的铸型内部都要受到一次1350摄氏度以上的高温铁液的冲击，并且会产生涂料、铸管自重引起的磨损与拉痕，还要受到比铁液重力高达40-80倍的离心力作用。与此同时，铸型外部要受到温度低于100摄氏度的冷却水的喷淋，这使得铸型内外处于将近1200摄氏度的落差下，产生内热外冷的情况，铸管的寿命缩短。当然影响喷淋金属型使用寿命的因素是非常复杂的，其本身的材质、结构到涂料、浇注工艺等等都与金属型的使用寿命息息相关。

1.1.材质的影响

我们采取三种普遍材质进行物理性能的研究，有：中碳钢、蠕墨铸铁以及低合金钢。研究表明，中碳钢金属型的使用寿命在5000-10000次之间，而蠕墨铸铁金属型的使用寿命却只有1000-2000次，最后进行实验的20CrMo低合金钢金属型的使用寿命可高达15000-20000次以上。

实践证明，在热物理性能方面，20CrMo低合金钢金属型比较好，这主要是铬、钼的作用。因为当铬、钼固溶于奥氏体中时，它能够明显提高钢的淬透性，并细化晶粒，从而达到提高钢的强度的效果。而且钼也能提高钢的再结晶温度，显著提高钢的高温强度。因此推荐采用20CrMo低合金钢金属型，比一般的中碳钢金属型和蠕墨铸铁要好很多。

1.2.涂料的影响.

生产实践证明，不用涂料内腔打点的金属铸型，使用寿命一般是1000到4000次，而使用以石英粉为基料的涂料，金属铸型的使用寿命可高达15000次以上。因为把涂料喷挂在金属型的内腔，能够减缓和防止铁液对金属铸型的热冲击以及直接冲蚀，降低了金属铸型壁的温度梯度。显而易见，涂料对于金属铸型的保护作用于基料有关，确切的说是和基料的耐火度和绝热性能有关。一般来说，基料的绝热性能越好、耐火度越高，它对于金属铸型的保护能力就越强。因此，在选用基料的时候，要注重基料的绝热性能和耐火性能。

而另一方面，采用双层的涂料，比如在金属型内腔采用热岛率低的硅藻土作为基料，在与铁液接触的那一面采用耐火度高的石墨粉，这样不仅起到保护作用，也大大地提高了铸铁管表面的质量。因为石墨的熔点高达3000摄氏度，热导率则为13.7W/（mK），石墨的热导率还是挺高的，单独使用是起不到保护效果的。另一方面，涂料的粘附性也比较重要，这样才能避免铁液对涂料的大力冲刷。

1.3.结构的影响

铸管的金属型内腔的锥度也有一定的影响，内腔涂料比较薄，因此对于部分金属型内腔就要设置一定的锥度，不仅能减少磨损，还有利于拔管。

另外要指出的是，铸型承口与管身圆弧处的结构比较复杂，铸型的损坏通常是从这里开始的。因为该处不易涂料的涂挂，即使被涂挂上也很容易受到高温铁液的冲刷，从未失去涂料层的一种隔热保护作用。因此改进铸型的机构，可适当延缓该处的损坏，从而达到延长寿命的效果。

1.4.喷淋工艺的影响

喷淋工艺是影响铸型使用寿命的一个非常重要的原因，它包括好几个参数，比如：冷却水的流量、喷淋形式、压力以及喷淋时机等。只有控制好上述的每个参数，才能减少铸型壁的热应力。

拿WLZ84-Ⅱ型双管离心铸造机来说，它的压力就要控制在0.3MPa，而冷却水流量大概在45m/h。对于喷淋时机与喷淋形式这两个方面。首先说喷淋时机，为了减少高温铁液对金属铸型的冲击，在涂料层较薄的情况下，要避免在铸管成型后才开始喷淋，这样可能导致一些不良后果，比如：可能使得铸型的温度升高直到超过铸型材料的一个正常使用温度，导致铸型壁的刚度以及高温强度大大的下降；当金属型吸收了大量的热量时，突然用冷却水进行喷淋，产生激冷激热的情况反复出现，这势必会导致金属铸型的过早疲劳破坏。因此，为了避免上述情况的发生，对于金属型的喷淋时机要提前进行，确切的说就是要把喷淋安排在结晶凝固前、铁液浇注入铸型后进行喷淋，这样做能够减少金属铸型积蓄的热量，从而避免由于热冲击而引起的变形。

其次，喷淋形式的不恰当，也会影响到金属铸型的冷却效果，降低其生产率，也会降低其使用寿命。这里，我们可以推荐使用这样的方式，在定点浇注位置上以及承口芯子处多设喷咀，同时沿着金属铸型旋转的切线方向进行喷淋，这种方式对于金属铸型起到了很好的保护作用。

1.5.金属型的修补工艺影响

通常在生产过程中，一旦发现金属型内腔有所损伤，就要进行及时的修补，而适宜的修补，对于延长金属铸型的使用寿命也有着一定的积极作用。例如，驳接承口，可以采用阶梯驳焊，而在焊接裂缝时，则可以使用与金属铸型同样材质的焊条。

2.结语

影响喷淋金属型的使用寿命的因素很多，只有把握好各个方面，才能真正提高喷淋金属型的使用寿命。笔者提出上述因素，希望在铸管的生产过程中注意这些因素，切实地提高喷淋金属型离心铸管的使用寿命。

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