铸铁工艺及现状

在发展装备制造业中的广东铸铁工业广东省佛山市顺德区中天创展球铁有限公司李润生陈永成在20世纪80年代初，铸铁材料发展进入了顶峰期，1981年创下了6320万吨年产量的显赫记录。

随后，世界的铸铁产量便出现急剧递减，但是自九十年代以来又开始上升,据统计，2006年全球36个国家、地区的铸铁件总产量达到6537.5万吨。

所以，铸铁仍是当今金属材料中应用最为广泛的基础材料，在铸造合金材料中占有重要地位。

当前，世界经济全球化进程的加速为广东省铸造业的发展提供了机遇，国际和国内市场对我省铸件的需求呈持续增长的趋势。

与此同时，铸铁作为一种传统的金属材料，在其质量、性能和价格等方面正面临着严酷的挑战。

因此,抓紧我省铸铁铸造业的技术改造,努力提高铸件质量档次，生产高性能的大型机械装备用铸件以及提高治理环境污染的水平，实现铸铁材料的高附加值化是应付未来更加激烈的市场竞争，满足客户多样化需求的主要对策。

2006 年国务院“关于加快振兴装备制造业的若干意见”中，提出了16项近期需要重点突破的重大技术装备和产品，这16项都与铸造密切相关。

由于铸造业在国民经济中的重要性，工业发达国家都非常重视铸件的生产，如美国、日本、德国等发达国家的铸造工业都十分先进。

2O世纪末到21世纪初，随着国民经济的高速发展，我国铸造业也迅猛发展，各类铸件的产量都持续增长，铸件总产量到2006年底已连续7年居世界首位,2008年中国铸件的市场占有率仍旧是世界第一，其产量会增加到2660万吨，占全球总产量的29.5%。

西欧保持第二位，但是它的市场占有率预计会降低到18.5%。

美国的铸件产量为1330万吨，占14.8%。

其中，作为装备制造业基础的优质铸铁件在未来几年中将以很快的速度增长。

一. 广东省铸铁工业的形势从历史上看,广东省的铸铁业源远流长,兴旺一时。

古时被誉为“四大名镇”的佛山就以铸铁业而闻名,直至八十年代后期铸造仍然是佛山四大传统支柱产业之一。

计划经济时代，很多大、中型国企机械厂都拥有铸造车间配套本厂产品，以及各地、市均有一些较具规模的国营铸造厂服务于本地区和周边地区。

当时,由于有政府的财政支持,铸铁工业在采用新材料、新工艺、新技术以及生产机械化自动化方面取得很大进步，铸造水平处于全国中等水平。

改革开放以来,随着市场经济的深入发展,工厂实行股份制改造和私有化，原有的工厂附属铸造车间和国营铸造厂，由于环境污染、生产成本高、设备落后等原因大部分巳关闭或转出。

取而代之的是一批新崛起的民营企业及遍布郊区和边远地区的小型铸造厂,这些铸造厂厂房、设备简陋、效益低。

缺少了政府的资金扶持与科技导向,除了为数不多的采用较先进的铸造技术、产品质量较好而成为笼头企业的厂家外，大部份还是沿用旧的铸造工艺去生产铸件的小型铸造厂。

广东省毗邻港澳，不仅拥有传统的根植于机械工业的铸铁厂，同时小产品铸造业也很发达，被称为"小产品大市场"，全省约有500家大大小小的厂家生产水暖器材、炉具、浴具、零配件等小铸铁件。

最为突出的是以台资、港资为主的五金铸造厂遍地开花，保守估计厂点可达几百家，铸件产量估计可达该省总量的三分之一以上，已经成为广东铸造业具有发展前景的生力军，成为推动广东进入全国铸造大省、铸造强省行列的重要力量。

更为重要的是，近年来省政府提出了到2010年把广东省打造成为装备制造业大省，到2020年进一步成为装备制造业强省的目标。

使整个行业碰到了前所未有的大好发展机遇，铸件产量一直呈现快速增长的势头，机床工业、能源工业、冶金工业、石化工业,汽车工业、海洋工程及核能工业在我省的发展，对工程机械、塑料机械、液压机械、轻工机械、汽车模具、数控精密机床，加工中心工作母机、泵阀、风力发电设备、柴油机、车辆、铝合金轮毂等铸件的大量需求，加上越来越多的港澳台和国外采购商到广东采购铸件，并且加入WTO后我省进入到世界铸件市场，有力地推动了铸铁铸造企业上规模、上水平，以适应新一轮的形势变化。

图1. 大型柴油机机座图2. 4000T注塑机框座目前，广东省以装备制造业、汽车为支柱产业，是国内生产注塑机铸件、工程机械铸件的大省，压铸机产能全国第一，注塑机制造规模全国第二，是新兴的核电装备、风力发电装备的制造基地，拟建全国第二大规模的船舶制造基地。

因此，广东省对优质铸件的需求量将急剧增加。

为此，各铸铁企业应把下述四项目标作为自己的主要任务:1.提高铸件质量和可靠性,生产优质近终成形和近净成形铸件;2.加强环保,实现可持续性发展;3.降低生产成本;4.缩短交货期。

不言而喻,其中第一项是最重要的,如果不能生产出优质铸件,其它目标就无从谈起。

为此必须对原有旧的铸铁厂进行改造，对新建的铸铁厂确定选用什么样的工艺技术和装备，而采用先进的铸造工艺技术是决策的关键。

二. 采用先进铸造工艺技术铸造工艺技术首先要考虑造型工艺和铸铁熔炼技术两方面，根据产品类型、尺寸大小、单件重量、生产批量等去选择相适应的铸造工艺技术，这不仅关系到获得质量好，精度高的铸件，而且从某种意义上来说选择的正确与否关系到企业今后的发展及成败。

1.湿砂高效自动化造型。

由于粘土砂湿型铸造具有造型材料成本低及造型生产率高等优点,在工业化国家中目前铸件总产量的65%～70%是用粘土砂湿型工艺所生产，例如Disa公司新产品GFD DISA230垂直分型无箱射压造型机,其生产能力达到500型/小时(无砂芯时)。

对大批量生产的中小型铸铁件,宜采用垂直分型或水平分型脱箱射压造型自动线；对大批量生产的中型复杂铸件采用高压造型自动线;并且结合快换型板工装,这两种工艺也适合生产中等批量的铸铁件。

造芯采用壳芯和冷、热芯盒工艺。

汽车、摩托车、电机、家电零件、液压件、小型泵阀及小型柴油机等大批量铸件适宜采用湿砂自动化造型。

2.呋喃树脂自硬砂造型。

树脂自硬砂特别适合于单件和中,小批量生产中,大型铸件,只需配备相对简单的设备即可组成机械化生产。

国外在五十年代末以来,随着树脂砂应用的不断扩大和技术进步,所需用的成套设备日趋齐全和完善,其中包括砂型落砂,砂块破碎,过筛,磁选,再生,除尘,调温,树脂砂混制,砂型紧实,翻箱,起模,上涂料,合型等工艺设备,以及新砂与旧砂运输,砂型运输等设备。

近十年来,树脂自硬砂在我省铸造生产中逐步得到推广应用, 并发展迅速。

其中佛山顺德中天创展球铁有限公司用此法生产球铁和灰铁铸件年产4万吨，球铁最大单件重达45吨，灰铸铁最大单件重达55吨。

图3. 大型压铸机头板 图4. 大型泵壳图5. 精密数控机床底座 图6. 打桩机汽缸 3.近净成形消失模铸造技术。

通常消失模铸造分为两类：用板材加工成形的气化模铸造和用模具发泡成形的消失模铸造。

前者的主要特点是：1）模样不用模具成形，而是采用市售的泡沫板材，用数控加工机床分块或手工制作，然后粘合而成。

2）通常采用树脂自硬砂作充填砂。

后者的主要特点是:模样在模具中成形和采用负压干砂造型,它主要适用于中、小型铸件的大批量生产。

图7. 消失模生产的汽车拉伸凸模图8. 消失模生产的汽车拉伸凹模这项技术的主要优点是：模具成本仅为木制模样的几分之一，缩短制作周期一半以上；模样完全在铸型里烧掉，没有产生泡沫残块垃圾，符合绿色环保要求；铸件尺寸形状准确,可减少机械加工余量，节省大量加工工时；大大简化造型操作，从而消除了由此而引起的铸造缺陷及废品，提高生产效率，特别是能够将某些用原铸造方法难以生产甚至无法生产的铸件形状直接铸造出来，提高了工艺出品率，降低铸件成本；由于不分型和基本不用砂芯，铸件无飞翅毛刺，减少清理工作量50%以上；改善了工人的操作条件，对工人的技术熟炼程度要求大大降低。

因此, 消失模铸造技术被国家重点推广而成为改造传统铸造业应用最广泛的高新技术,与传统的铸造技术相比具有无与伦比的优势。

近年中天创展球铁有限公司通过研制开发并投入于生产，成功地用树脂砂填砂的消失模技术生产了大批汽车拉伸模具、冲压模具、机床床身、箱体、底座、机架等具有复杂结构的铸件。

4.“废钢增碳”技术。

通过采用中频感应电炉“废钢增碳”的合成铸铁（球铁与灰铁）技术，可以代替价格比废钢高得多的生铁。

因为广东地区汽车、金属制品、五金冲压、玩具等行业十分发达，每年产生大量的废钢边角料300~400万吨, 需要回收处理，但是生铁资源贫乏，特别是华南地区并无出产优质生铁。

目前国际市埸铁矿石价格飞涨，国家对小高炉关停并转，使生铁不仅价高且采购困难。

焦炭的情况也一样，价格在不断上涨。

应用“废钢增碳”合成铸铁技术，可实现废钢边角料的高效利用，节约国家资源以及符合绿色制造和循环再生资源的要求。

另一方面，由于电炉熔炼铁水化学成份易于调整、温度易于控制以及净化铁水，大大提高了铸件内在质量，尤其是机械性能方面，球铁伸长率可提高近50%，可以满足风电设备中的轮毂、轴承座等抗低温冲击铸件伸长率大于18%、-20℃冲击值大于12J/cm的技术要求，在生产高强度铸铁以及特种合金铸铁方面其优势更加明显；图9. 12T 中频感应电炉出铁 图10. 浇注大型铸件图11. 风力发电机轮毂合成球铁件 图12. 大断面4000T 液压挤出机柱塞球铁件 经济效益与冲天炉熔炼相比，在目前废钢、生铁、焦炭、电费等价格条件下，可大幅度降低铸件成本。

5.大断面球铁铸造技术。

广东省近年大力发展大型机械装备，而作为此基础的大型铸件也要同步发展，否则不得不到外省采购。

由此将会出现交货周期长，质量反馈慢以及长途运输困难等问题。

所以铸造优质大型球铁铸件也是我省振兴装备制造业的必由之路，而大断面球铁质量检测与控制是技术的关键。

厚大断面球铁件由于浇注后冷却速度缓慢，容易造成铸件厚壁中心或热节石墨畸变，球数减少，组织粗大和石墨飘浮等球化孕育衰退问题, 因此导致铸件的机械性能显著下降，给大断面铸件的生产带来困难。

中天公司通过合理设计铸件化学成分，采用钇基重稀土镁复合球化剂，进行瞬时和多次孕育，并采用成型冷铁工艺，强制快冷铸件厚实部分等措施，成功地生产出直径540mm, 重7吨多的柴油打桩机柱塞铸件。

心部位置的抗拉强度≧350MP a ，伸长率≧5%,满足了市场对大断面球铁件的需求。

6. 铸铁合金化技术。

合金化是提高铸铁性能的重要手段之一，随着技术的日益发展，铸铁合金或微合金化必将发挥重要的作用,高附加值、高技术含量的特种球墨铸铁和灰铁的应用也愈来愈广泛。

合金化赋予铸铁高强度、耐磨、耐热和耐蚀性能,以适应铸件不同的工作条件,例如汽车、家电产品的拉伸冲压模具、大型球磨机衬板、砂浆泵叶轮、焙烧和加热炉用件、耐蚀离心泵、闸阀等化工设备零部件等。

7. 大型复杂铸件铸造过程的计算机模拟技术。

计算机模拟技术在辅助铸造工艺设计,优化工艺方案以及缺陷分析等方面可以提供有力的支持，该技术的普及应用将有利于铸造产品质量特别是大型复杂铸件质量全面提高。