铸铁水平连铸生产技术

12
2014年铸造工业第二届新技术论坛
图8 空调压缩机滚环式活塞
3.1.3液压阀体泵体 液压阀体要求耐油压能力强，减摩耐磨性良
好，加工光洁度高，尺寸精度高而且稳定 。采用连铸型材代替砂型铸件后，因铸造 缺陷引起的加工废品率从30％下降为0％, 加工切削余量减少50％，电力消耗减少30 ％，刀具损耗减少70％,耐油压性提高4-6 倍。。用它代替锻钢毛坯,降低了成本。 其缺点是钻削加工油道形状简单，不如铸 造油道的液压性能好。 液压泵体要求与液压阀体相同，很高压力的 泵体需要用球墨铸铁连铸型材制造，几个 缸体之间的定位尺寸精度极高，必须有极 好的尺寸稳定性，采用高纯度材料生产， 还要有特殊的工艺措施保障才能达到精度 要求。
加工性、耐磨性改善,刀具损耗减少, 光洁度高
节材10％，减少防污染处理
改善加工性、强度、耐磨性、硬度、 光洁度，减少加工废品、刀具损耗
提高质量可靠性、加工性,缩短毛坯准 备期
避免因缩松气孔引起加工废品,毛坯准 备期缩短，改善加工性、质量可靠性
改善加工性减震性减摩性延长活塞和 油缸寿命
避免因缩松、气孔、夹渣引起的加工 废品，改善加工性减少加工工时20％
拉拔机动作是拉动一段距离，停顿一段时间。在停顿期间，石墨 模具内的铸铁结晶前沿向炉内方向生长，形成了凝固的外壳，中心 保持着液态。凝固壳的厚度不断增厚，形成了结晶器出口方向增厚 的喇叭状壳体。拉出结晶器的型材，中心是液态。中心部液态铸铁 凝固发出的结晶热使外壳温度升高，促使表层渗碳体分解，形成铁 素体层。结晶器出口处型材壳体厚度决定了型材表面温度。反过来 说，结晶器出口处的型材表面温度显示出型材壳体厚度。结晶器出 口处型材壳体厚度需要保持某一个稳定的数值。也就是说，结晶器 出口处型材表面温度要保持稳定。温度过高，壳体太薄，铁液喷出 ，型材被拉断。温度过低，自温退火能力不足，型材表层出现白口 组织。
3
2014年铸造工业第二届新技术论坛
图1 铸铁水平连铸原理示意图
图2 结晶保温炉和水冷结晶器
4
2014年铸造工业第二届新技术论坛
图3 铸铁水平连铸生产线示意图
5
2014年铸造工业第二届新技术论坛
图4 我国第一条铸铁水平连续铸造生产线投产（1987年 沈阳）
这是一项节能节材技术，其特点是工序简单，省去了混砂、造型 、制芯、逐箱浇注、开箱、落砂、清理浇冒口、喷丸、打磨等工序 ，浇注后连铸线完成拉拔、切割、压断，就成为预定长度和断面尺 寸的铸铁型材成品。机械化自动化程度高，一条生产线需要两名工 人。此项工艺不用型砂,无粉尘,少噪音,循环用水,减少环境污染。 由计算机控制连铸工艺参数，工艺比较稳定，省能节材，生产效率 高。因此，有可能实现高效低成本优质大量生产。
14
2014年铸造工业第二届新技术论坛
铸铁连铸冷却速度快，适于生产共晶石墨铸铁型材。这种铸铁加工后光 洁度极高，耐热疲劳性能又好，适于制造玻璃模具和金属模具。 铸铁型材可以多品种多规格供货，适于制造各种轴类、轮类、轴套 类零部件。 3.2 美国的应用效果 图9-24 是美国用铸铁连铸型材制造的各种零部件。
6
2014年铸造工业第二届新技术论坛
目前国内外投产的铸铁水平连续铸造设备，都源于瑞士维尔特利 （1950年代末）的发明专利。他的主要贡献是把长结晶器改为短结 晶器。1950年代英国从长结晶器拉出的铸铁型材表层是渗碳体，加 工性恶劣，铸态型材没有多大实用意义。从短结晶器拉出的铸铁型 材外壳虽已凝固，中心部还处于液态，中心部凝固放出结晶热使外 壳升温，促使外壳组织退火成为铁素体，防止出现渗碳体。因此， 维尔特利短结晶器生产的铸铁型材具有广泛应用领域，很快使铸铁 水平连铸被工业界接受。1960年代，铸铁水平连铸技术迅速被德国 、英国、美国、日本等国家采用，全世界90%的铸铁水平连铸设备 来自瑞士和德国。1985年沈阳铸造研究所开始研究铸铁水平连续铸 造技术，并主持了设备引进和消化吸收。1987年从瑞士维尔特利公 司引进了铸铁水平连铸生产线并在沈阳投产（图4）。1989年沈阳 铸造研究所与承德铸造机械厂合作研制了铸铁水平连铸生产线。西 安理工大学、西安交通大学、清华大学合作也开展了铸铁水平连铸 生产技术和设备的研究，在西安理工大学投产。铸铁连铸技术在全 国推广，各地相继建立了铸铁连铸生产基地。
2
2014年铸造工业第二届新技术论坛
结晶器出口处型材表面温度是关键的连铸工艺参数。如果温度过 高，则放慢平均拉拔速度。如果温度过低，则加快平均拉拔速度。 调节速度的方法，一个是调节拉拔步距（每移动一次的距离），另 一个是调节停顿时间。一般常用后者。 上述调节工作，由中央控制台的工人根据仪表显示记录和工艺文件要 求来操作完成。目前，最新的设备是由计算机自动调节。红外测温 仪的温度信号送入计算机，与目标值比较，当实测值低于目标值， 差值超过一定范围时，计算机会自动缩短停顿时间，平均拉拔速度 加快，型材表面温度逐步上升，恢复到目标值。反之亦然。 图1是原理示意图。图2是结晶保温炉和水冷结晶器照片。图3是连铸生 产线示意图。 图4是我国第一条铸铁水平连续铸造生产线投产现场 。
图9
图10
15
2014年铸造工业第二届新技术论坛
图10-11
16
2014年铸造工业第二届新技术论坛
图10-15
图16液压油缸
图17摩托车刹车片
图18耐酸泵轴套端口板
17
2014年铸造工业第二届新技术论坛
图19液压集成块
图20气压机转子，球铁
图21联轴节
图22发动机耐蚀阀杆
图23传动齿轮
图24玻璃模具
，减少刀具磨损
零件成本降 低率（％）
10 15 33 5 5 30 15
10
19
2014年铸造工业第二届新技术论坛
应用部门
柴油机、气体压 缩机、液压泵辅
助驱动齿轮
摩托车刹车片
汽车、空调、压 缩机滚针轴承支
架 空调压缩机滚环
活塞
压缩机转子
轧钢机托辊
油井桥式塞（芯 轴楔板环锥体）
型材牌号 球铁65－45－12 （QT450－12）
铸铁型材尺寸精度高，表面光洁，可减 少加工余量50％，减少加工工时、加工 能耗和刀具消耗。
可提供各种断面尺寸、形状和不同长度 的型材,包括灰铸铁、球墨铸铁、合金铸 铁、共晶石墨铸铁型材以适应各行业用
图5 连铸型材断口（左）与 砂型铸造型材断口（右）的比较
9
2014年铸造工业第二届新技术论坛
图6各种断面形状的铸铁型材 （圆棒材、方形矩形材、厚壁管材、半圆型材、机床导轨）
金、尼龙轴承。曾采用砂型铸件,因铸造缺陷的加工废品率很高，
材质也不稳定。选用铸铁型材，主要因为它组织致密，没有缺陷，
石墨细小，能充分发挥等温淬火球墨铸铁的性能效果，提高质量降
低成本。每辆车厢需一百多件轴套，用型材约0.2吨／辆，而且定
期更换。
3.1.2 空调压缩机滚环式活塞
空调压缩机滚环式活塞（图8）与缸体之间的配合尺寸极其精密，属于
13
2014年铸造工业第二届新技术论坛
3.1.4高速纺机槽轴 高速纺纱机绕纱夹头的动作依靠每分钟两万转的带有滑槽的轴控制 ，滑块在环槽中快速滑动，需要滑槽具有极为优异的减摩润滑性能 。只有连铸型材制造的槽轴才能满足要求，砂型铸造和钢都不能满 足要求。其原因是，铸铁连铸型材晶粒细小、具有极细小的D型和A 型石墨，加工粗糙度指标高（光洁度高），强度刚度适当，减摩耐 磨性好，无铸造缺陷，加工余量小（<1mm）加工废品率低。
8
2014年铸造工业第二届新技术论坛
实际上HT250连铸型材制作的液压阀体 的耐磨性、耐油压性、加工性、加工后 表面粗糙度等指标都比HT300砂型铸造阀 体优越，有可能减小零部件重量。对比 试验表明连铸型材制造的液压阀体耐油 压性比砂型铸造阀体提高4－6倍。连铸 型材制造的零部件气密性、减摩性、耐 热疲劳性、加工光洁度、涂度性大幅度 改善。由于铸造缺陷造成的加工废品损 失被避免，因而产生明显经济效益。铸 铁连铸型材是节材节能可再生绿色环保 型材料。
18
2014年铸造工业第二届新技术论坛
美国年用量约6－7万吨，用例如下：
应用部门
液压集成块
车、船、机械用 皮带轮
机床主轴座
端盖
大型变压器开关 齿轮柱塞销
飞机副翼液压控 制器孔板
液压油缸活塞
柔性联轴器（石 化、冶金、水泵
造纸业用）
型材牌号
球铁 65－45－12 （QT450－12） 球铁65－45－12 （QT450－12） 灰铁G2（HT200）
3.1.5 其他 国内还用于轧钢机托辊，采用含硅5%的耐热球墨铸铁。直径150mm或 以上，长度2000mm或以上。用砂型铸造难于保证其强度，平直度， 无缺陷等指标。连铸型材无冒口，却能保证无缩松，无气孔，无砂 眼，收得率和成品率远高于砂型铸造。 连铸球墨铸铁型材石墨球很细小，球化率高，无缺陷，适于制造等 温淬火球墨铸铁件。最典型的是汽车齿轮（图7左下角）。
2014年铸造工业第二届新技术论坛
铸铁水平连铸生产技术
王云昭
1
2014年铸造工业第二届新技术论坛
1铸铁水平连续铸造生产工艺
将处理合格的铁液注入连铸生产线的结晶保温炉内，由电子计算 机控制拉拔机，将结晶炉下部水冷石墨结晶器内凝固的铸铁沿水平 方向拉出来，由连铸线的切割机按规格尺寸切口，压断机压断,即 成为铸铁型材。
7
2014年铸造工业第二届新技术论坛
2 产品特征
铸铁型材组织致密,晶粒细化,如图5所示，同样成分铁液浇注的棒 材，左侧是连铸型材断口，右侧是砂型铸造棒材断口，直径相同。 连铸型材明显比砂型铸造型材的组织致密细化。日本最大的连铸型 材生产厂商虹技公司为表明产品特征，铸铁型材的商品名称叫做 Densbar （致密型材）。因为采用高纯石墨结晶器模具，又有水冷 却，结晶器内形成了严格的顺序凝固。结晶保温炉中铁液面高度保 持基本稳定，补缩压力大而且稳定。结晶保温炉铁液中的夹渣和气 体可充分上浮，只有洁净的铁液才能进入了石墨结晶器，凝固成型 材。所以铸铁型材没有粘砂、缩松、气孔、夹渣等缺陷。砂型铸件 冷却速度较慢，凝固后晶粒比较粗大，又难于完全避免缩松、夹渣 、气孔等铸造缺陷，所以铸件本体材质性能低于炉前试块的机械性 能。而连铸型材本体机械性能优于或等于炉前试块机械性能。连铸 型材比同样成分铸铁浇注的砂型铸造件本体机械性能大约提高1－2 个牌号。例如，液压阀体采用砂型铸造，选用HT300牌号材质，选 用连铸型材应选用HT250牌号。