年产2万吨铸钢件和3.6万吨钢锭的铸造车间设计

冶

金与材料

第39卷

年产2万吨铸钢件和3.6万吨钢锭的铸造车间设计

栾庆冬，刘

佳

（中国航天系统科学与工程研究院，北京100048）

摘

要：国内某铸造厂年产2万吨铸钢件和3.6万吨钢锭的铸造车间设计。本方案中熔炼工艺采用30t 、10t 电

弧炉各1座，40tLF 钢包精炼炉1座，45t VD/VOD 精炼炉1座，10t 、30t AOD 精炼炉各1座。造型、制芯采用呋喃树脂砂生产工艺，并配备砂再生线。铸件采用抛丸表面处理，经热处理后进行探伤达到成品交验。关键词：铸钢；模铸；车间设计；工艺流程

作者简介：栾庆冬（1984-），男，山东莱芜人，硕士，工程师，研究方向：工程咨询、工艺设计。

国内某铸造厂主要生产石油钻机、蒸汽轮机、水电设备、冶金、矿山设备铸钢件及各类钢锭。现年生产能力铸钢件1.2万吨。拥有三条自动造型生产线和两个手工造型工部。由于旧城改造，需整体搬迁到新工业园区，为进一步提升铸钢件的生产工艺水平、扩大产能、提高铸件质量，新增用地面积240亩，需对铸造车间进行重新设计，文章重点介绍了车间设计中的工艺设备选型及工艺过程，供设计人员参考。

1生产纲领和工作制度

1.1生产纲领

年产2万吨钻机、水电、火电、冶金、矿山机械铸钢件和3.6万吨钢锭生产任务。1.2工作制度

根据《机械工厂年时基数设计标准》：每周5d 工作制，每班8h ，全年工作时间为251d 。熔炼、模铸、造型、砂再生、清理为二班制，热处理为三班制。

2主要生产工艺及流程

铸造车间的主要工艺流程是熔炼、造型、制芯、合箱、浇注、落砂、砂再生、清理、热处理、校验合格后入库。

本项目熔炼工艺路线一：采用电弧炉熔化、LF +VD/VOD 精炼炉熔炼工艺；熔炼工艺路线二：采用电弧炉熔化、

AOD 精炼炉熔炼工艺；造型、制芯均采用呋喃树脂砂生产工艺；旧砂再生采用干法机械搓擦再生工艺。

3主要工艺说明

3.1生产准备工部

本工部主要任务是对冶炼材料进行准备，将准备好的原辅材料在生产前运送到相应的场所。炉料

存储由废钢处理库和备料库两部份组成，主要配备电磁起重机、

气体切割机、电子地衡，配好的炉料料篮由电动平车分别运往熔炼跨内由行车吊运对电炉进行加料。3.2熔炼工部

根据最大钢锭所需钢水量为90t 、最大铸件所需钢水量为150t 和其材质要求选择精炼设备。选用两台电弧炉，其中一台30t 电弧炉（最大出钢水量40t ），另利用原有一台10t 电弧炉和一台10tAOD 精炼炉。为确保一次需提供150t 钢水量，再配备1套40tLF 钢包精炼炉和1套45t VD/VOD 精炼炉及1台30tAOD 精炼炉，可保证采用多包满足最大铸钢件所需钢水量。3.3模铸工部

双真空铸锭工艺：根据生产纲领要求，选用2座90t 真空铸锭室（VC ）、三座50t 真空铸锭室。90tVC 承担50～80t 钢锭制作任务，50tVC 承担20～50t 钢锭制作任务。

90t 级钢锭工艺流程：30t 电炉（30t ）→40tLF →45t VD 熔炼3炉，分3次浇注到90tVC ；50t 级钢锭工艺流程：

30t 电炉（28t ）→40LF →45t VD 熔炼2炉，分2次浇注到50tVC 。3.4造型、制芯工部

造型、制芯采用呋喃树脂砂生产工艺。造型、制芯厂房共为三跨（27＋24＋18）m ，厂房与熔炼跨厂房垂直布置。

27m 主要承担大铸件造型、合箱、浇注，靠近熔炼跨为布置为合箱浇注区，另一端为为造型区，造型采用移动式混砂机造型。

24m 跨为造型生产线跨，造型线是利用原有1条中型线的部份设备如翻转起模机，砂箱等工装，组建1条高速造型圈线，生产率：8型/h ，生产线由1台

第39卷第1期

2019年2月

Vol.39No.1February 2019

冶金与材料M etallurgy and materials

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第1期

（上接第61页）有成本低、工艺流程简单等优点。在使用机械混合法制备石墨烯聚合物复合材料时，因为分子间的吸引力较大，使其加工难度大及聚合物与石墨烯的极性相差大，该制备方法的最大难度是如何保证石墨烯剥离并且均匀分散在聚合物中。3.3胶乳工混法

胶乳共混法主要为先将石墨烯分散在水中，然后再与聚合物胶乳进行混合，在经过冷凝、烘干、混合等工艺处理后制备复合材料。该方法为制备石墨烯聚合物复合材料简单有效的方法，因为聚合物一般存在胶乳中，而石墨烯则分散在水中，有利石墨烯均匀的分散在聚合物中，减少有毒的溶剂使用。

4结语

石墨烯作为碳纳米材料中的独特的二维晶体结构材料，使其比传统的碳材料拥有更加优异和独特的特性，因为这些特殊的结构赋予它优异的物理、电子等特性。同时再以石墨烯为载体，与聚合物进行混合处理，制备出的复合材料具有比石墨烯更加优异的导电、导热性等性质。本文着重从石墨烯聚合物纳米材料的特性与其制备方法入手，对石墨烯纳米复合材料详细具体的进行了分析和研究。同时也对石墨烯纳米复合材料进一步研究提出了展望。

参考文献

［1］刘俊峰.碳纳米管在聚合物中的应用及性能研究［D］.江西：南昌大学，2008.

［2］方明.石墨烯基纳米复合材料的制备及性能［D］.上海：复旦大学，2011.

30t/h混砂机、震实台、翻转起模机、流涂机、表干段和机动滚道组成。

18m跨为制芯区，设置1条高速制芯圈和1条20t/h移动混砂机地面制芯线，配有1台表干烘炉，承担主要砂芯制作任务。

造型、制芯采用3台移动式连续混砂机和2台固定式混砂机混制型（芯）砂，其中60t/h移动式连续混砂机1台、40t/h移动式连续混砂机1台，20t/h移动式连续混砂机1台和1台30t/h固定式混砂机、1台15t/h固定式混砂机。

由于生产产品大型、厚重，对面砂耐高温要求高，对采用的铬铁矿面砂比较大，要求造型移动式混砂机同时具备铬铁矿面砂混制能力。60t/h移动式连续混砂机每台配备铬铁矿砂面砂20t/h混制能力。

3.5落砂工部

铸型冷却后通过平车运至预清理跨落砂。落砂装置采用2台振动落砂机组成一体，根据铸型重量，采用整型落砂或分箱落砂，落砂机配备除尘净化处理。

3.6砂再生工部

砂再生工部由落砂、预清理、砂再生组成，通过工时计算，采用2套20t/h砂再生装置，砂再生回收率≥85%。

砂再生工艺流程：落砂→磁选→振动破碎预再生→二级离心（或搓揉）→风选→砂温调节→再生砂砂斗→铬铁矿砂分离装置→石英砂（铬铁矿砂）砂斗→混砂机上方砂斗。

3.7清理及热处理工部

铸件经冷却后在预清理跨采用手工风铲清砂，然后运至清理区，首先进行抛丸表面处理，再进行浇

冒口切割，采用碳弧气刨去除铸件的飞边毛刺，对有缺陷的铸件进行焊补。

采用5台热处理炉，其中8×6×4m台车式热处理炉2台、5.4×4.5×3m台车式热处理炉3台，考虑产品中部份为高锰钢铸件，其中1台5.4×4.5×3m台车式热处理炉配备1座淬火水池。

采用3台抛（喷）丸清理设备，其中台车式抛喷丸室对大件进行清砂和表面处理。采用2台吊钩式抛丸清理机对中小件表面处理。为对工艺有特殊要求，需进行的二次冒口切割的铸件，在清理跨内二次浇冒切割区进行切割。

4环境保护与劳动安全卫生

电弧炉除尘采用屋顶罩、移动式半密闭罩相结合的方式，LF精炼炉、AOD精炼炉除尘采用移动式半密闭罩，熔炼产生的烟尘通过收尘罩，进入布袋除尘器，经过滤处理后，达标后排放。

在落砂过程，将产生大量的粉尘，粉采用侧吸式吸尘罩捕捉并进入布袋除尘器进行净化处理，尾气达标后室外高空排放。

5结语

该项目已建成投产两年，工艺设备布局合理，物流顺畅，运转情况良好。本车间工艺设计采用了较为先进的设计思想和理念，应用了成熟、先进的技术及创新设计，可为同类铸造车间设计提供参考。

参考文献

［1］铸造车间和工厂设计手册编委会编.铸造车间和工厂设计手册［M］.北京：机械工业出版社，1995.

［2］王锡安.年产5.8万吨钢摇枕和侧架的铸造车间工艺设计［J］.铸造，2016，65（7）：

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