铸造磨球机械化生产的现状和发展

1、铸造磨球机械化生产线的现状和发展1姚永戊 Yao Yongmao 丁国市耐磨材料总厂（安徽丁国）周平安2 Zhou Pingan 中国农业机械化科学研究院（北京）黄吉林3 Huang Jilin机械部第一设计院（安徽蚌埠）摘要：本文回顾了目前国内磨球的生产工艺现状以及现有的铸造磨球机械化生产线的类 型和特点，提出了如何规划、选择和建设铸球生产线的基本思路和要点。关键词：磨球、铸造生产线、覆膜砂The Current Aspect & Development ofProduction Line of Mechanization for Cast Grinding BallsAbstrac

2、t:This paper has reviewed the current aspect of production technology for grindingball and the types and characteristics of cast ball mechanization production line in home country, also put forward the basic thinking and points for how to consider, select and build the cast grinding ball production

3、line.Key Words: Grinding ball, Cast production line, covering film sand1 .概述耐磨材料种类繁多，用途广泛，目前正在形成一个规模宏大的产业群和相对独立的行业，并广泛应用于国民经济各个领域。各个原材料工业，例如矿山、水泥和火力发电工业，只要有破碎和粉磨的地方就有耐磨材料的市场需求，而球磨机用的磨球在耐磨材料行业中是消耗量最大，应用领域也最广泛的一种耐磨材料产品。随着国民经济的发展，对各种资源需求的增涨，资源性产业得到蓬勃的发展，对磨球的需求 也在逐年增加，根据有关资料统计我国磨球年需求量统计见表1。表1国内磨球用量消耗(20

4、04年统计资料)1Table 1 The consumption of the worn grinding balls in home country (data come from2004) 1行 业总产量单耗消耗总量 （万吨）备注铁矿生产3.2亿吨1.8Kg/T 原矿58低铭球有色1.5亿吨0.8-0.9Kg/T 原矿12.5低铭球火电3亿KW10.5Kg/ 万 KW31.5低铭球和高铭球水泥8.5亿吨0.2Kg/T 水泥17高铭球和低铭球合计119作者简介：姚永茂（1943）,男，汉族，安徽人，原宁国耐磨材料总厂总工周平安（ 1937）,男，汉族，上海人，中国农机院教授级高工黄吉安（ 1

5、963）,男，汉族，安徽人，原机械部一院付院长根据有关资料报道，国外磨球用量在 500-600万吨/年，其中，铸球和锻球各占一半。由于 铸造磨球生产劳动强度大，能耗高，对环境污染有一定影响，现在发达国家基本上不生产，都是从发展中国家进口。我国是世界上磨球出口大国，每年出口约10-20万吨。目前国内大量生产的主要是铸造磨球，其材质主要有以下几种：1）低铭球：主要应用在矿山选矿行业的湿法磨，国内使用最广泛，产量最大；2）中铭球：部分矿山和水泥厂选用；3）高铭球：水泥行业干法磨基本上都采用高铭球，产量仅次于低铭球；4）奥贝体球和马贝体球：部分矿山选矿行业的湿法磨选用；2 .国内铸造磨球生产工艺基本状

6、况目前，铸造磨球的生产工艺主要有以下几种：1）砂型工艺-普通水玻璃砂、树脂砂以生产直径小于 30mm的磨球为主；2）金属型覆砂工艺（浇冒口处为砂套）；3）消失模工艺国内铸造磨球生产厂现在估计已经不少于1,000家,仅宁国市就有 84家，但产量达万吨以上的全国只有10多家，大多数生产厂的产量都在几千吨规模 ，但却占总产量的80%目前年 产量在1万吨以上的粗略统计有以下一些工厂 2 （表2）:表2国内目前产量超过10,000吨的工厂Table 2 Factories for the production exceeded currently over 10,000 t per year in ho

7、me country序号厂名产量（万吨）1宁国市耐磨材总厂72江四德兴铜矿机械制造公司33马鞍山东洋铁球有限公司24鞍山矿山耐磨材料有限公司1.55宁国市宁沪钢球厂1.56丁国巾东力碾磨材料厂1.37宁国市耐磨配件厂1.28鞍山东泰耐磨有限公司1.29迁安市海钺金属材料厂1.210马鞍山二兀耐磨材料公司1.2从生产方式来看，全国只有宁国耐磨材料总厂，江西德兴铜矿机械制造公司，马鞍山东 洋铁球有限公司和北京中发钢球有限公司几家比较成功地采用机械化生产线来生产磨球，其余厂家基本上都是用手工生产。由于手工生产工人劳动强度在大，车间生产环境恶劣，职工队 伍很难稳定，质量波动起伏，从磨球生产发展趋势来看

8、，采用机械化生产线是必由之路 ，形成 规模化，机械化，自动化生产将是磨球生产行业发展的必然趋势。对于如何选择磨球机械化生产线的工艺和流程是现阶段一些磨球生产厂非常关心和需要认真考虑的问题。每个厂家必须根据本厂的具体情况，如：各种规格的磨球产量、材质、产品的用户对象、市场潜力、本厂将来的发展规模以及目前的资金实力和技术实力等因素来综 合考虑。建设磨球生产线的目的是：提高生产效率，降低成本，稳定产品质量，改善劳动条件，形成铸造磨球大批量，规模化生产和高质量的生产基地，否则将会适得其反，得不到良好的预期效果。3 .机械化铸造磨球生产线的现状近几十年来，国内外一些厂家、 设计和研究单位一直对机械化磨球

9、生产线的工艺和设备进 行了长期的研究，也取得了许多成功的经验和失败的教训。目前我国正在运行或试生产的铸球机械化生产线见表 3。表3我国正常在生产的铸球生产线Table 3 The running production lines for cast grinding balls in home country序号使用 厂生产线类型投产时间1北京中发钢球有限公 司迪莎（DISA）挤压造型生产线1995 年2马鞍山东洋铁球铁模顶铸上型覆砂 生产线1997 年3马鞍山东洋铁球树脂砂小球生产线1997 年4宁国市耐磨材料总厂铁模全覆砂生产线2002 年5宁国市耐磨材料总厂覆膜砂小球生产线2002 年6江

10、四德兴铜矿机械制 造公司铁模顶铸上型覆砂 生产线2005 年7江四德兴铜矿机械制 造公司铁模上、下型覆砂 生产线2006 年7河北中美彖特耐磨材 料有限公司铁模下芯生产线2006 年8河北中美彖特耐磨材 料有限公司覆膜砂小球生产线2006 年3.1 迪莎（DISA）挤压造型生产线迪莎造型生产线也就是通常的射挤压垂直分型无箱造型线。这种造型生产线在生产中、小铸件时应用很普遍 。比利时的马格托公司生产磨球基本上都是采用这种工艺方法。（图1）。这种生产线的生产效率很高 ，每小时生产能力可达 120-200型，双面卞II板，垂直分型，一型中 可以布置几十到上百个球，适合于生产小球和高铭铸铁球。 机械化

11、程度高，生产工人较少。其 缺点是：1） 一次性投资大，一条线的主机和辅机及配套工程投资在千万元以上；2）该线采用粘土潮模砂，对型砂白水分，湿强度等指标要求很严格 ，砂处理及除尘设备庞 大，运行成本高（比手工金属模生产高300-500元/T ）;a. 挤压模具 Compressing modelb. 造型生产线 Molding production line图1迪莎(DISA)挤压造型生产线Fig.1 The DASA compressing molding production line3）砂模铸球冷却速度比金属模慢 ，表面硬度比金属型铸球低2-5 HRC,耐磨性比金属型模铸球低；4）生产大球

12、因砂型厚，用砂量大，成本比小球还高。3.2 金属型顶铸上模半覆砂生产线金属型顶铸上模半覆砂生产线的生产工艺是：下模不覆砂，上模浇口和保温区覆砂。（图2）。该线由金属型输送辐道、铸球浇注装置、金属型分型装置、金属型合型装置、射砂装置、覆膜砂烧结装置和铸球清理打磨装置等组成。该工艺流程的最大特点是：利用金属型连续铸球的余热硬化金属型上模浇口和保温区的覆膜砂，形成铸球的浇注系统，模具是方形，一模四球，两个浇口，开、合模自动完成，只要铁水连续供应生产线就可以连续生产。该线工艺流程见图3:a.顶铸上模半覆砂金属型b.磨球生产线grinding ball production linehalf cover

13、ing sand and upper pouring chilly model图2顶铸上模金属型半覆砂生产线Fig.2 A grinding ball production line with half covering sand and upper pouring chilly model图3顶铸铁模半覆砂生产线工艺流程图Fig.3 A scheme of flowing technology procedure for the grinding ball production line with half covering sand and upper pouring chilly mod

14、el该生产线的优点是：1）投资适中。该线适合生产d80以上的大球，介决了大球生产因模具重，手工开模合模劳 动强度大的矛盾，一条线年产量可达 5,000-8,000吨；工艺出品率可达 75减上，磨球质 量稳定可靠；2 ）顶铸工艺磨球的补缩较好，组织比较致密；3）可充分发挥金属模铸球的优越性，冷却速度快，可细化磨球的晶粒组织，显著提高磨球的耐磨性和抗破碎性能；4）下模不覆砂，减少了型砂用量和工作量。缺点是：1）该线适合生产成80以上各种规格的磨球，但几种规格的磨球不宜同时生产。当生产品种变化时要更换模具；生产中小球径的磨球，产量较低，综合经济效率不够好；2）模具是方形，一模四球，两个浇口，相比一模

15、四球的园形模具来说，它的工艺出品率和生产效率偏低；3）下模模具直接接触铁水，模具温度较高，模具寿命较低。3.3金属型上、下模覆砂生产线为了克服金属型顶铸上模半覆砂生产线的某些缺点，特别是进一步提高磨球的出品率和改善模具的使用寿命，在生产工艺上尽可能利用比较成熟的手工生产的磨球工艺，因此，在上述工艺的基础上，采用基本上与目前手工生产的工艺相同的上、下模分别覆砂的射砂工艺和浇 注系统而设计和制作的金属型上、下模覆砂生产线（图 4）。其缺点是：增加了一套射砂设 备和覆砂用量，但生产效率和模具寿命明显提高。a.下模覆砂设备a. A machine for covering modelb.上、下模覆砂生

16、产线A production line for covering sand at the bottom and uppermodel图4金属型上、下模覆砂生产线Fig.4 A production line for covering sand at the bottom and upper chilly model3.4金属型下芯覆砂生产线金属型下芯覆砂生产线主要生产成80-100的大球，生产率约100型/小时（图5）。为了减少生产线故障停机率，将射芯机由在线覆砂改为放在线外制作砂套，线上下芯.,上模不番S转，合模后再从浇口方向下一个整芯。一个直浇口四个斜内浇口同时浇4个球，这种模具与东洋铁球

17、和江西德兴都不一样，是将手工金属型成功的一模四球的工艺搬到生产线上，只是模具外形作适当改进，以适合生产线要求。其缺点是：增加了一个制作和下芯工艺， 用砂量和生产成本明显增加。工艺流程见图6:a.下芯制芯设备b.下芯覆砂生产线a. A machine for making coreb. A covering sand production line usingthe putting core method图5金属型下芯覆砂生产线Fig.5 A covering sand production line with the chilly model using the putting core me

18、thod图6金属型下芯覆砂生产线工艺流程Fig.6 A scheme of the technology procedure for the covering sand production line with chilly model using the putting core method目前该线存在的问题：1该线要求在一条线上可以同日生产几种规格的磨球，因此只能线外射砂制砂套，线上人工下砂套，这样虽然简化了生产线，但砂套尺寸和金属型尺寸不一定配合得很好，有的下不到位或下不去，造成批缝大或多肉少肉，影响产品外观质量，这是线外射砂的致命决点.2生产线设计时按80型/H,但因工艺流程设计上不

19、合理，目前达不到设计要求.3生产线金属模设计时因多种因素影响，工艺出品率偏低.3.5金属型全覆砂生产线另外一个设计方案是：在总结国内外及研制生产线经验的基础上，在原来金属模浇冒口覆砂生产线上改局部覆砂为全覆砂，并将几套模具组合在一起并利用一个保温浇注包在线浇注 以提高其生产效率（图7）,重点解决生产成40-70的中等规格的磨球的问题。其工艺流程见图8。图7金属型在线浇注全覆砂生产线Fig.7 A full covering sand production line with chilly model using the pouring method at line图8全覆砂工艺流程图Fig.8

20、 A scheme of the technology procedure for the full covering sand method其指导思想是：1）在手工金属型基础上改进的金属型半模覆砂工艺.虽然可以介决d80以上大球生产问题，但生生产效率偏低；2）要实现在线保温炉直接底注，每次浇注的铁水重量必须大于 30Kg以上，否则底注塞杆和塞头开闭次数频繁，而塞杆和塞头的寿命是有一定限度的，这样就要增加磨球生产成本；3）要介决上述两个问题，就必需增加每型的球数，将模具增大，原来大球一模4个,现在改 为一模16个，成40-70 一模可以生产几十个；4）模具增大后在连续生产时变形量也随之增大，产

21、生翘曲变形，浇注时常造成铁水跑箱事故，同时模具寿命比手工模具要低得多，经常要更换新模具，而模具增大后加工难度增大，这样加大了磨球的模具成本；5）为了介决上述矛盾，采用金属型全覆砂工艺，也就是将浇冒口和球碗用射砂机射砂成型 利用模具余热使覆膜砂固化。铁模全覆砂生产线优点是：1）由于球碗内覆砂，所以球碗就可以不加工，模具加工简化，费用大大降低；2）由于浇注时高温铁水不和金属型直接接触 ，大改善了金属型工作条件，减少了热变形和热裂纹，提高了模具的使用寿命.降低了磨球的模具成本；3）由于球碗内采用覆膜砂，克服了原金属型球碗使用一段时间后因球碗龟裂而影响磨球外 观质量。同时，由于覆膜砂固化后强度高 ，合

22、模时不会掉砂，采用此工艺后，磨球的外观 质量大提高，磨球平均精度达 CT7级左右，表面粗糙度达12.5 m左右；铸造工艺出品 率80麻及正品率97%A上，明显高于砂型和一般金属型；4）覆砂层有效地调节了铸球、铸段的冷却速度。一方面金属液在注入型腔时不与金属型直 接接触，不会发生过冷；另一方面又使冷却速度大于砂型铸造。当铁水浇入金属型覆砂铸型后，冷却速度与砂型相比提高了3 6倍左右，其结果使铸球、铸段的晶粒明显细化、均匀，金相组织致密，内部无铸造缺陷，综合机械性能显著提高，既保持了金属型模具的优越性又具有砂型的特点；5）该线由于*II具增大，生产效率显著提高，一条线年产量可达 6,000-20,

23、000 吨，而且介决 了族40-70的中等磨球机械化生产的难题 .该线存在问题：1）由于型腔和浇冒口全部采用覆膜砂，一吨磨球生产成本比手工金属型生产成本要增加200-300 元；2）由于采用在线保温炉底注工艺，塞杆，塞头和炉衬材料要求高，价格贵，再加上保温耗电，这样又要增加成本 200元/T左右；3）采用生产线生产后，易损件增加，运行成本增加；4）虽然模具寿命提高，成本降低，生产工人适当减少，人工费用降低，但综合生产成本比手 工生产成本还是要高 300-400元/T。3.6覆膜砂壳型垒箱小球生产线为了介决成30以下小球和小段的机械化生产，设计和制作了一种覆膜砂壳型垒箱小球生 产线（图9）。该线

24、生产效率高，小球尺寸精度好，表面光洁不粘砂，为国内小球生产提供了先 进的典范。覆膜砂壳型垒箱小球生产线工艺流程见图10:a.覆膜砂壳型b.垒箱小球生产线 b. The production linea. A shell model with covering film sand for making small sizes of balls using the overlapping model method图9覆膜砂壳型垒箱小球生产线Fig.9 The production line for making small sizes of balls using overlapping mode

25、l method图10覆膜砂壳型垒箱浇注生产线的工艺流程Fig.10 A scheme of the technology procedure for the production line for making small sizes of balls using overlapping model method该线的优点：1）生产效率高，热固化时间短，一般在30-60秒就可出型.2）覆膜砂壳型强度高，在搬运合箱过程中不易损坏，适合无多f造型，垒箱浇注.节省车间生 产面积，减轻工人劳动强度提高生产效率.3）硬化后取模能保持型腔尺寸精度，因此小球直径尺寸准确.4）操作简单，减少对熟练造型工的依

26、赖.一般女工都可以操作.5）表面光洁，粗糙度可达 R3.2以下，比普通水玻璃砂生产的球提高2级.6） 操作灵活，可以在线上浇注，也可以在地面上手工浇注.7）在气候不太潮湿情况下砂型可以摆放几天后进行浇注而不影响产品质量该线缺点是：1）由於覆膜砂成本高，再加上热固化电能消耗，小球生产成本比普通粘土水玻璃砂生产要高 500-800 元 /T ;2）由于酚醛树脂含有甲醛，笨醛，尿素等式原料，因此在热固化时有剌激性气味挥发出来污染车间环境，对职工身体有一定影响。几种不同类型生产线的综合效果比较见表5。表5几种生产线的综合效果比较序号生产线类型投资费 用生产效 率运行成 本磨球质 量维修能耗1金属模半覆

27、砂生产线低中低较好简单中2金属模全覆砂生产线中高高好复杂高3迪莎生产线高高高较好复杂高4覆膜砂壳型垒箱生广线低中中好简单中4.铸造磨球机械化生产线工艺和流程的选择由上所述，目前国内现有的铸造磨球机械化生产线都是各个厂家根据本厂自身的特点规 划、设计和制作并经历了许多不断修正和完善的过程。总结起来，在选择铸造磨球机械化生产线类型时应当考虑以下几个问题：1) 生产规模较小(5,000吨/年以下)或者还没有生产磨球经验的小厂和新厂，暂时可以不必急于考虑上生产线，可采用比较成熟的手工生产方式；2) 规划生产线的时候要同时考虑熔炼设备与之匹配，炉子的熔化能力要大于生产线的生产能力，保证有合格的铁水连续供

28、应，否则生产线不能充分发挥生产效率。单台炉子熔化量大小的选择要根据生产线生产球径大小和浇注速度而定，合格的铁水不能在炉内停留时间太长；3) 一条生产线不可能介决所有不同规格磨球的生产问题，针对不同规格的磨球可选择不同工艺方法的生产线：成80-130mm的大球可以选择金属型半模覆砂或全覆砂工艺；d30mmi下的小球可以优先考虑采用覆膜砂壳型垒箱小球生产线；成40-70mm中等规格的磨球可以考虑全覆砂生产线。如果条件不成熟也可以维持目前的手工生产方式，因为中等规格的磨球的模具重量不是太重，工人开箱合箱不困难，劳动强度适中；4) )生产线采用的型砂建议采用覆膜砂而不用手工生产的水玻璃砂。水玻璃砂成本

29、虽然低一些，但由于水玻璃砂流动性差，采用射砂机射砂易产生射砂不足或射不出砂，很难保证正常生产；5) 为了降低覆膜砂工艺的成本，根据工厂生产规模和覆膜砂的用量，可以考虑工厂自已上覆膜砂旧砂再生和新砂覆膜设备，这样覆膜砂的成本比外购要降低40-50%.虽然增加几十万元投资，但大量生产后不要一年就可以收回投资；6) 生产线的设计中开、合模，金属型翻转，驱动机构等设计都大同小异。其中关键还是模具设计必须合理。要增大产量，将模具增大，由一模四球改为一模十二或更多，必须按凝固理论认真计算后再设计模具。最好利用计算机进行凝固模拟试验,然后生产小批量模具进行生产工艺试验，生产出来的磨球质量完全达到标准要求后才能大批 量生产模具.在模具设计和试验上要付出