无锆复合涂料在铸钢件上的应用

周宇航

中车齐齐哈尔车辆有限公司 黑龙江 齐齐哈尔 161002

摘要：我国近年铸造行业中,铸钢件的产量占比逐年上升,2019年达到590万t,占铸件总产量12.1%;2020年达到635万t,占比12.2%。铸钢件广泛应用于石化、泵阀、矿山机械、核电、海洋装备等领域,铸钢件的质量对装备制造业有着举足轻重的影响。铸钢件,尤其是厚大型铸钢件,由于浇注时钢液温度高,钢液保持液态时间长,钢液表面易氧化,极易产生渗透性粘砂,产生铁包砂,给铸件清理带来极大的困难。长期以来,解决铸钢件表面质量问题,大多数都采用铬铁矿砂做面砂,再在表面刷遍数不等的锆英粉为骨料的涂料。此种方案在解决问题的同时,带来了生产成本提高,劳动强度大,操作复杂等问题。根据铸钢件的特性和现场涂料的使用方案,采用一种无锆复合涂料,结合优化的涂料施涂方案,可做到在保证涂料使用性能的同时,提高生产效率,减轻劳动强度,降低生产成本。本文主要分析无锆复合涂料在铸钢件上的应用。

关键词：无锆复合涂料；铸钢件；施涂工艺

引言

大型铸钢件一般指单件毛重5t以上的铸钢件。随着国家大力发展电力、交通、石化、基础机械和国防等工业，大型铸钢件的需求越来越多，大型铸钢件为重大成套设备的制造提供毛坯，也直接为重大工程项目提供备品备件。因此，大型铸钢件的质量成为了成套装备可靠性的关键因素，大型铸钢件制造也成为了衡量一个国家重工业发展水平和国家综合国力的重要标志。

1、涂料各组分的选择

涂料组分的配比上,根据铸件的材质并结合涂料的粘附性、流平性、涂挂性、悬浮稳定性等特点对涂料的耐火骨料、载液、粘结剂、悬浮剂进行了筛选。

1.1耐火骨料

耐火骨料方面主要选用电熔刚玉粉。电熔刚玉粉中Al2O3含量(质量分数)为99%,化学稳定性好、纯度高,不会分解出其他物质而形成低熔点物质,有助于提升涂料性能和铸件光洁度。

1.2悬浮剂

悬浮剂帮助稳定涂料性能的同时,能进一步提高整体的流变性能。传统的有机膨润土、锂基膨润土、有机累托石等悬浮剂,多是通过稠化载体的方式来起悬浮稳定作用,往往对粘度的影响很大。近年来,对具有独特层链状结构的晶质水合镁铝硅酸盐矿物的研究试验,显示出了较好的使用效果,这类矿物虽然膨胀性能不高,但是特殊的纤维状或棒状结构使其具有独特的流变特性,对涂料的触变性和涂刷性有很明显的改善作用。

2、铸钢件的优点

1）铸钢件在设计生产制造的过程中具有较高的灵活性，铸钢件设计工作人员在对其进行设计制造时，拥有对外观形态及样式设计的最大化控制权利，尤其在复杂形状铸钢零件以及中空型铸钢零件的设计中表现最为显著，在此类铸钢零件生产时，可以采用组芯制造工艺来进行。铸钢件在形状塑造阶段，其外形容易发生改变，铸钢件由设计图纸到成品制造所需要的生产时间较短，这样的现状为铸钢件的生产、销售以及产品价格的市场定位提供有利条件。对铸钢件的外观形状和生产加工质量进行有效监督以及科学化设计，能够集中铸钢件系数、强化零件整体结构，从而将铸钢件整体结构的灵活性和工艺技术的优势很好展现。2）铸钢件生产所应用的金属制造水平较高，并且铸钢件具有较强的适应性和兼容性，能够根据各种项目的需要选择合适的化学品和组织调节剂，以满足生产的需求。通过适当的加热处理工艺可将铸钢件的机械性能以及使用性能充分发挥，并且具有优异的可焊接性和机械加工性。3）铸钢件整体结构坚固，这为其生产制造提供了便利性的条件。加上轻质结构和快速交货的优点，使铸钢材料在价格和经济性方面具有优势。4）铸钢件的重量在生产过程中的上下限度差异很大。较小的尺寸可以用来制造仅重10g的精密零件，而大体积的铸钢件可以重达数十吨甚至数百吨，这对铸钢件的生产制造工艺有着更高水平的要求。

3、铸造企业集成制造数字化管理系统

21世纪信息技术的爆发带动了整个制造业的发展，制造系统集成式创新不断发展，形成了新一轮工业革命的主要驱动力。计算机集成制造系统（CIMS）于20世纪提出，例如铸造行业ERP，作为传统铸造与现代管理及信息化高新技术相结合的典范，它是铸造企业长期建设和发展的方向，也是助力铸造企业腾飞的生产力。铸造企业的信息化建设，是企业生存和发展的需要，对信息化技术的开发和利用已经成为铸造企业提升核心竞争力的最重要手段之一。在铸造生产智能排产方面，优化生产计划是提高资源利用率和企业运行效益的关键环节。例如基于人工蚁群算法解决打磨工序调度问题、回溯搜索算法与教与学算法解决热处理装料问题。科学地部署生产计划能够有效提升整个企业水平，在实现生产车间硬件的管理的同时，将遗传算法等优化算法引入进来，对于单件小批量砂型铸造企业而言，建立熔炼浇注炉次计划等的组合优化问题模型、基于炉次计划模型开发炉次计划系统具有重要的工程意义。在铸造工艺智能设计与质量智能检测方面，近年来，学者基于多源数据、大数据、深度学习等新思路新技术，实现工艺分析优化与缺陷识别。华中科技大学材料学院针对钛合金铸件内部缺陷提出了选择性搜索与均布式卷积神经网络、改进的深度密集卷积神经网络，可有效解决缺陷检测识别问题。智能制造的前景与应用被广泛认可，近些年学者将目光聚焦于如何让数字孪生在制造业实现应用。数字孪生车间概念，阐述了其组成、特点等，为数字孪生未来的应用提供了技术和工具参考。多层次三维可视化监控模式并开发了原型系统。

4、应用案例

TL405B根据不同现场条件和不同铸件的情况,可选择多种施涂方式,通过涂料和施涂方式的结合,提高生产效率和综合性能,降低生产成本。现介绍不同施涂工艺在实际生产中的应用案例。(1)某厂采用宝珠砂树脂砂工艺生产阀门铸件,铸件单件质量50~2000kg,最大厚度200mm,材质为WCB、CF8、CF3等。该厂使用TL405B,采用的刷涂工艺为小件涂刷一遍,大件涂刷两遍。第一遍波美度为70°Bé,第二遍为65°Bé。点火燃烧后,涂层强度良好,无掉粉现象。开箱后,铸件表面落砂情况良好,无粘砂现象。现场使用情况表明,TL405B各项性能均满足实际使用要求,达到满意效果。(2)某厂采用40~70目硅砂呋喃树脂砂工艺生产铸钢件,铸件单件质量为50~10000kg之间,生产铸件为阀门、泵、叶轮等,材质为高合金钢、低合金钢、碳钢等。原采用醇基锆英粉涂料,涂料涂覆方式以刷涂为主,少量流涂。现更换为TL405B,刷涂3遍,第一遍波美度为70°Bé,其余两遍为60°Bé。点火燃烧后,涂层强度良好,无掉粉现象。开箱后,铸件表面落砂情况良好,无粘砂现象。现场使用情况表明TL405B各项性能均满足实际使用要求。(3)类似汽轮机的大型铸钢件,砂型和泥芯通常很大,涂料的施涂存在效率低,涂层质量不高的问题。为此,通过采用无气喷涂的施涂方式,来提高效率,改善施涂效果。

结束语

涂料对于铸钢件表面质量起着至关重要的作用,无论采用何种铸造工艺,涂料都必须满足其要求。实践证明,无锆复合涂料TL405B在铸钢件的生产实践中,其各项性能指标满足了生产使用要求,并且因其耐火骨料为非锆材料,原材料来源和价格都摆脱了国外的资源制约,生产成本得到大大降低。通过合适施涂方式的选用,降低劳动强度,在有限空间内提高场地周转,提高生产效率,降低综合成本。当然,作为无锆复合涂料的应用推广,并不能完全替代锆英粉涂料的使用,但可在大部分铸钢产品的工艺上进行推广与应用。

参考文献：

[1]　兴业股份大型铸钢件复合造型工艺技术成功开发[J].铸造工程，2021（3）：76.

[2]　康文，孙爱新，李晓明，等.碱性酚醛树脂砂在大型铸钢件上的应用[J].铸造，2016（3）：287-289.

[3]　张志勇，张文魁，拓雷锋.大型铸钢件造型工艺探讨[J].国防制造技术，2018（1）：42-43.

[4]　詹云京.酯硬化碱性酚醛树脂砂生产大型铸钢件的质量控制探讨[J].中国金属通报，2018（6）：200-202.

[5]　陈瑞，田雨，吴铁明，等.铸造技术路线图：铸钢[J].铸造，2017，66（8）：6-12.