本文被評為2021鑄鋼年會優(yōu)秀論文

在近年來整個鑄造行業(yè)中，鑄鋼件的產(chǎn)量占比逐年上升，2019年達(dá)到590萬噸，占總產(chǎn)量12.1%。2020年達(dá)到635萬噸，占產(chǎn)量占比12.2%。鑄鋼件廣泛應(yīng)用于石化、泵閥、礦山機(jī)械、核電、海洋裝備等領(lǐng)域，鑄鋼件的質(zhì)量對裝備制造業(yè)有著舉足輕重的影響。

鑄鋼件，尤其是厚大型鑄鋼件，由于澆注鋼水溫度高，鋼液保持液態(tài)時間長，表面鋼水易氧化，極易產(chǎn)生滲透性粘砂，產(chǎn)生鐵包砂，給鑄件清理帶來極大困難，造成交期延后等問題。長期以來，解決鑄鋼件表面質(zhì)量問題，大多數(shù)都采用鉻鐵礦砂做面砂，再在表面刷遍數(shù)不等的鋯英粉為骨料的涂料^[1-2]。此種方案在解決問題的同時，帶來了生產(chǎn)成本提高，勞動強(qiáng)度大，操作復(fù)雜等問題。

根據(jù)鑄鋼件的特性和現(xiàn)場涂料的使用方案，我們研發(fā)了一種無鋯復(fù)合涂料，并結(jié)合優(yōu)化的涂料施涂方案，做到保證涂料使用性能的同時，提高生產(chǎn)效率，減輕勞動強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本。

1. 涂料各組分的選擇

涂料組分的配比上，根據(jù)鑄件的材質(zhì)并結(jié)合涂料的粘附性、流平性、涂掛性、懸浮穩(wěn)定性等特點對涂料的耐火骨料、載液、粘結(jié)劑、懸浮劑進(jìn)行了篩選。

1) 耐火骨料

耐火骨料方面主要選用電熔剛玉粉。電熔剛玉粉含量為99%的Al₂O₃，化學(xué)穩(wěn)定性好，純度高，不會分解出其他物質(zhì)而形成低熔點物質(zhì)，有助于提升涂料性能和鑄件光潔度。

2) 載液

傳統(tǒng)的鑄造醇基涂料，為了降低成本會大量使用甲醇作為溶劑載液，目前可能在很多鑄造工廠使用的所謂工業(yè)酒精也是甲醇溶劑。但甲醇具有毒性，會對工人會造成接觸性或吸入性人體傷害。從環(huán)保和職業(yè)衛(wèi)生的角度出發(fā)，我們堅持選用使涂料中的粘結(jié)劑更好溶解而且無毒的工業(yè)乙醇，配比使用具有更好燃燒性的異丙醇。將乙醇和異丙醇進(jìn)行復(fù)配作為復(fù)合涂料的載液。

3) 粘結(jié)劑

粘結(jié)劑的選擇上采用酚醛樹脂與無機(jī)粘結(jié)劑相結(jié)合，酚醛樹脂具有較好的低溫粘結(jié)性能和低發(fā)氣量，無機(jī)粘結(jié)劑主要保證了涂料高溫下的粘附性和抗沖刷性。

4) 懸浮劑

懸浮劑幫助穩(wěn)定涂料性能的同時，能進(jìn)一步提高整體的流變性能。傳統(tǒng)的有機(jī)膨潤土、鋰基膨潤土、有機(jī)累托石等懸浮劑，多是通過稠化載體的方式來起懸浮穩(wěn)定作用，往往對粘度的影響很大。近年來，我們對一些有獨特層鏈狀結(jié)構(gòu)的晶質(zhì)水合鎂鋁硅酸鹽礦物的研究試驗，顯示出了較好的使用效果，這類礦物雖然膨脹性能不高，但是特殊的纖維狀或棒狀結(jié)構(gòu)使其具有獨特的流變特性，對涂料的觸變性和涂刷性有很明顯的改善作用。

2.性能指標(biāo)

下面介紹下無鋯復(fù)合涂料405B（以下簡稱TL405B）在鑄造廠的現(xiàn)場應(yīng)用情況。TL405B的性能指標(biāo)如下表2-1所示：

表2-1涂料性能指標(biāo)表

TL405B是以電熔剛玉粉為主要骨料的適用于鑄鋼件的涂料產(chǎn)品，經(jīng)充分?jǐn)嚢韬?/span>，加入適量酒精稀釋，攪拌均勻后即可使用，適用于刷涂、流涂及噴涂工藝，涂料在60波美度下4小時懸浮性在98%以上，高溫下的發(fā)氣量也遠(yuǎn)低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，非常適用于生產(chǎn)高端鑄鋼件的需求。

3.涂料的現(xiàn)場應(yīng)用

根據(jù)不同現(xiàn)場條件和不同鑄件的情況，我們可以選擇多種施涂方式，通過涂料和施涂方式的結(jié)合，提高生產(chǎn)效率和綜合性能，降低生產(chǎn)成本。

結(jié)合不同施涂工藝在現(xiàn)場的應(yīng)用案例:

3.1）浙江某廠，采用寶珠砂樹脂砂工藝生產(chǎn)閥門鑄件，鑄件單重50-2000kg，最大厚度200mm。材質(zhì)為WCB、CF8、CF3等。該廠使用TL405B,采用刷涂工藝，小件涂刷1遍，大件涂刷2遍。第一遍波美度為70°Bé ，第二遍為65°Bé 。點火燃燒后，涂層強(qiáng)度良好，無掉粉現(xiàn)象。開箱后，鑄件表面落砂情況良好，無粘砂現(xiàn)象?，F(xiàn)場使用情況表明，TL405B各項性能均滿足實際使用要求，達(dá)到滿意效果。涂刷后狀態(tài)和開箱后鑄件如圖1(a)(b)所示。

圖1

3.2)江蘇某廠，采用40-70目硅砂呋喃樹脂砂工藝生產(chǎn)中小型鑄鋼件，鑄件重量50公斤-10噸之間，生產(chǎn)鑄件為閥門、泵、葉輪等，鋼種為高合金鋼、低合金鋼、碳鋼等。

涂料涂覆方式：刷涂為主，少量流涂。

原先全部為醇基鋯英粉涂料，現(xiàn)更換為TL405B，刷涂三遍，第一遍70°Bé ，其余為60°Bé 。點火燃燒后，涂層強(qiáng)度良好，無掉粉現(xiàn)象。開箱后，鑄件表面落砂情況良好，無粘砂現(xiàn)象?，F(xiàn)場使用情況表明，TL405B各項性能均滿足實際使用要求，達(dá)到滿意效果。涂刷后狀態(tài)和開箱后鑄件如圖2(a)(b)所示。

a                                  b

圖2

 3.3)對于類似汽輪機(jī)的大型鑄鋼件，砂型和泥芯通常會很大，涂料的施涂存在效率低，涂層質(zhì)量不高的問題。針對此問題，我們通過采用無氣噴涂的施涂方式，來提高效率，改善施涂效果。

    從前文提到的鋯英粉與電熔剛玉粉的特性差異，對于此類大型鑄鋼件，電熔剛玉粉的抗堿抗渣能力優(yōu)于鋯英粉。因此，采用復(fù)合涂料生產(chǎn)汽輪機(jī)大型鑄鋼件顯得更為合適。

山東某客戶，堿性酚醛樹脂砂工藝，生產(chǎn)汽輪機(jī)鑄件。采用TL405B，運(yùn)用無氣噴涂施涂方式，涂料噴涂3-4遍，波美度為65-70Bé，每一遍噴涂后，點火干燥，待砂型溫度降低后繼續(xù)后續(xù)施涂。采用此施涂工藝在滿足鑄件要求的同時，提高生產(chǎn)效率。施涂后狀態(tài)和開箱后鑄件如圖3(a)(b)(c)(d)所示。

圖3

                         刷涂與噴涂效率對比

通過不同的施涂工藝，大大提升了有效單元空間的生產(chǎn)效率，同時減輕勞動強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本。

 3.4）對于尺寸單一且批量的鑄件，還可以采用流涂的施涂方式進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。流涂工藝能夠消除刷涂工藝帶來的表面刷痕，提高涂層表面質(zhì)量。

    湖南某客戶，堿性酚醛樹脂砂工藝，生產(chǎn)中小型鑄鋼件，材質(zhì)為碳鋼、低合金鋼件。采用流涂的涂料施涂工藝，涂料波美控制在60-65Bé，流涂一遍后，在熱結(jié)處補(bǔ)刷一遍，保證涂層厚度。鑄件開箱后，剝離性能優(yōu)越，達(dá)到客戶要求，如圖4(a)(b)所示。

圖4

4.結(jié)論

高質(zhì)量的整機(jī)設(shè)備必須以優(yōu)質(zhì)零部件為基礎(chǔ),而優(yōu)質(zhì)零部件必須依靠科學(xué)合理的使用材料和正確的制造工藝來保證其內(nèi)在質(zhì)量。涂料對于鑄件表面質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，無論采用何種鑄造工藝，涂料都必須滿足其要求。實踐證明，無鋯復(fù)合涂料TL405B在鑄鋼件的生產(chǎn)實踐中，其各項性能指標(biāo)滿足了生產(chǎn)使用要求，并且因其耐火骨料為非鋯材料，原材料來源和價格都擺脫了國外的資源制約，生產(chǎn)成本得到大大降低。通過合適施涂方式選用，降低勞動強(qiáng)度，在有限空間內(nèi)提高場地周轉(zhuǎn)，提高生產(chǎn)效率，降低綜合成本。當(dāng)然，作為無鋯的復(fù)合涂料的應(yīng)用推廣，并不能完全替代鋯英粉涂料的使用，但可以在大部分鑄鋼產(chǎn)品的工藝上進(jìn)行推廣與應(yīng)用，歡迎各位同仁共同探討研究。

參考文獻(xiàn)

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本文作者：徐紅飛 經(jīng)營部部長 工程師

工作單位：鑫工藝（上海）材料科技有限公司

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