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论管模使用、维护及保养

发布时间:2013-05-21 16:08:03 浏览次数:0来源:

宋茂林、申浩

(北重安东机械制造有限公司)

摘要水冷型离心球墨铸铁管管模(以下简称管模)的浇铸温度梯度,产生交变负荷热疲劳应力是影响管模使用寿命关键之一,本文将以管模使用、维护及保养的基本常识角度出发,论述其缓解内应力的重要性,从而预防管模早期龟裂、炸裂等现象,达到延长管模的使用寿命。

 

关联词:管模、初期、应力、连续性、温度、使用、维护、保养

 

\引言:管模是离心球墨铸铁管所需的重要设备之一,目前管模耗材成本,一般占球墨铸铁管制造成本的3-5%。了解管模使用,认识维护和保养的重要性,达到规范使用,降低球管分摊管模成本。本文以说明文形式论述提高管模使用、维护和保养水平,共同探讨其使用、维护和保养的细则。

一、 铸管模寿命及损坏原因

     管模材质与设计尺寸、铸管浇铸工艺和管模

维护工艺是影响管模使用寿命的最重要三大因素,其重要性

见管模寿命平衡图。

管模材质与设计1985年,北方重工集团 

(原名:内蒙古第二机械制造总厂)开发研制出管模,材质

30CrMo之后,又改进为35CrMo21CrMo10,经过多年实践应用

和有关专家论证并出台了相应的行业标准即YB/T4179-2008,认为

该材质为目前最适合管模的钢种,并于2000年攻克称为20Cr2Mo

\铸管浇铸工艺 铁水的浇铸温度、循环水温度和浇铸拔管                 管模寿命平衡图

的连续性是影响管模寿命的基本原因。

铁水的浇铸温度。严格控制铁水浇注温度预防烫伤铸管模,

避免铸管模内表面材料晶相组织发生变化,使晶粒长大,产生

出大量的脆性相。因此,在管子质量允许的条件下使用低温浇

,减少铸管模表面热负荷将对铸管模最终寿命的延长起到很大

的作用。

循环水温度。循环水的温度直接影响铁水结晶速度和管模热

负荷的载荷量,其温差对铸管模的寿命影响较大。 

    连续性。浇铸拔管的连续性,就是要求拔管节奏匀速、稳定,

其连续性通常要求达到离心机设计生产效率的80%以上,避免交

变热应力差值过大,易使铸管模过早发生严重疲劳。                             管模传热内应力状态

    新管模初期使用的磨合。控制管模初期使用状况,可以有效地延长管模使用寿命,该控制十分重要;                                        

  离心铸造生产速度建议值

公称直径DN/(com)

生产率(支/h

80-100

55-65

150-200

40-50

250-300

28-35

350-450

14-20

500-700

10-14

800-1200

5-8

控制意在缓解、消除管模制  造自身残余应力(包括:锻造、         热处理残余应力和机械加工切削产生的表面冷作硬化应力、粗糙度的谷与峰之间应力集中点等进行磨削、打点工序)。磨合参数参考下表。

\                      

                       

 

                    

 

 

                       

                                 水冷金属型离心铸造初、中期拔管参数表

序号

公称直径∕(mm

设计值根∕h

初期每次拔管数量(根)

实际生产值根∕h

中期连续抜管参数(根)

第一次

第二次

第三次

1

DN80

55

100

150

200

4550

200-250

2

DN100

55

4550

3

DN150

50

4448

4

DN200

46

3842

5

DN250

42

70

100

150

3640

150-200

6

DN300

38

3235

7

DN350

36

3034

8

DN400

31

2528

9

DN450

28

50

80

130

2326

70-100

10

DN500

25

1822

11

DN600

21

1620

12

DN700

16

20

30

40

1014

40-50

13

DN800

10

89

14

DN900

9

15

25

35

78

35-50

15

DN1000

8

67

16

DN1200

7

56

备注

管模缓慢预热后方可使用

 

   管模维护  多年来经验总结,DN400以上管模炸裂都是发生在拔管后存放或修复过程中,这种现象就是交变负荷热疲劳应力在管模最弱点的释放现象。因此,及时释放、消除这种应力是管模维护的重要环节。

  其他  管模的设计(包括壁厚及壁厚的均匀度、曲线、圆弧的平缓过渡)应减少集中区,离心机装备的合理性,离心浇铸时出现的死水区,冷却水容器相对DN管模的容水量即冷却排水量,管模粉的应用等因素的影响。

 二、 铸管模的使用注意事项

      管模作为离心浇铸工艺的重要装备,在其使用过程中,应当采取正确的使用工艺和积极的维护、保养措施,下面就各厂家的经验,简述一下管模的使用注意事项。

 1.铸管模检查

1.1:外观检查。铸管模在上机安装工作前必须检查模具内、外表面有无裂纹,静平衡检查,密封处是否完好及相关数据,托轮支撑处是否光滑圆整;避免工作时发生震动、漏水等现象。

1.2:温度控制。铸管模工作后卸载时,不能直接抽出,管模首先在离心机上要慢速旋转,直到管模内表温度降到与循环水温度相近时,再将循环水阀门关剩1/3时才可抽出。

   1.3:保温措施。铸管模抽出清理后应立即检查铸管模内、外表面有无异常现象出现,并且配上端堵和加盖棉被,以防温差形成的气流对流,导致内应力集中。

   1.4:内应力的消除。管模卸载、保温送至去应力工位,进行震动或锤击非工作面使其产生震波共鸣来消除、破坏内应力集聚点、面。

   1.5:及时修复。去除内应力后,及时送到维修车间,待到管模与室温相近,方可维修;不修时不要摘掉端堵和去除棉被。

2.铸管模的使用过程:

在铸管生产过程中是否正确的使用管模,将对铸管模的最终寿命起着重要的作用,在生产使用过程中不仅要严格按照《操作规范》应注意以下几点:

    1.应力疲劳的预防

1.1:合理安排生产。连续性生产是每个制造管厂都最求的,同样也是铸管模制造商要求的;但其目的各不相同,前者是为了降本增效,后者是为了降低疲劳、减少内应力是产品使用持久。

前面对铸管模的工作环境已经做了了解,如何降低铸管模的温差幅度,从而降低铸管模的热应力变化值;建议管厂根据离心机设备的生产率,将连续性拔管率控制在对铸管模交变负荷热应力破坏最小的范围内。加强管理严禁不稳定、不规范的浇注行为。

   1.2:循环水的控制。循环水的温度、温差对铸管模的寿命影响较大。应此循环水的温度必须保持稳定;由于季节、地域的差异及离心机冷却循环系统设计的不同其温度规定范围可根据自己的综合设备、生产情况和季节情况合理控制循环水流量,制定循环水的冷却速度和进出口温度。

   1.3:冷却效果的保障。及时清理铸管模外表面的水锈、水垢,以便提高铸管模的冷却速度。

   1.4:管模的合理设计。铸管模的设计对使用寿命的影响也较大。首先是壁厚的因素影响,由于铸管模是在高速离心旋转条件下工作,因此设计时必须考虑模具刚性的要求。壁厚越大工作时在交变负荷应力作用下,其出现的塑性区域也越大,对铸管模的使用寿命影响也就越大。

  建议:①、同一种规格的铸管模在保证其机械性能使用的条件下,设计时应尽可能减少壁厚,而且整体壁厚要均匀,圆弧过度要尽量平缓,降低尺寸突变落差,以便减少应力集中点防止局部早期热裂。

②、由于铸管模承插口两端1.5米范围内是出现热裂最频繁的区域,建议除了考虑铸管模的因素外,还要考虑一下浇注工艺及离心机旋转和循环水的方向、进出口水的位置、数量及排量以便使水温保持整体较均匀状态,改善铸管模的热疲劳状况。

   2.硬性疲劳强度和划伤的预防

2.1:降低热负荷。保持离心机设备运转稳定,避免烫伤铸管模。严格控制铁水浇注温度,避免铸管模内表面材料晶相组织发生变化,使晶粒长大,产生出大量的脆性相。因此,在管子质量允许的条件下使用低温浇注,减少铸管模表面热负荷将对铸管模最终寿命的延长起到很大的作用

   2.2:热负荷的均匀性。由于离心浇注工艺参数不匹配,使得浇注速度、时间不均衡;以及离心机设备的稳定性和可靠性不佳,使得设备运行不稳,产生管模和离心机震动,从而使浇注的管子轴向壁厚不均匀,导至铸管模热负荷应力不均匀,管模产生局部过疲劳,将会影响铸管模的使用寿命。

   2.3:非正常损伤。离心机在浇注过程中的突发事故或停电现象,以及未启动循环冷却系统时,均会形成铁水在铸管模中局部滞留,使得铸管模局部过热,促使铸管模局部迅速体积膨胀,发生塑性变形,同时轴向又缺少足够的膨胀空间,导至铸管模变形弯曲。

   2.4:超负荷工作。严格控制铸管模每次上机的拔管支数,特别是初期超规定使用,将对铸管模抗疲劳能力大幅度降低,最终使铸管模的使用寿命降低。

   2.5:管模粉的应用。管模粉的选择和正确使用可避免管壁间的粘结现象,便于拔管脱模,减少脱模划伤,对铸管模的寿命有着至关重要的作用。

   2.6:杂物清理。离心浇注前必须认真清理铸管模内壁杂物,避免硬性划伤。

  3.铸管模的维护与保养

近年来,各铸管厂对铸管模的使用寿命均有大幅度的提高;这一点充分说明了铸管模的使用维修质量的重要性,重要性的比例可占铸管模使用成本的60%以上。维修的不当,再次使用时,铸管模未去除的缺陷会再次复印,铸管模损坏的会更加严重。因此维护保养的质量直接关系到下次使用拔管支数乃至铸管模的最终寿命。所以在维修中,除按铸管模原维修工艺执行外,还应严格执行以下方面:

    3.1:隐患的预防。对于下机待修的铸管模不要进行立即修理,除正常防护消除应力外,还要自然时效24小时以上,方可修理。对于有缺陷的部位要避免延伸,可采用手工挖补或车销等方式彻底清除。

    3.2:焊体与焊剂的预热。焊剂使用前应在250℃左右烘焙2小时;补焊时必须严格执行焊前预热、焊后保温规定的工艺,焊接时应尽量降低焊接应力,避免焊接变形。焊补材料要与铸管模本体材质相同或接近,热膨胀系数要一致。

    3.3:焊接应力的消除。焊补后应低温回火以便消除焊接应力,再按规定的光洁度车销加工至规定的尺寸。

    3.4:磨量的控制。内孔尺寸修磨时,若铸管模内表面使用状况较好应尽量减少内孔磨销量,避免铸管模尺寸过早超差,从而复制产品超差,即浪费铁水资源,也严重缩短铸管模使用寿命。

    3.5:工作面的维修。内孔修磨后,表面粗糙度应为Ra3.2~6.3μm,表面应无氧化皮及其它杂质和缺陷,园弧处过渡要平滑;避免倒锥、锣(腰)鼓、和局部凹陷等不平整现象;从而预防拔管困难或断管及棱角应力过集中导致铸管模开裂。

    3.6:合理打点。内壁打点要均匀,通常要求点间距小于0.50.7mm,深度0.2­0.3mm  点直径为1.52.2mm 。其目的是消除热疲劳应力、增加铸管模内表面强度,消除预防细微裂纹延伸,便于管模粉均匀吸附和增加铁水与铸管模内表面的摩擦力。应注意尽量避免打尖点从而减少应力集中点。

首次使用的新管模,上机前必须对其工作面消除应力(包括:机械加工切削产生的表面冷作硬化应力、粗糙度的谷与峰之间应力集中点等)进行磨削、打点工序。

    4.铸管模的保存

由于铸管模工作环境的特殊性,使其内应力很难完全消除;随着环境、温差的变化均会使铸管模内应力迅速集中,导致铸管模变形甚至炸裂。为了避免不必要的损失,铸管模保存时应注意以下几点:

4.1:环境的选择。铸管模的存放环境应避开通风口并封闭承插口。刚修复过的铸管模需要保温措施,尤其是中、后期的铸管模和大修铸管模必须存放在室内。

4.2:正确的存放。铸管模应摆放在软质支架上,要避免硬性划伤、外力挤压和自重弯曲,严禁随意堆放。

4.3:腐蚀的预防。库存铸管模要做好防锈、防晒、防尘措施避免表面氧化、锈蚀和变形等现象发生。

冬季寒冷和沿海风大地区应特别注意铸管模的保存,最好选择带有取

暖、保温设施的库房存放,避免露天存放。

 以上经验和措施,是经过各地区铸管厂的实践,取得了良好的效果,大大降低了铸管模炸裂的比例,延长了铸管模的使用寿命,希望各管厂能够参照试行;共同讨论,以求能为铸管及相关行业发展提供参考信息。

以上内容仅供参考、讨论!