在發(fā)展裝備制造業(yè)中的廣東鑄鐵工業(yè)

1、 在發(fā)展裝備制造業(yè)中的廣東鑄鐵工業(yè) 廣東省佛山市順德區(qū)中天創(chuàng)展球鐵有限公司 李潤生 陳永成在20世紀(jì)80年代初，鑄鐵材料發(fā)展進(jìn)入了頂峰期，1981年創(chuàng)下了6320萬噸年產(chǎn)量的顯赫記錄。隨后，世界的鑄鐵產(chǎn)量便出現(xiàn)急劇遞減，但是自九十年代以來又開始上升, 據(jù)統(tǒng)計，2006年全球36個國家、地區(qū)的鑄鐵件總產(chǎn)量達(dá)到6537.5萬噸。所以，鑄鐵仍是當(dāng)今金屬材料中應(yīng)用最為廣泛的基礎(chǔ)材料，在鑄造合金材料中占有重要地位。當(dāng)前，世界經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程的加速為廣東省鑄造業(yè)的發(fā)展提供了機(jī)遇，國際和國內(nèi)市場對我省鑄件的需求呈持續(xù)增長的趨勢。與此同時，鑄鐵作為一種傳統(tǒng)的金屬材料，在其質(zhì)量、性能和價格等方面正面臨著嚴(yán)酷的挑戰(zhàn)

2、。因此,抓緊我省鑄鐵鑄造業(yè)的技術(shù)改造,努力提高鑄件質(zhì)量檔次，生產(chǎn)高性能的大型機(jī)械裝備用鑄件以及提高治理環(huán)境污染的水平，實現(xiàn)鑄鐵材料的高附加值化是應(yīng)付未來更加激烈的市場競爭，滿足客戶多樣化需求的主要對策。2006 年國務(wù)院“關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見”中，提出了16項近期需要重點突破的重大技術(shù)裝備和產(chǎn)品，這16項都與鑄造密切相關(guān)。由于鑄造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的重要性，工業(yè)發(fā)達(dá)國家都非常重視鑄件的生產(chǎn)，如美國、日本、德國等發(fā)達(dá)國家的鑄造工業(yè)都十分先進(jìn)。2O世紀(jì)末到21世紀(jì)初，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國鑄造業(yè)也迅猛發(fā)展，各類鑄件的產(chǎn)量都持續(xù)增長，鑄件總產(chǎn)量到2006年底已連續(xù)7年居世界首位,200

3、8年中國鑄件的市場占有率仍舊是世界第一，其產(chǎn)量會增加到2660萬噸，占全球總產(chǎn)量的29.5%。西歐保持第二位，但是它的市場占有率預(yù)計會降低到18.5%。美國的鑄件產(chǎn)量為1330萬噸，占14.8%。其中，作為裝備制造業(yè)基礎(chǔ)的優(yōu)質(zhì)鑄鐵件在未來幾年中將以很快的速度增長。一. 廣東省鑄鐵工業(yè)的形勢 從歷史上看, 廣東省的鑄鐵業(yè)源遠(yuǎn)流長, 興旺一時。古時被譽(yù)為“四大名鎮(zhèn)”的佛山就以鑄鐵業(yè)而聞名, 直至八十年代后期鑄造仍然是佛山四大傳統(tǒng)支柱產(chǎn)業(yè)之一。計劃經(jīng)濟(jì)時代，很多大、中型國企機(jī)械廠都擁有鑄造車間配套本廠產(chǎn)品，以及各地、市均有一些較具規(guī)模的國營鑄造廠服務(wù)于本地區(qū)和周邊地區(qū)。當(dāng)時, 由于有政府的財政支持,

4、 鑄鐵工業(yè)在采用新材料、新工藝、新技術(shù)以及生產(chǎn)機(jī)械化自動化方面取得很大進(jìn)步，鑄造水平處于全國中等水平。 改革開放以來, 隨著市場經(jīng)濟(jì)的深入發(fā)展, 工廠實行股份制改造和私有化，原有的工廠附屬鑄造車間和國營鑄造廠，由于環(huán)境污染、生產(chǎn)成本高、設(shè)備落后等原因大部分巳關(guān)閉或轉(zhuǎn)出。取而代之的是一批新崛起的民營企業(yè)及遍布郊區(qū)和邊遠(yuǎn)地區(qū)的小型鑄造廠, 這些鑄造廠廠房、設(shè)備簡陋、效益低。缺少了政府的資金扶持與科技導(dǎo)向, 除了為數(shù)不多的采用較先進(jìn)的鑄造技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量較好而成為籠頭企業(yè)的廠家外，大部份還是沿用舊的鑄造工藝去生產(chǎn)鑄件的小型鑄造廠。廣東省毗鄰港澳，不僅擁有傳統(tǒng)的根植于機(jī)械工業(yè)的鑄鐵廠，同時小產(chǎn)品鑄造業(yè)也

5、很發(fā)達(dá)，被稱為小產(chǎn)品大市場，全省約有500家大大小小的廠家生產(chǎn)水暖器材、爐具、 浴具、零配件等小鑄鐵件。最為突出的是以臺資、港資為主的五金鑄造廠遍地開花，保守估計廠點可達(dá)幾百家，鑄件產(chǎn)量估計可達(dá)該省總量的三分之一以上，已經(jīng)成為廣東鑄造業(yè)具有發(fā)展前景的生力軍，成為推動廣東進(jìn)入全國鑄造大省、鑄造強(qiáng)省行列的重要力量。更為重要的是，近年來省政府提出了到2010年把廣東省打造成為裝備制造業(yè)大省，到2020年進(jìn)一步成為裝備制造業(yè)強(qiáng)省的目標(biāo)。使整個行業(yè)碰到了前所未有的大好發(fā)展機(jī)遇，鑄件產(chǎn)量一直呈現(xiàn)快速增長的勢頭，機(jī)床工業(yè)、能源工業(yè)、冶金工業(yè)、石化工業(yè), 汽車工業(yè)、海洋工程及核能工業(yè)在我省的發(fā)展，對工程機(jī)械、

6、塑料機(jī)械、液壓機(jī)械、輕工機(jī)械、汽車模具、數(shù)控精密機(jī)床，加工中心工作母機(jī)、泵閥、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、柴油機(jī)、車輛、鋁合金輪轂等鑄件的大量需求，加上越來越多的港澳臺和國外采購商到廣東采購鑄件，并且加入WTO后我省進(jìn)入到世界鑄件市場，有力地推動了鑄鐵鑄造企業(yè)上規(guī)模、上水平，以適應(yīng)新一輪的形勢變化。 圖1. 大型柴油機(jī)機(jī)座 圖2. 4000T注塑機(jī)框座目前，廣東省以裝備制造業(yè)、汽車為支柱產(chǎn)業(yè)，是國內(nèi)生產(chǎn)注塑機(jī)鑄件、工程機(jī)械鑄件的大省，壓鑄機(jī)產(chǎn)能全國第一，注塑機(jī)制造規(guī)模全國第二，是新興的核電裝備、風(fēng)力發(fā)電裝備的制造基地，擬建全國第二大規(guī)模的船舶制造基地。因此，廣東省對優(yōu)質(zhì)鑄件的需求量將急劇增加。為此，各鑄鐵企

7、業(yè)應(yīng)把下述四項目標(biāo)作為自己的主要任務(wù):1.提高鑄件質(zhì)量和可靠性,生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)近終成形和近凈成形鑄件;2.加強(qiáng)環(huán)保,實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展;3.降低生產(chǎn)成本;4.縮短交貨期。 不言而喻,其中第一項是最重要的,如果不能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)鑄件,其它目標(biāo)就無從談起。為此必須對原有舊的鑄鐵廠進(jìn)行改造，對新建的鑄鐵廠確定選用什么樣的工藝技術(shù)和裝備，而采用先進(jìn)的鑄造工藝技術(shù)是決策的關(guān)鍵。二. 采用先進(jìn)鑄造工藝技術(shù)鑄造工藝技術(shù)首先要考慮造型工藝和鑄鐵熔煉技術(shù)兩方面，根據(jù)產(chǎn)品類型、尺寸大小、單件重量、生產(chǎn)批量等去選擇相適應(yīng)的鑄造工藝技術(shù)，這不僅關(guān)系到獲得質(zhì)量好，精度高的鑄件，而且從某種意義上來說選擇的正確與否關(guān)系到企業(yè)今后的發(fā)展

8、及成敗。1.濕砂高效自動化造型。由于粘土砂濕型鑄造具有造型材料成本低及造型生產(chǎn)率高等優(yōu)點,在工業(yè)化國家中目前鑄件總產(chǎn)量的65%70%是用粘土砂濕型工藝所生產(chǎn)，例如Disa公司新產(chǎn)品GFD DISA230垂直分型無箱射壓造型機(jī),其生產(chǎn)能力達(dá)到500型/小時(無砂芯時)。對大批量生產(chǎn)的中小型鑄鐵件, 宜采用垂直分型或水平分型脫箱射壓造型自動線；對大批量生產(chǎn)的中型復(fù)雜鑄件采用高壓造型自動線; 并且結(jié)合快換型板工裝, 這兩種工藝也適合生產(chǎn)中等批量的鑄鐵件。造芯采用殼芯和冷、熱芯盒工藝。汽車、摩托車、電機(jī)、家電零件、液壓件、小型泵閥及小型柴油機(jī)等大批量鑄件適宜采用濕砂自動化造型。2.呋喃樹脂自硬砂造型。

9、樹脂自硬砂特別適合于單件和中,小批量生產(chǎn)中,大型鑄件,只需配備相對簡單的設(shè)備即可組成機(jī)械化生產(chǎn)。國外在五十年代末以來,隨著樹脂砂應(yīng)用的不斷擴(kuò)大和技術(shù)進(jìn)步,所需用的成套設(shè)備日趨齊全和完善,其中包括砂型落砂,砂塊破碎,過篩,磁選,再生,除塵,調(diào)溫,樹脂砂混制,砂型緊實,翻箱,起模,上涂料,合型等工藝設(shè)備,以及新砂與舊砂運(yùn)輸,砂型運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備。近十年來,樹脂自硬砂在我省鑄造生產(chǎn)中逐步得到推廣應(yīng)用, 并發(fā)展迅速。其中佛山順德中天創(chuàng)展球鐵有限公司用此法生產(chǎn)球鐵和灰鐵鑄件年產(chǎn)4萬噸，球鐵最大單件重達(dá)45噸，灰鑄鐵最大單件重達(dá)55噸。 圖3. 大型壓鑄機(jī)頭板 圖4. 大型泵殼 圖5. 精密數(shù)控機(jī)床底座 圖6.

10、 打樁機(jī)汽缸3.近凈成形消失模鑄造技術(shù)。通常消失模鑄造分為兩類：用板材加工成形的氣化模鑄造和用模具發(fā)泡成形的消失模鑄造。前者的主要特點是：1）模樣不用模具成形，而是采用市售的泡沫板材，用數(shù)控加工機(jī)床分塊或手工制作，然后粘合而成。2）通常采用樹脂自硬砂作充填砂。后者的主要特點是:模樣在模具中成形和采用負(fù)壓干砂造型,它主要適用于中、小型鑄件的大批量生產(chǎn)。 圖7. 消失模生產(chǎn)的汽車?yán)焱鼓?圖8. 消失模生產(chǎn)的汽車?yán)彀寄＿@項技術(shù)的主要優(yōu)點是：模具成本僅為木制模樣的幾分之一，縮短制作周期一半以上；模樣完全在鑄型里燒掉，沒有產(chǎn)生泡沫殘塊垃圾，符合綠色環(huán)保要求；鑄件尺寸形狀準(zhǔn)確, 可減少機(jī)械加工余量，節(jié)

11、省大量加工工時；大大簡化造型操作，從而消除了由此而引起的鑄造缺陷及廢品，提高生產(chǎn)效率，特別是能夠?qū)⒛承┯迷T造方法難以生產(chǎn)甚至無法生產(chǎn)的鑄件形狀直接鑄造出來，提高了工藝出品率，降低鑄件成本；由于不分型和基本不用砂芯，鑄件無飛翅毛刺，減少清理工作量50%以上；改善了工人的操作條件，對工人的技術(shù)熟煉程度要求大大降低。因此, 消失模鑄造技術(shù)被國家重點推廣而成為改造傳統(tǒng)鑄造業(yè)應(yīng)用最廣泛的高新技術(shù), 與傳統(tǒng)的鑄造技術(shù)相比具有無與倫比的優(yōu)勢 sdKWH。近年中天創(chuàng)展球鐵有限公司通過研制開發(fā)并投入于生產(chǎn)，成功地用樹脂砂填砂的消失模技術(shù)生產(chǎn)了大批汽車?yán)炷＞?、沖壓模具、機(jī)床床身、箱體、底座、機(jī)架等具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)

12、的鑄件。4.“廢鋼增碳”技術(shù)。通過采用中頻感應(yīng)電爐“廢鋼增碳”的合成鑄鐵（球鐵與灰鐵）技術(shù)，可以代替價格比廢鋼高得多的生鐵。因為廣東地區(qū)汽車、金屬制品、五金沖壓、玩具等行業(yè)十分發(fā)達(dá)，每年產(chǎn)生大量的廢鋼邊角料300400萬噸, 需要回收處理，但是生鐵資源貧乏，特別是華南地區(qū)并無出產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生鐵。目前國際市埸鐵礦石價格飛漲，國家對小高爐關(guān)停并轉(zhuǎn)，使生鐵不僅價高且采購困難。焦炭的情況也一樣，價格在不斷上漲。應(yīng)用“廢鋼增碳”合成鑄鐵技術(shù)，可實現(xiàn)廢鋼邊角料的高效利用，節(jié)約國家資源以及符合綠色制造和循環(huán)再生資源的要求。另一方面，由于電爐熔煉鐵水化學(xué)成份易于調(diào)整、溫度易于控制以及凈化鐵水，大大提高了鑄件內(nèi)在質(zhì)量

13、，尤其是機(jī)械性能方面，球鐵伸長率可提高近50%，可以滿足風(fēng)電設(shè)備中的輪轂、軸承座等抗低溫沖擊鑄件伸長率大于18%、-20沖擊值大于12J/cm的技術(shù)要求，在生產(chǎn)高強(qiáng)度鑄鐵以及特種合金鑄鐵方面其優(yōu)勢更加明顯； 圖9. 12T中頻感應(yīng)電爐出鐵 圖10. 澆注大型鑄件圖11. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)輪轂合成球鐵件 圖12. 大斷面4000T液壓擠出機(jī)柱塞球鐵件經(jīng)濟(jì)效益與沖天爐熔煉相比，在目前廢鋼、生鐵、焦炭、電費(fèi)等價格條件下，可大幅度降低鑄件成本。5.大斷面球鐵鑄造技術(shù)。廣東省近年大力發(fā)展大型機(jī)械裝備，而作為此基礎(chǔ)的大型鑄件也要同步發(fā)展，否則不得不到外省采購。由此將會出現(xiàn)交貨周期長，質(zhì)量反饋慢以及長途運(yùn)輸困難等

14、問題。所以鑄造優(yōu)質(zhì)大型球鐵鑄件也是我省振興裝備制造業(yè)的必由之路，而大斷面球鐵質(zhì)量檢測與控制是技術(shù)的關(guān)鍵。厚大斷面球鐵件由于澆注后冷卻速度緩慢，容易造成鑄件厚壁中心或熱節(jié)石墨畸變，球數(shù)減少，組織粗大和石墨飄浮等球化孕育衰退問題, 因此導(dǎo)致鑄件的機(jī)械性能顯著下降，給大斷面鑄件的生產(chǎn)帶來困難。中天公司通過合理設(shè)計鑄件化學(xué)成分，采用釔基重稀土鎂復(fù)合球化劑，進(jìn)行瞬時和多次孕育，并采用成型冷鐵工藝，強(qiáng)制快冷鑄件厚實部分等措施，成功地生產(chǎn)出直徑540mm, 重7噸多的柴油打樁機(jī)柱塞鑄件。心部位置的抗拉強(qiáng)度350MPa，伸長率5%,滿足了市場對大斷面球鐵件的需求。 6. 鑄鐵合金化技術(shù)。合金化是提高鑄鐵性能的

15、重要手段之一，隨著技術(shù)的日益發(fā)展，鑄鐵合金或微合金化必將發(fā)揮重要的作用, 高附加值、高技術(shù)含量的特種球墨鑄鐵和灰鐵的應(yīng)用也愈來愈廣泛。合金化賦予鑄鐵高強(qiáng)度、耐磨、耐熱和耐蝕性能, 以適應(yīng)鑄件不同的工作條件, 例如汽車、家電產(chǎn)品的拉伸沖壓模具、大型球磨機(jī)襯板、砂漿泵葉輪、焙燒和加熱爐用件、耐蝕離心泵、閘閥等化工設(shè)備零部件等。 7. 大型復(fù)雜鑄件鑄造過程的計算機(jī)模擬技術(shù)。計算機(jī)模擬技術(shù)在輔助鑄造工藝設(shè)計,優(yōu)化工藝方案以及缺陷分析等方面可以提供有力的支持，該技術(shù)的普及應(yīng)用將有利于鑄造產(chǎn)品質(zhì)量特別是大型復(fù)雜鑄件質(zhì)量全面提高。包括以下幾個方面：鑄件凝固過程的數(shù)值模擬；鑄件充型過程的數(shù)值模擬；鑄件熱應(yīng)力的

16、數(shù)值模擬；鑄件微觀組織數(shù)值模擬等。為鑄件合理的鑄造工藝設(shè)計方案提供科學(xué)依據(jù)，縮短設(shè)計的周期、預(yù)測疏松、縮孔、氣孔、冷隔、裂紋等鑄造缺陷，從而保證鑄件質(zhì)量和提高經(jīng)濟(jì)效益。具體步驟是：在計算機(jī)上建立大型復(fù)雜鑄件的三維模型,及其澆冒系統(tǒng)、內(nèi)外冷鐵等工藝的三維模型后，根據(jù)鑄件的生產(chǎn)條件，應(yīng)用計算機(jī)模擬CAE軟件對鑄件的充型和凝固過程進(jìn)行數(shù)值模擬并反復(fù)優(yōu)化工藝，建立最優(yōu)鑄件成形的數(shù)據(jù)信息庫系統(tǒng)。計算機(jī)模擬技術(shù)在樹脂自硬砂鑄造工藝和消失模鑄造工藝上得到實際應(yīng)用。三. 節(jié)能減排與環(huán)保 能源與環(huán)境，清潔生產(chǎn)與可持續(xù)發(fā)展已成為當(dāng)今社會面臨的問題。鑄鐵行業(yè)是能源、材料消耗和環(huán)境污染的大戶，目前已遇到了前所未有的挑

17、戰(zhàn)。廣東省的鑄鐵企業(yè)主要分布在以廣州為中心的珠江三角洲地區(qū)。隨著近年來珠江三角洲地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，土地、水、電和人力成本等不斷上漲，環(huán)境日益惡化，珠江三角洲地區(qū)鑄鐵企業(yè)的發(fā)展已受到嚴(yán)重影響。同時普遍存在鑄件綜合質(zhì)量差、勞動條件惡劣、生產(chǎn)效率低，技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益差等問題。隨著環(huán)保執(zhí)法力度日漸加強(qiáng)，迫使鑄鐵業(yè)開始重視環(huán)保技術(shù)，開始重視鑄造煙塵治理、污水凈化、廢砂廢渣利用，并開發(fā)出多種鑄造環(huán)保設(shè)備（如震動落砂機(jī)除塵罩、移動式吸塵器、煙塵凈化裝置、污水凈化循環(huán)回用系統(tǒng)，鑄造舊砂干濕法再生技術(shù)及設(shè)備、鑄造廢砂爐渣廢塑料制作復(fù)合材料技術(shù)和設(shè)備等）。因此，大力宣傳、推廣節(jié)能降耗、綠色鑄造，清潔生產(chǎn)在我省已成當(dāng)務(wù)

18、之急。這不僅是企業(yè)節(jié)能降耗提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少污染、降低成本和提高效益所必需，也是沖破工業(yè)發(fā)達(dá)國家設(shè)置的綠色壁壘，穩(wěn)固地占領(lǐng)國際大市場所必需。這也是有遠(yuǎn)見的企業(yè)家主動斥巨資進(jìn)行清潔生產(chǎn)技改和開發(fā)綠色鑄造產(chǎn)品及推行國際化企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如ISO14000等）的理由。 采用上述的先進(jìn)鑄造工藝技術(shù)，可以提高鑄件質(zhì)量、降低廢品率、減少鑄件的加工余量，節(jié)約金屬材料；同時提高型砂的循環(huán)利用效率，減少廢砂的排放量，綜合利用工藝廢砂、廢渣，實現(xiàn)鑄造行業(yè)主要污染物的無或少排放。例如采用中頻感應(yīng)電爐代替沖天爐熔煉，熔化每噸鐵水節(jié)省能耗45公斤標(biāo)準(zhǔn)煤（kgce/t）。爐渣排量沖天爐為中頻電爐的10倍，排塵量為30倍以上, 排煙量也是30倍以上。四.大力發(fā)展鑄件機(jī)械加工鑄件的后續(xù)機(jī)械