磨礦介質生產設備的技術進步與發展

磨礦介質生產設備的技術進步與發展

                        姜慶志

姜慶志

從手工磨球模具到鐵型覆砂自動化鑄球生產線成功研發，寧國市志誠機械制造有限公司成功實現了磨礦介質生產設備的技術進步和創新跨越，特別在鐵型覆砂鑄球自動化裝備方面的技術創新，實現了磨礦介質生產設備從半機械化到自動化的技術升級，在鑄球分離分選自動化設備方面的技術創新，實現了磨礦介質生產清理工序自動化，使志誠機械成為鑄造行業技術領先的裝備制造企業之一。

一 技術進步與發展歷程

寧國志誠機械制造有限公司位于“中國耐磨鑄件之都”寧國市，是一家集鑄造設備、熱處理設備、鑄造模具和環保設備研究、開發、制造、銷售于一體的高新技術企業。2002年成立之初，主要從事手工鑄球、鑄段模具和簡易鑄造設備的生產。2009年加入中國鑄造協會耐磨材料與鑄件分會后，公司加大技術研發能力建設，圍繞磨礦介質生產設備實施技術創新戰略，開發出一系列新產品新技術，展現出朝氣蓬勃的創新活力，被中國鑄造協會耐磨材料與鑄件分會**指定為“耐磨鑄件生產設備研發基地”。2010年公司加入鋼鐵耐磨材料產業技術創新戰略聯盟。根據聯盟制定的”中國鑄造耐磨材料產業技術路線圖”要求，公司圍繞鑄球、鑄段生產實現機械化、自動化的目標開展技術創新活動，建立了產學研用相結合的技術創新體系，使企業逐步發展為行業技術領先、創新成果豐碩、成長性良好的創新創業主體。回顧過去16年的艱辛奮斗歷程，公司技術進步亮點紛呈：

1、成功開發GKW系列高效節能型推桿式連續自動熱處理生產線

為解決鑄球、鑄段熱處理生產自動化的技術瓶頸，2007年公司開展技術攻關，開發出GKW系列高效節能型推桿式全自動熱處理生產線。熱處理生產線設置進料機、液壓推缸、隧道式多級電阻爐、轉移機構、翻斗機構、淬火搖籃、油槽、冷卻設備、軌吊裝置，自動完成從進料、預熱、加熱、保溫、出爐到搖籃冷卻、油淬等工序，實現高效節能、清潔安全、自動化熱處理。該線廣泛應用于鑄球、鑄段產品淬火、回火熱處理。

熱處理生產線現場、淬火現場見圖1、圖2

圖1 熱處理生產線現場                   圖2 熱處理生產線淬火現場

其主要創新點：

1）采用隧道式多級分段控溫技術，滿足用戶根據熱處理工藝要求進行編程，實現自動控制。

2） 采用三種材料五層結構技術，實現熱處理設備節能降耗，降低生產成本。

3) 采用懸空爐底結構，提高電熱元件的熱能效率，降低設備故障率。

4) 采用“一”字形電阻絲排布技術，實現不停產更換電熱元件，提高了生產效率，降低了生產成本。

項目研發獲得實用新型5項，通過安徽省高新技術產品認定，被列為安徽省重點新產品計劃。

2、 自主研發出生產線鑄造模具

為了滿足鐵型覆砂鑄造機械化生產對工裝的要求，2010年公司開展了生產線鑄造模具的技術研發。項目根據鐵型覆砂工藝，通過模樣、鐵型、澆注系統、射砂系統、定位裝置的技術創新，開發出一種可用于機械化生產線的專用模具。生產線模具圖如圖3、圖4.

圖3   630*630生產線Ф80模具           圖4 840*840生產線Ф60模具

其主要創新點：

一是改變模具澆注系統，滿足不同材質產品的冷凝要求，提高了鑄件質量，**程度的提高了工藝出品率。

二是改變模具制造工藝，覆砂層精度控制在1.5mm左右，充分發揮了鐵模覆砂鑄造工藝的優越性。

三是定位系統的改進，解決了模具熱膨脹合箱困難，降低了錯箱發生率，延長了模具使用壽命。

項目研發獲得實用新型2項，制定安徽省地方標準1項，通過高新技術產品認定1項。項目的研發為鐵型覆砂鑄造生產線提供了模具工裝的保證。

3、開展了ZQJX-80-130鑄球半機械化生產線的試制

為解決大徑鑄球手工鑄造勞動強度大，工作環境惡劣，鑄造生產效率低，鑄球質量不穩定等技術難題，2009年我公司研制了首臺ZQJX-80-130半機械化鑄球生產線。該線采用金屬型模具、水玻璃黏土砂、人工定點造型，實現了模具自動循環運行、自動合箱、自動開箱等，適用于φ80以上大規格磨球的生產制造。   

鑄球半機械化生產線澆注和打砂現場如圖5、圖6

圖5   生產線吊包澆注現場                    圖6 上下模打砂現場

該線的創新點：

采用水玻璃黏土砂人工在線覆砂造型；

采用邊輥開放式運行方式，實現模具循環輸送；

利用標高差實現水平換向，保證了生產線運行平穩流暢。

項目研發獲得實用新型3項。該線采用人工覆砂和吊包澆注，屬于半自動化鑄球生產線，但是它在水平換向和運行方式的大膽創新為公司鐵型覆砂鑄造生產線研發提供了一種全新的設計思路。

4、開展了ZQJX-40-130F1鐵型覆砂鑄球機械化生產線的研發

為了滿足40-130mm鑄球鑄造生產的需要，2010年公司在**代生產線的基礎上進行了第二代生產線創新性改進。該線采用鐵型覆砂鑄造工藝和底注式恒溫澆注機定點澆注的方式，利用PLC實現了模具自動循環運行、自動開箱、自動合箱、自動脫件、振動清理殘砂、自動吹掃型腔等功能，實現了生產線故障自動診斷。該線不僅發揮了鐵型覆砂工藝的優越性，還提高了鑄造生產效率，提升了鑄造磨球產品質量。

該線采用覆膜砂覆砂造型，覆砂層厚度3-5mm，型砂用量140-240kg/噸磨球，運行節拍60-100秒/次，工藝出品率75%左右，鑄球正品率≧95%，臺時產量1-2噸/h，裝機功率276KW。在線用工4人。

湖南紅宇耐磨材料有限公司鑄球生產線現場見組圖1

       組圖1 湖南紅宇ZQJX-40-130鐵型覆砂鑄球機械化生產線現場

該線的創新點：

采用雙工位造型機覆砂造型，并將覆砂層精度控制在1.5mm，**限度的減少覆膜砂用量,發揮了鐵型覆砂工藝的優越性；

采用自主研發的漏模造型裝置技術及自動找正技術，有效解決了在線造型過程中模具偏移、漏氣和漏砂現象。

采用復式運行模式，實現了兩種規格鑄球在線同步造型澆注，有效提高了鑄造生產效率。

實現了生產線故障自動診斷。

采用一次成型澆口杯工藝技術，去掉了澆口杯操作工工位。

項目研發獲得發明1項目，實用新型6項。

5、開展了ZZJX-F多功能鐵型覆砂鑄造生產線的技術攻關

在總結**、第二代鑄球生產線的成功和不足之處之后，2013年公司針對鑄球生產線自動化程度低和應用范圍狹窄的技術瓶頸，開展了第三代生產線的研發。

ZZJX-F多功能鐵型覆砂鑄造生產線采用剛性 + 柔性輸送 + 多級驅動的運行模式，實現四工位造型機覆砂造型、自動開箱、自動合箱、自動出件、模腔吹掃、模溫控制、廢砂輸送等功能，同時結合傾轉式澆注機實現精準澆鑄安全生產，再融合網絡通訊技術實現鑄造生產過程智能化控制。與第二代生產線不同之處：第三代生產線不僅可以滿足∮40-150低鉻、中鉻、高鉻、奧貝、ADI、CADI磨球的鑄造生產，還可以滿足輪轂、制動鼓、水表殼、曲軸、轉子、曳引輪、機座、排氣歧管及各種盤件的鑄造生產，適用領域更加廣泛，符合鑄造企業產品結構調整的多層次需要。

風形公司ZZJX-F鐵型覆砂鑄球生產線現場見組圖2

組圖2 風形公司ZZJX-F鐵型覆砂鑄球生產線全景

該線的創新點：

1）采用多臺雙工位或多臺四工位造型機覆砂造型，提高了造型速度，實現多規格鑄件同時在線生產。

2)采用剛性 + 柔性輸送 + 多級驅動的運行模式，實現了分線造型、集中合箱、并線澆注，造型線和澆鑄線交叉運行，運行節拍分段控制，生產線運行更加流暢。

3)生產效率高，ZZJX-F多功能鐵型覆砂鑄球生產線運行節拍50-90″/箱，工藝出品率75%左右，造型完整率≥95%，正品率≥96%，臺時產量較二代線平均提高一倍。

4)自動化和智能化大幅度提高，大大降低了工人的勞動強度，由操作設備進步到巡視和輔助操作。

5)采用網絡通訊技術 + PLC自動控制技術，實現了設備運行遠程智能化服務。

項目研發獲得發明2項，實用新型5項。

6、鑄造車間環保一體化設備的研發

針對鑄造行業勞動強度大、環境污染危害嚴重、職業衛生狀況惡劣的現狀，公司開展鑄造車間環保一體化設備開發。在鐵型覆機械化鑄球生產線上覆砂工位、澆注工位、冷卻工位配置抽煙、除塵、凈化處理設備；熱處理生產線淬火油池設置密封吸煙罩，將油煙集中后進油水分離凈化后排出；對鑄造車間有害氣體、粉塵煙塵進行集中收集凈化處理，不僅保證了鑄造生產從業人員的身心健康，促進鑄造行業良性發展，改善總體生產環境，而且對建立新型綠色鑄造，清潔鑄造，無塵鑄造業態模式有著積極的意義。

公司研發的鑄造廢氣光催化氧化凈化機，采用納米二氧化鈦紫外光催化氧化技術對鑄造車間揮發性有機物進行有效去除，除臭和殺菌效果顯著，惡臭氣體處理分解凈化完全達到無害化排放，不產生二次污染，實現了鑄造廢氣油煙一體化治理。設備占地面積小，操作簡單，具有高效凈化節能減排的特點。

項目研發獲得實用新型2項，產品在鑄造企業推廣應用后不僅有效改善了鑄造車間作業環境，得到用戶單位的好評，也獲得了當地安監部門的肯定。

鑄造車間環保一體化設備現場見組圖3

組圖3   鑄造車間環保一體化設備現場

7、開展了鑄球分離分選自動化設備的研發

鐵型覆砂鑄球機械化生產線的推廣應用，鑄球生產效率得到大幅度提升，為了解決鑄球分離分選工藝裝備落后，鑄球清理勞動強度大的難題，公司圍繞“鑄造技術裝備創新”戰略，提出了“鐵型覆砂鑄球機械化生產線＋鑄球自動化分離分選設備”的鑄造工藝革新思路，并開展了一體化鑄造裝備的項目研發。鑄球自動化分離分選設備采用震動、旋轉等力學原理和變頻技術，采用V形多級輸送結構，在預制坑道內實現再用砂的分選利用和鑄球、澆冒口、廢砂、廢鐵渣的分離分選和分類收集。通過加裝減噪吸音材料，對每個揚塵點進行粉塵收集，實現分離分選作業過程降低噪聲、粉塵污染減量排放和無害化作業。該產品的研發實現了鑄造清理工序自動化，降低了鑄球分離分選的勞動強度、改善勞動環境。

項目研發獲得發明1項，實用新型1項，產品自投放市場以來深受用戶贊譽，填補了國內外市場空白。

鑄球分離分選自動化設備現場見組圖4

              組圖4   鳳形公司鑄球分離分選自動化設備現場

二、磨礦介質生產設備技術進步促進鑄造產業技術升級

志誠機械開發的磨礦介質生產設備，秉承科技鑄造和綠色鑄造理念，靈活運用先進的機電一體化和信息化技術實現了鑄件熱處理自動化生產、鐵型覆砂鑄造機械化生產、鑄造車間環保一體化、鑄球分離分選自動化。特別是鐵型覆砂鑄造裝備實現了智能控制、遠程服務、自動報警、一模多鑄和在線同時生產兩種規格產品的功能，具有顯著的節能和低排放特征，實現了耐磨鑄球生產設備科技進步，它的成功研發和投放市場，提高了鑄球生產效率和質量、減少了用工量、降低了勞動強度，對促進我國耐磨鑄件產業技術裝備優化升級，推動鑄造產業整體技術進步具有深遠的意義。

三、技術創新助推企業市場競爭力進一步提升

志誠機械成立以來，始終堅持“以創新、品質和誠信為廣大鑄造生產企業提供滿意的服務”為立企宗旨，秉持“做專業的，做**的”的經營理念，致力于先進鑄造裝備開發。目前，共獲得發明5項，實用新型36項，制定企業標準8項，主導指制定地方標準1項，制定行業標準1項，擁有高新技術產品7項，安徽省新產品4項，安徽省重點新產品1項，安徽省**商標1項，安徽省**產品1項。

2013年“ZQJX-40-130鐵型覆砂鑄球機械化生產線”首度獲得“鑄造設備創新獎”，2015年“ZZJX-F鐵型覆砂鑄造生產線”在第十三屆中國國際鑄造博覽會上再次榮獲“鑄造裝備創新獎”，同時榮獲宣城市科技進步一等獎，2016年鐵型覆砂曲軸鑄造自動化生產線在第十四屆中國國際鑄造博覽會上又一次斬獲“鑄造裝備創新獎”。

公司獲得的鑄造裝備創新獎和科技進步一等獎證書件組圖5

           組圖5   公司獲得的鑄造裝備創新獎和科技進步一等獎

在高度重視技術創新的同時，公司嚴格按照管理體系要求加強質量管理，推進磨礦介質生產設備對標生產和檢驗，產品優質率合格率始終保持在99％以上。因技術先進，品質優良，志誠機械“智成”牌鑄造設備深得鑄造行業廣大用戶認可，中國**耐磨材料企業安徽鳳形耐磨材料股份有限公司、國內首家耐磨材料上市公司湖南紅宇、中國500強西子集團、東洋利達（日資）、河北遷西奧迪愛、江西銅業集團、寧國東方碾磨、寧國開源耐磨、寧國華豐耐磨、鞍山東泰、新疆八鋼、鞍鋼集團等**企業均采用公司開發的鐵型覆砂鑄造裝備，并出口剛果（金）﹑南非、贊比亞﹑津巴布韋、外蒙等國生產線6條。志誠機械開發的各型鐵型覆砂鑄球生產線在耐磨鑄件行業已裝備200多條線，市場占有率達80％以上。公司圍繞耐磨材料產業成功開發的鑄球自動化分離分選自動化設備自2016年投放市場以來，填補了國內外市場空白。

四、企業技術創新的認識和體會

改革開放之初，我國鑄造行業特別是磨礦介質生產普遍采用手工鑄造，工人不僅要忍受惡劣的生產環境，還要付出高強度的勞動，企業產品質量不穩定，產量不高，普遍依賴粗放型方式實現增長，產業效益低下。究其根本原因主要是磨礦介質生產設備落后。黨的十六屆五中全會把發展裝備制造業提到重要的戰略地位，明確指出了裝備制造業對國民經濟發展具有重要的支撐作用。通過改革開放以來特別是我公司耐磨鑄件生產設備技術創新與發展的歷程回顧，我們深刻認識到開展先進鑄造裝備技術創新并提高其在行業應用水平是實現鑄造產業經濟增長方式轉變的必由之路，是鑄造行業實行結構優化升級的重要支撐，是鑄造企業全面提高市場競爭力提高社會經濟效益的根本條件。

志誠機械成立十六年來，緊緊圍繞“耐磨鑄件生產設備研發基地”創建實施持續創新發展戰略，堅持不懈投入人力物力財力進行技術創新，使我國鑄造工藝裝備煥發出強勁的生命力，成功將磨礦介質生產設備應用范圍從單一的鑄球產品延伸輻射到戰略性新興產業，將銷售從區域市場拓展到國內國際市場。志誠機械的成功得益于堅持不懈的技術創新，精益求精的品質追求，誠信務實的高效服務。

下一步，我們要抓住鑄造產業結構優化調整的機遇，繼續秉持“創新驅動，打造高端鑄造設備”的經營理念，通過實施“核心競爭力培育”工程，增強企業創新能力，提高制造技術水平，打造以高端智能環保型鑄造成套設備制造為核心的面向全球市場的制造企業，推動傳統鑄造模式向高效優質安全清潔化生產轉型，實現國產鑄造裝備制造業的信息化、智能化，促進中國鑄造產業振興發展。

作者簡介：

姜慶志，男，出生1970年4月，寧國市志誠機械制造有限公司董事長，中國鑄造協會耐磨材料與鑄件分會委員，中國機械工程學會磨損失效分析與抗磨技術專業委員會委員，鋼鐵耐磨材料產業技術創新戰略聯盟理事，暨南大學先進耐磨蝕及功能材料研究院和高性能金屬材料技術國家地方工程研究中心客座研究員。

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