稿件來源：中國煤炭報
看渣漿泵廠如何“玩轉(zhuǎn)”鑄造工藝
——走進(jìn)冀中能源石家莊工業(yè)泵廠有限公司
近年來，冀中能源集團(tuán)現(xiàn)代服務(wù)板塊持續(xù)提質(zhì)量、增效益，穩(wěn)步進(jìn)軍高端裝備制造領(lǐng)域。自1989年實施專業(yè)化發(fā)展以來，冀中能源集團(tuán)石家莊工業(yè)泵廠有限公司（以下簡稱石工泵公司）相繼開發(fā)了渣漿泵、脫硫泵、船用泵、陶瓷泵、智能泵、化工泵等9大系列300多個型號產(chǎn)品，遍及電力、有色、鋼鐵、冶金、煤炭、石化、環(huán)保等多個行業(yè)。
一家成功的渣漿泵廠能“玩轉(zhuǎn)”幾種鑄造工藝？石工泵公司鑄造分廠副廠長姜飛給出的答案是5種。
“其中正在研發(fā)、試制國內(nèi)唯一的覆膜砂殼型鑄造方式。”他言語中透出自豪。
初嘗工藝革新成果
一大早，姜飛和工友便從機(jī)加工車間拉回了不同顏色的蛇皮袋，袋內(nèi)裝有機(jī)加工泵體后的副產(chǎn)品——鐵屑。
“加工后的泵體更光潤，車削泵體時產(chǎn)生的鐵屑也能回收利用。”姜飛說，裝填這些鐵屑的蛇皮袋顏色不同，硬度也不一樣，“紅色袋子內(nèi)的鐵屑材質(zhì)較硬，綠色則偏軟”。
雖材質(zhì)不同、用處不等，但它們最終被送往鑄造車間，根據(jù)不同需求熔煉成鐵水。得益于鐵屑回收利用，石工泵公司每年原材料費(fèi)用下降5%。
在樹脂砂鑄造車間，職工們汗流浹背、疾步如飛，趕制著蒙古國訂購的重型單殼渣漿泵。
“這批訂貨對材質(zhì)要求很高。”姜飛說，盡管他們已掌握國內(nèi)最大渣漿泵的生產(chǎn)工藝及流程，但面對重量超過15噸、高度接近4米的蝸殼，“仍不敢有半點懈怠”。
石工泵公司1947年建廠，前身為晉察冀軍區(qū)建立的井陘礦機(jī)器廠。至今，石工泵公司已由初期的礦機(jī)加工、修配，發(fā)展為集研發(fā)、制造、營銷、服務(wù)于一體的工業(yè)泵專業(yè)制造企業(yè)。產(chǎn)品涵蓋電力、煤炭、冶金、有色、疏浚等行業(yè)，足跡遍布30多個國家、地區(qū)。
最初，石工泵公司只具備黏土砂鑄造工藝。姜飛說，黏土砂是以黏（陶）土為粘結(jié)劑的型砂，雖然成本低廉，適合批量、規(guī)模生產(chǎn)，但在鑄造過程中會產(chǎn)生大量粉塵顆粒物，污染作業(yè)環(huán)境。
上世紀(jì)90年代，樹脂砂制造工藝方興未艾。石工泵公司科研人員觀摩取經(jīng)、設(shè)計圖紙，更新設(shè)備、改造流程，于1999年順利引進(jìn)了樹脂砂鑄造工藝。
姜飛向記者簡述了樹脂砂鑄造工藝流程：“根據(jù)圖紙尺寸制作出上下兩部分對應(yīng)模具，選用合適砂箱套于模具上作為砂型的外框造型，再用混砂機(jī)設(shè)備將樹脂砂按照一定配比放入砂箱中，等待砂型固化后起模。”
他說，上下兩部分砂型須用特制涂料涂刷防止粘砂，砂型合箱中的剩余空間就是鑄件的形狀，將熔煉后的鐵水澆注入砂型中就完成了鑄件成型，“之后清理鑄件周圍及表面的砂子，便得到了鑄件雛形”。
姜飛表示，樹脂砂工藝可生產(chǎn)任意形狀、大小的泵體，且抑塵率突破90%。依托樹脂砂鑄造工藝，科研人員僅用3年，就將應(yīng)用于泵體的抗磨材料等級從GLH1級提升到GLH5級，引領(lǐng)了行業(yè)發(fā)展。
隨著訂單激增，該廠需要快速打破大批量生產(chǎn)困局。2012年11月，石工泵公司適時引進(jìn)了V法鑄造生產(chǎn)工藝。
V法工藝是取英文真空一詞的字頭V而得名。”多年來，技術(shù)工藝部工程師閆麗至潛心鉆研V法工藝流程再造，“此工藝摒棄了粘合劑，利用塑料薄膜密封砂箱，靠真空抽出型內(nèi)空氣使干砂密實，形成所需型腔，澆注獲得鑄件。”
閆麗至漸漸發(fā)現(xiàn)，雖然V法鑄造工藝環(huán)保高效、節(jié)約成本，但面對型腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜的葉輪、蝸殼，仍束手無策。
探索兩種工藝結(jié)合
閆麗至想到，既然樹脂砂工藝可以鑄造任意形狀、大小的構(gòu)件，不如將其與V法鑄造結(jié)合起來，也許會產(chǎn)出精度更高、形狀各異且數(shù)量較多的構(gòu)件呢？
他在系列渣漿泵的蝸殼、葉輪上做起試驗，通過反復(fù)比對數(shù)據(jù)，更改參數(shù)30余次，熔煉成型10多次，終于成功產(chǎn)出合格的渣漿泵關(guān)鍵過流鑄件。2022年11月，由閆麗至主導(dǎo)的渣漿泵葉輪的復(fù)合鑄造工藝獲得國家發(fā)明專利，在全行業(yè)推廣應(yīng)用。
經(jīng)姜飛測算，相比樹脂砂工藝，復(fù)合鑄造工藝廢氣排放量降低了90%，“經(jīng)過活性炭吸附尾氣凈化裝置處理，大氣排放基本為清潔空氣”。
這邊，閆麗至取得了階段性成果。那邊，同事史彩云卻為消失模串燒鑄造大費(fèi)周折。
本世紀(jì)初，鑄造行業(yè)興起消失模工藝，所創(chuàng)造的泵體外觀更為精良。石工泵公司順勢而為，引進(jìn)了整條消失模生產(chǎn)線。
據(jù)了解，消失模鑄造是將與鑄件尺寸形狀相同的石蠟或泡沫模型粘結(jié)組合為模型簇，烘干刷涂的耐火涂料后，埋于石英砂中振動造型，而后于負(fù)壓條件下澆注熔煉鐵水，使模型氣化，凝固冷卻后形成鑄件的新型鑄造方法。
史彩云始終圍繞提升副葉輪澆注質(zhì)量下功夫，“除了密封作用外，副葉輪能有效降低軸向力，延長泵體軸承壽命”。
在行業(yè)內(nèi)，副葉輪的鑄造方案多為樹脂砂造型或消失模軸孔放置大冒口。“樹脂砂造型工藝原材料是樹脂和固化劑，成本偏高且含有揮發(fā)性物質(zhì)，不利于環(huán)保。消失模軸孔放置大冒口的工藝簡單，綠色環(huán)保，但出品率又不足。”她說。
經(jīng)過近半年攻關(guān)，史彩云終于研發(fā)出副葉輪消失模串燒澆注和副葉輪消失模串燒鑄造工藝用的模型簇。
她拿起一簇直徑50厘米、形似“葡萄串”的待燒模型輕松地說，“一次便可澆筑15個”。史彩云通過設(shè)置副葉輪模型的圓周面與直澆道模型間的角度以及內(nèi)澆道于副葉輪模型連接處的高度，控制金屬液的流向，確保了葉輪成型質(zhì)量，出品率提升了10%。
發(fā)力研發(fā)非金屬材料
日前，石工泵公司下線了自主研發(fā)生產(chǎn)的700TC大型陶瓷循環(huán)泵，并通過水力性能試驗，各項性能指標(biāo)均達(dá)到或超過設(shè)計要求。
石工泵公司總工程師路春謙認(rèn)為，金屬葉輪在脫硫脫硝作業(yè)中的耐腐蝕性較差，大幅縮減了泵體的使用壽命，“因而，陶瓷泵才是渣漿泵行業(yè)的發(fā)展方向”。
2009年，石工泵公司著手研發(fā)非金屬材料在泵體的應(yīng)用。他們從材料研發(fā)、制作工藝試驗、零件模具設(shè)計等方面入手。經(jīng)多次論證、試驗、改進(jìn)，率先在工業(yè)泵領(lǐng)域推廣陶瓷材料。
記者走進(jìn)干凈整潔、一塵不染的陶瓷泵生產(chǎn)車間，看到職工有的操作攪拌機(jī)混合陶瓷材料，有的清理成型的葉輪。路春謙俯下身，撫摸平整的葉輪。
“這里面有一副鐵質(zhì)骨架，外部包圍了一層陶瓷復(fù)合材料，泵體蝸殼依然采用耐磨耐腐的金屬材質(zhì)。”路春謙指出，陶瓷泵整體結(jié)構(gòu)為單級、單吸（軸向吸入）、懸臂、懸架式結(jié)構(gòu)，本身具有的高效率、高性能、耐腐蝕、耐磨損等特性，能適應(yīng)諸如電廠、鋁廠脫硫、脫銷等高磨損、高腐蝕環(huán)境。
據(jù)了解，石工泵公司研發(fā)的陶瓷材料被業(yè)界稱為SiC和高分子結(jié)合的復(fù)合陶瓷材料，其核心技術(shù)是基于金屬泵高效的水利模型，利用陶瓷—金屬復(fù)合制造技術(shù)，提高了漿液在泵體內(nèi)的流動效率，使設(shè)備始終處于高效、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)。
路春謙說，在設(shè)計生產(chǎn)700TC陶瓷泵過程中，研發(fā)人員對每個零部件進(jìn)行了分析設(shè)計、三維繪制和結(jié)構(gòu)剖析，在保證運(yùn)行參數(shù)的前提下，最大限度優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)及壁厚，控制了泵件重量。
“過流件選用QT500-7金屬骨架，內(nèi)襯為復(fù)合陶瓷材質(zhì)，軸承體采用筒式結(jié)構(gòu)，輕便、緊湊、拆裝方便，泵體各部件在高腐工況下仍保證了長壽命。”姜飛表示，他們采用獨特的陶瓷加工技術(shù)和復(fù)合成型工藝，保證了陶瓷部件的致密性和強(qiáng)度。
此外，他們還在水力模型設(shè)計、泵件尺寸計算、軸承校核計算、泵體結(jié)構(gòu)以及外觀設(shè)計等方面，進(jìn)行詳細(xì)核算與多種方案的比較，大幅提升了產(chǎn)品運(yùn)行效率。
“得益于在渣漿泵方面取得的科研實效，石工泵公司帶動了石家莊市周邊渣漿泵產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展。”河北省鑄造行業(yè)協(xié)會相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，近期河北省政府已授予石工泵公司“專精特新”示范企業(yè)稱號。
如今，石工泵公司在樹脂砂鑄造工藝基礎(chǔ)上，相繼引進(jìn)推廣消失模鑄造和V法鑄造生產(chǎn)線，并不斷進(jìn)行升級改良，以鑄造工藝的轉(zhuǎn)型升級帶動了產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型升級、綠色發(fā)展。
（王海）