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桥梁支座先烧后浇特种消失模涂料的研究

 
李立新

(河北科技大学 材料科学与工程学院,河北 石家庄  050018)

摘 要YZM系列圆柱面支座是一种新型铁路桥梁钢支座,采用消失模铸造工艺生产铁路桥梁钢支座有许多优点。介绍了模样燃烧消失空型壳消失模铸造的工艺过程,研究了燃烧除碳法的模样材料性质、涂料、真空负压等主要因素的影响。河北科技大学新研制的高强度水基涂料成为关键。

关键词消失模铸造;钢支座;模型燃烧

 

1 前言

中国铁路运输正向着重载高速的方向发展。我国铁路桥梁使用的支座主要为弧型支座、摇轴支座、辊轴支座和盆式橡胶支座,这些支座或多或少存在着一些不足之处。YZM系列圆柱面钢支座是一种以面接触传递竖向荷载的新型铁路桥梁支座,支座以圆柱面之间的转动和平面之间的滑动组合来协调桥梁上部结构因受力、温度变化等原因产生的变形 [1]。在青藏铁路、胶新铁路、宣杭铁路和宁启铁路等铁路线建设中,YZM系列圆柱面支座得到大量的应用。桥梁支座可靠性将直接影响桥梁结构的安全度和耐久性,因此,对支座的铸造质量提出了很高要求。

采用消失模铸造工艺生产铁路桥梁钢支座有许多优点。但是,消失模铸钢件的增碳等问题是我国铸造企业面临的共同难题,尤其是对力学性能要求高的铸钢件[2]。因此,必须解决桥梁支座铸钢件的增碳问题,才能使消失模铸钢技术向生产力学性能要求高的零部件方向发展。

EPS消失模铸件的增碳缺陷,一直是困扰消失模大规模工业应用和发展的障碍。即使是有50年消失模历史的美国也没有完全解决消失模铸钢件增碳问题[3]。在干砂负压条件下把EPS模型燃烧成空壳或接近于空壳,而后浇注出无增碳缺陷或微增碳缺陷的精良铸件,这就是消失模“先烧后浇空壳铸造法”。采用消失模先烧后浇空壳铸造方法,由于模型在浇注以前燃烧掉,因此,模型材料的选用、模型制作、真空度等参数不同。采用“先烧后浇空壳铸造”方法必须正确选择模型材料、涂料、模型燃烧方法、负压等。

2 涂料的选择

涂料在“先烧后浇空壳铸造法”中是非常关键的因素,涂料层在浇注时将金属液与铸型隔离,防止钢水渗入型砂产生粘砂、砂眼等缺陷。在负压条件下烧成空壳过程中,涂料必须经得起高温烧烤,因此必须采用高强度、耐烧耐高温和透气性、抗裂性良好的涂料,由于钢水温度高,金属液对铸型涂料的热作用较强,如果涂料性能差而经不起烧烤,会出现大量表面粘砂、包砂、掉涂料块等缺陷。

采用的河北科技大学新研制的高强度水基涂料具有良好的悬浮性、涂刷性、触变性、吸着性、透气性,高强度的涂层耐磨、抗裂并略有弹性;能有效改善各类烧结型耐火骨料的烧结性能和抗粘砂、抗夹砂、抗热裂性能,浇注后易使涂层成片与铸件分离剥落,极易清理;用于消失模铸件的骨料粉粒度宜选用180260目。涂料采用浸涂的方法,为了保证模型燃烧过程不出问题,必须保证涂层厚度大于2mm

3 模型燃烧及负压选择

消失模“先烧后浇空壳铸造”工艺的具体方法是,把桥梁支座模型组成模型簇,模型顶部设置排气冒口和通气孔,模型装入砂箱振动紧实后,浇注前用特制的“氧枪”在真空负压环境下通过浇注系统引燃泡沫模样,引燃后增大“氧枪”的输氧量,使氧气在真空负压作用下能顺利进入型腔,加速泡沫模样燃烧,燃烧产物通过冒口通气孔排出型腔。由于浇注过程中泡沫通过燃烧“消失”接近于空壳,可有效地消除铸件的气孔及碳分布不均匀缺陷,也有利于避免呛火现象产生。

操作过程中只要负压保持在0.03MPa以上就不会塌垮,因为砂型空腔在真空作用下,其所受力方向是由里向外且与涂层壳层平面几乎垂直,空壳涂料层贴紧在干砂壁面上。

浇注完毕之后,钢液在型中处于液固相共存区时即可割破箱顶上的薄膜,打破真空状态,让冷空气流吸入箱内加快铸件的冷却速度,对于提高生产效率、细化桥梁支座铸件表面晶粒、抑制表面渗碳、促进涂层脱落都是行之有效的。

 

4 结 论

桥梁支座铸钢件采用河北科技大学新研制的高强度水基涂料,实现“先烧后浇空壳”消失模铸造工艺,完全可以解决铸钢件生产过程出现的增碳、表面粘砂、夹砂等缺陷,制造出高质量合格的铸件。桥梁支座采用负压条件下先烧后浇空壳铸造技术简单、易行,可以达到减小机加工余量、提高生产效率、改善劳动环境、降低综合生产成本的目的。

 

李立新(1966-),男,河北科技大学,硕士,副教授,主要从事消失模铸造;

中国铸造协会消失模分会   副秘书长

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