看渣浆泵厂如何玩转铸造工艺:石家庄工业泵厂

看渣浆泵厂如何“玩转”铸造工艺

——走进冀中能源石家庄工业泵厂有限公司

近年来，冀中能源集团现代服务板块持续提质量、增效益，稳步进军高端装备制造领域。自1989年实施专业化发展以来，冀中能源集团石家庄工业泵厂有限公司（以下简称石工泵公司）相继开发了渣浆泵、脱硫泵、船用泵、陶瓷泵、智能泵、化工泵等9大系列300多个型号产品，遍及电力、有色、钢铁、冶金、煤炭、石化、环保等多个行业。

一家成功的渣浆泵厂能“玩转”几种铸造工艺？石工泵公司铸造分厂副厂长姜飞给出的答案是5种。

“其中正在研发、试制国内唯一的覆膜砂壳型铸造方式。”他言语中透出自豪。

初尝工艺革新成果

一大早，姜飞和工友便从机加工车间拉回了不同颜色的蛇皮袋，袋内装有机加工泵体后的副产品——铁屑。

“加工后的泵体更光润，车削泵体时产生的铁屑也能回收利用。”姜飞说，装填这些铁屑的蛇皮袋颜色不同，硬度也不一样，“红色袋子内的铁屑材质较硬，绿色则偏软”。

虽材质不同、用处不等，但它们最终被送往铸造车间，根据不同需求熔炼成铁水。得益于铁屑回收利用，石工泵公司每年原材料费用下降5%。

在树脂砂铸造车间，职工们汗流浃背、疾步如飞，赶制着蒙古国订购的重型单壳渣浆泵。

“这批订货对材质要求很高。”姜飞说，尽管他们已掌握国内最大渣浆泵的生产工艺及流程，但面对重量超过15吨、高度接近4米的蜗壳，“仍不敢有半点懈怠”。

石工泵公司1947年建厂，前身为晋察冀军区建立的井陉矿机器厂。至今，石工泵公司已由初期的矿机加工、修配，发展为集研发、制造、营销、服务于一体的工业泵专业制造企业。产品涵盖电力、煤炭、冶金、有色、疏浚等行业，足迹遍布30多个国家、地区。

最初，石工泵公司只具备黏土砂铸造工艺。姜飞说，黏土砂是以黏（陶）土为粘结剂的型砂，虽然成本低廉，适合批量、规模生产，但在铸造过程中会产生大量粉尘颗粒物，污染作业环境。

上世纪90年代，树脂砂制造工艺方兴未艾。石工泵公司科研人员观摩取经、设计图纸，更新设备、改造流程，于1999年顺利引进了树脂砂铸造工艺。

姜飞向记者简述了树脂砂铸造工艺流程：“根据图纸尺寸制作出上下两部分对应模具，选用合适砂箱套于模具上作为砂型的外框造型，再用混砂机设备将树脂砂按照一定配比放入砂箱中，等待砂型固化后起模。”

他说，上下两部分砂型须用特制涂料涂刷防止粘砂，砂型合箱中的剩余空间就是铸件的形状，将熔炼后的铁水浇注入砂型中就完成了铸件成型，“之后清理铸件周围及表面的砂子，便得到了铸件雏形”。

姜飞表示，树脂砂工艺可生产任意形状、大小的泵体，且抑尘率突破90%。依托树脂砂铸造工艺，科研人员仅用3年，就将应用于泵体的抗磨材料等级从GLH1级提升到GLH5级，引领了行业发展。

随着订单激增，该厂需要快速打破大批量生产困局。2012年11月，石工泵公司适时引进了V法铸造生产工艺。

V法工艺是取英文真空一词的字头V而得名。”多年来，技术工艺部工程师闫丽至潜心钻研V法工艺流程再造，“此工艺摒弃了粘合剂，利用塑料薄膜密封砂箱，靠真空抽出型内空气使干砂密实，形成所需型腔，浇注获得铸件。”

闫丽至渐渐发现，虽然V法铸造工艺环保高效、节约成本，但面对型腔结构复杂的叶轮、蜗壳，仍束手无策。

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探索两种工艺结合

闫丽至想到，既然树脂砂工艺可以铸造任意形状、大小的构件，不如将其与V法铸造结合起来，也许会产出精度更高、形状各异且数量较多的构件呢？

他在系列渣浆泵的蜗壳、叶轮上做起试验，通过反复比对数据，更改参数30余次，熔炼成型10多次，终于成功产出合格的渣浆泵关键过流铸件。2022年11月，由闫丽至主导的渣浆泵叶轮的复合铸造工艺获得国家发明专利，在全行业推广应用。

经姜飞测算，相比树脂砂工艺，复合铸造工艺废气排放量降低了90%，“经过活性炭吸附尾气净化装置处理，大气排放基本为清洁空气”。

这边，闫丽至取得了阶段性成果。那边，同事史彩云却为消失模串烧铸造大费周折。

本世纪初，铸造行业兴起消失模工艺，所创造的泵体外观更为精良。石工泵公司顺势而为，引进了整条消失模生产线。

据了解，消失模铸造是将与铸件尺寸形状相同的石蜡或泡沫模型粘结组合为模型簇，烘干刷涂的耐火涂料后，埋于石英砂中振动造型，而后于负压条件下浇注熔炼铁水，使模型气化，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。

史彩云始终围绕提升副叶轮浇注质量下功夫，“除了密封作用外，副叶轮能有效降低轴向力，延长泵体轴承寿命”。

在行业内，副叶轮的铸造方案多为树脂砂造型或消失模轴孔放置大冒口。“树脂砂造型工艺原材料是树脂和固化剂，成本偏高且含有挥发性物质，不利于环保。消失模轴孔放置大冒口的工艺简单，绿色环保，但出品率又不足。”她说。

经过近半年攻关，史彩云终于研发出副叶轮消失模串烧浇注和副叶轮消失模串烧铸造工艺用的模型簇。

她拿起一簇直径50厘米、形似“葡萄串”的待烧模型轻松地说，“一次便可浇筑15个”。史彩云通过设置副叶轮模型的圆周面与直浇道模型间的角度以及内浇道于副叶轮模型连接处的高度，控制金属液的流向，确保了叶轮成型质量，出品率提升了10%。

发力研发非金属材料

日前，石工泵公司下线了自主研发生产的700TC大型陶瓷循环泵，并通过水力性能试验，各项性能指标均达到或超过设计要求。

石工泵公司总工程师路春谦认为，金属叶轮在脱硫脱硝作业中的耐腐蚀性较差，大幅缩减了泵体的使用寿命，“因而，陶瓷泵才是渣浆泵行业的发展方向”。

2009年，石工泵公司着手研发非金属材料在泵体的应用。他们从材料研发、制作工艺试验、零件模具设计等方面入手。经多次论证、试验、改进，率先在工业泵领域推广陶瓷材料。

记者走进干净整洁、一尘不染的陶瓷泵生产车间，看到职工有的操作搅拌机混合陶瓷材料，有的清理成型的叶轮。路春谦俯下身，抚摸平整的叶轮。

“这里面有一副铁质骨架，外部包围了一层陶瓷复合材料，泵体蜗壳依然采用耐磨耐腐的金属材质。”路春谦指出，陶瓷泵整体结构为单级、单吸（轴向吸入）、悬臂、悬架式结构，本身具有的高效率、高性能、耐腐蚀、耐磨损等特性，能适应诸如电厂、铝厂脱硫、脱销等高磨损、高腐蚀环境。

据了解，石工泵公司研发的陶瓷材料被业界称为SiC和高分子结合的复合陶瓷材料，其核心技术是基于金属泵高效的水利模型，利用陶瓷—金属复合制造技术，提高了浆液在泵体内的流动效率，使设备始终处于高效、经济的运行状态。

路春谦说，在设计生产700TC陶瓷泵过程中，研发人员对每个零部件进行了分析设计、三维绘制和结构剖析，在保证运行参数的前提下，最大限度优化零件结构及壁厚，控制了泵件重量。

“过流件选用QT500-7金属骨架，内衬为复合陶瓷材质，轴承体采用筒式结构，轻便、紧凑、拆装方便，泵体各部件在高腐工况下仍保证了长寿命。”姜飞表示，他们采用独特的陶瓷加工技术和复合成型工艺，保证了陶瓷部件的致密性和强度。

此外，他们还在水力模型设计、泵件尺寸计算、轴承校核计算、泵体结构以及外观设计等方面，进行详细核算与多种方案的比较，大幅提升了产品运行效率。

“得益于在渣浆泵方面取得的科研实效，石工泵公司带动了石家庄市周边渣浆泵产业的迅猛发展。”河北省铸造行业协会相关负责人表示，近期河北省政府已授予石工泵公司“专精特新”示范企业称号。

如今，石工泵公司在树脂砂铸造工艺基础上，相继引进推广消失模铸造和V法铸造生产线，并不断进行升级改良，以铸造工艺的转型升级带动了产品的转型升级、绿色发展。