稿件來源：中國煤炭報
看渣漿泵廠如何“玩轉”鑄造工藝
——走進冀中能源石家莊工業泵廠有限公司
近年來，冀中能源集團現代服務板塊持續提質量、增效益，穩步進軍高端裝備制造領域。自1989年實施專業化發展以來，冀中能源集團石家莊工業泵廠有限公司（以下簡稱石工泵公司）相繼開發了渣漿泵、脫硫泵、船用泵、陶瓷泵、智能泵、化工泵等9大系列300多個型號產品，遍及電力、有色、鋼鐵、冶金、煤炭、石化、環保等多個行業。
一家成功的渣漿泵廠能“玩轉”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、試制國內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，姜飛和工友便從機加工車間拉回了不同顏色的蛇皮袋，袋內裝有機加工泵體后的副產品——鐵屑。
“加工后的泵體更光潤，車削泵體時產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，“紅色袋子內的鐵屑材質較硬，綠色則偏軟”。
雖材質不同、用處不等，但它們最終被送往鑄造車間，根據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。
“這批訂貨對材質要求很高。”姜飛說，盡管他們已掌握國內最大渣漿泵的生產工藝及流程，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，前身為晉察冀軍區建立的井陘礦機器廠。至今，石工泵公司已由初期的礦機加工、修配，發展為集研發、制造、營銷、服務于一體的工業泵專業制造企業。產品涵蓋電力、煤炭、冶金、有色、疏浚等行業，足跡遍布30多個國家、地區。
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）土為粘結劑的型砂，雖然成本低廉，適合批量、規模生產，但在鑄造過程中會產生大量粉塵顆粒物，污染作業環境。
上世紀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、設計圖紙，更新設備、改造流程，于1999年順利引進了樹脂砂鑄造工藝。
姜飛向記者簡述了樹脂砂鑄造工藝流程：“根據圖紙尺寸制作出上下兩部分對應模具，選用合適砂箱套于模具上作為砂型的外框造型，再用混砂機設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，就將應用于泵體的抗磨材料等級從GLH1級提升到GLH5級，引領了行業發展。
隨著訂單激增，該廠需要快速打破大批量生產困局。2012年11月，石工泵公司適時引進了V法鑄造生產工藝。
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。”
閆麗至漸漸發現，雖然V法鑄造工藝環保高效、節約成本，但面對型腔結構復雜的葉輪、蝸殼，仍束手無策。
探索兩種工藝結合
閆麗至想到，既然樹脂砂工藝可以鑄造任意形狀、大小的構件，不如將其與V法鑄造結合起來，也許會產出精度更高、形狀各異且數量較多的構件呢？
他在系列渣漿泵的蝸殼、葉輪上做起試驗，通過反復比對數據，更改參數30余次，熔煉成型10多次，終于成功產出合格的渣漿泵關鍵過流鑄件。2022年11月，由閆麗至主導的渣漿泵葉輪的復合鑄造工藝獲得國家發明專利，在全行業推廣應用。
經姜飛測算，相比樹脂砂工藝，復合鑄造工藝廢氣排放量降低了90%，“經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周折。
本世紀初，鑄造行業興起消失模工藝，所創造的泵體外觀更為精良。石工泵公司順勢而為，引進了整條消失模生產線。
據了解，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”。
在行業內，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性物質，不利于環保。消失模軸孔放置大冒口的工藝簡單，綠色環保，但出品率又不足。”她說。
經過近半年攻關，史彩云終于研發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”。史彩云通過設置副葉輪模型的圓周面與直澆道模型間的角度以及內澆道于副葉輪模型連接處的高度，控制金屬液的流向，確保了葉輪成型質量，出品率提升了10%。
發力研發非金屬材料
日前，石工泵公司下線了自主研發生產的700TC大型陶瓷循環泵，并通過水力性能試驗，各項性能指標均達到或超過設計要求。
石工泵公司總工程師路春謙認為，金屬葉輪在脫硫脫硝作業中的耐腐蝕性較差，大幅縮減了泵體的使用壽命，“因而，陶瓷泵才是渣漿泵行業的發展方向”。
2009年，石工泵公司著手研發非金屬材料在泵體的應用。他們從材料研發、制作工藝試驗、零件模具設計等方面入手。經多次論證、試驗、改進，率先在工業泵領域推廣陶瓷材料。
記者走進干凈整潔、一塵不染的陶瓷泵生產車間，看到職工有的操作攪拌機混合陶瓷材料，有的清理成型的葉輪。路春謙俯下身，撫摸平整的葉輪。
“這里面有一副鐵質骨架，外部包圍了一層陶瓷復合材料，泵體蝸殼依然采用耐磨耐腐的金屬材質。”路春謙指出，陶瓷泵整體結構為單級、單吸（軸向吸入）、懸臂、懸架式結構，本身具有的高效率、高性能、耐腐蝕、耐磨損等特性，能適應諸如電廠、鋁廠脫硫、脫銷等高磨損、高腐蝕環境。
據了解，石工泵公司研發的陶瓷材料被業界稱為SiC和高分子結合的復合陶瓷材料，其核心技術是基于金屬泵高效的水利模型，利用陶瓷—金屬復合制造技術，提高了漿液在泵體內的流動效率，使設備始終處于高效、經濟的運行狀態。
路春謙說，在設計生產700TC陶瓷泵過程中，研發人員對每個零部件進行了分析設計、三維繪制和結構剖析，在保證運行參數的前提下，最大限度優化零件結構及壁厚，控制了泵件重量。
“過流件選用QT500-7金屬骨架，內襯為復合陶瓷材質，軸承體采用筒式結構，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和復合成型工藝，保證了陶瓷部件的致密性和強度。
此外，他們還在水力模型設計、泵件尺寸計算、軸承校核計算、泵體結構以及外觀設計等方面，進行詳細核算與多種方案的比較，大幅提升了產品運行效率。
“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業的迅猛發展。”河北省鑄造行業協會相關負責人表示，近期河北省政府已授予石工泵公司“專精特新”示范企業稱號。
如今，石工泵公司在樹脂砂鑄造工藝基礎上，相繼引進推廣消失模鑄造和V法鑄造生產線，并不斷進行升級改良，以鑄造工藝的轉型升級帶動了產品的轉型升級、綠色發展。
（王海）