內(nèi)冷鐵在厚大鑄鋼件上的應(yīng)用

凌云飛，胡昌軍（齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司，黑龍江齊齊哈爾市 161002）

內(nèi)冷鐵在厚大鑄鋼件上的應(yīng)用

凌云飛，胡昌軍（齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司，黑龍江齊齊哈爾市 161002）

厚大鑄鋼件；內(nèi)冷鐵；鑄造工藝

我公司生產(chǎn)的厚大鑄鋼件主要有橋墩、主壓頭、副壓頭、前盤、后盤等。這些鑄鋼件由于用途特殊，對其內(nèi)部質(zhì)量要求較高，除進行一些常規(guī)的性能檢測外還要求進行其它性能檢測，如探傷、打壓等。為此在進行此類鑄鋼件鑄造工藝設(shè)計時應(yīng)充分考慮其特殊要求，保證產(chǎn)品能順利通過各項性能檢測

1 厚大鑄鋼件的工藝特點

1.1 放置內(nèi)冷鐵

1.1.1 內(nèi)冷鐵的作用

（1）內(nèi)冷鐵能有效提高鑄件的工藝出品率，降低鑄件的生產(chǎn)成本。

（2）內(nèi)冷鐵可以防止厚大件脹砂、縮松、粘砂等缺陷的產(chǎn)生，可以細(xì)化晶粒，減少鑄造應(yīng)力，對厚大鑄件品質(zhì)控制非常有益。

（3）內(nèi)冷鐵可以減小冒口，減少澆注鋼液量，可以幫助我們突破生產(chǎn)條件和工序能力的限制。

（4）內(nèi)冷鐵的使用還可以防止厚大鑄件出現(xiàn)晶粒粗大和減小鑄造應(yīng)力，防止鑄件產(chǎn)生裂紋。

1.1.2 內(nèi)冷鐵的數(shù)量

由于鑄件要求探傷檢測或打壓試驗，所以對內(nèi)部質(zhì)量要求較高。如果內(nèi)冷鐵數(shù)量放得過多，造成內(nèi)冷鐵不能完全熔化，則會使探傷檢測或打壓試驗不合格；但如果內(nèi)冷鐵放得過少，又不能充分發(fā)揮內(nèi)冷鐵的作用。因此應(yīng)合理確定內(nèi)冷鐵的數(shù)量。

1.1.3 對內(nèi)冷鐵的材質(zhì)及表面質(zhì)量的要求

（1）對于碳鋼件，內(nèi)冷鐵的含碳量應(yīng)小于或近似鑄件的含碳量；對合金鋼鑄件，內(nèi)冷鐵應(yīng)是同材質(zhì)。

（2）內(nèi)冷鐵須經(jīng)防銹除渣，如果內(nèi)冷鐵表面出現(xiàn)銹蝕或焊渣未除凈，則會影響內(nèi)冷鐵與鋼液的熔合，污染鑄件，產(chǎn)生渣孔、氣孔、夾渣物等。

（3）內(nèi)冷鐵應(yīng)設(shè)置合理的冷鐵腳和距型壁距離，避免太靠近型壁造成熔合不良。

1.1.4 放置內(nèi)冷鐵的注意事項

（1）需進行探傷、打壓的鑄件應(yīng)盡量少用內(nèi)冷鐵，防止內(nèi)冷鐵和鑄件熔合不好造成探傷檢測和打壓試驗不合格。

（2）內(nèi)冷鐵的放置將影響鋼液的浮砂能力，放內(nèi)冷鐵后砂子也不易被抽干凈。因此在放內(nèi)冷鐵前一定將砂子抽凈，合箱時盡量防止砂子掉入型腔。

（3）當(dāng)厚大區(qū)域不是整個鑄件而是局部時，應(yīng)以這個局部為單位計算內(nèi)冷鐵數(shù)量、冒口大小及鋼液補澆時間。

（4）在型內(nèi)放好內(nèi)冷鐵后，最好在3至4小時內(nèi)澆注，以防止在冷鐵上聚集水分致使鑄件產(chǎn)生氣孔。

（5）在放內(nèi)冷鐵處鑄型上方未設(shè)置冒口的應(yīng)開設(shè)氣孔。如冷鐵上方是暗冒口，其冒口上的出氣孔直徑應(yīng)增大。

（6）內(nèi)冷鐵在鑄型內(nèi)用芯撐固定，防止內(nèi)冷鐵移動后與砂型靠得過近而不能完全熔化。

1.2 通過冒口補鋼液

對于厚大鑄鋼件，在放置內(nèi)冷鐵的同時,往往配合使用在鑄件澆注一定時間后往冒口中補充鋼液的工藝，增加冒口中鋼液的凝固時間。此工藝方法可以有效地提高鑄件的工藝出品率，降低鑄件的生產(chǎn)成本。此外，在減小冒口尺寸的同時，還可以減小冒口的切割難度，提高生產(chǎn)率。

2 典型厚大鑄鋼件的工藝設(shè)計

現(xiàn)以橋墩為例介紹典型厚大鑄鋼件的工藝設(shè)計。如圖1所示，橋墩材質(zhì)為ZG230-450，鑄件要求加工后進行探傷檢測。體積V0=6.08×108mm3，質(zhì)量m=4750kg，模數(shù) M0=153mm。

（1）內(nèi)冷鐵質(zhì)量的確定Wd

由于此鑄鋼件為厚大鑄件，有利于內(nèi)冷鐵的熔化，但鑄件要求探傷檢測，根據(jù)文獻[1]綜合考慮，內(nèi)冷鐵占鑄件的質(zhì)量分?jǐn)?shù)按4%,內(nèi)冷鐵直徑為8mm，內(nèi)冷鐵質(zhì)量 Wd=4750×4%=190（kg）。

（2）放內(nèi)冷鐵后鑄件的模數(shù)M01

根據(jù)公式Wd=fρV0（M0－M01）/M0

式中：f為系數(shù)，參考文獻[1]確定，按最高澆注溫度1600℃確定f為0.138；ρ為內(nèi)冷鐵的密度，為7.8×103kg/m3。最后計算得M01=113mm。

（3）冒口模數(shù)M0m的確定

考慮冒口的切割難度選擇長條冒口，尺寸為500mm×1000mm，高度600mm，數(shù)量一個。冒口的模數(shù)M0m=102mm。

（4）補冒口時間T2的確定

根據(jù)實際經(jīng)驗，鑄件模數(shù)M為80mm時，鑄件的凝固時間T約為120min。由此根據(jù)公式[2]T/T0x=M2/M0x2（T、T0x分別為鑄件1和鑄件2的凝固時間；M、M0x分別為鑄件1和鑄件2的模數(shù)），鑄件橋墩的凝固時間T01：

120/T01=802/（113）2

T01=240min。

冒口的凝固時間T0m（冒口可以看成一個鑄件）：

120/T0m=802/1022

T0m=195min

所以補冒口的時間應(yīng)大于T01－T0m=240－195=45（min），但應(yīng)小于冒口的凝固時間195min，即補冒口的時間為45min＜T2＜195min，考慮一定的安全性，我們確定補冒口的時間為60min＜T2＜180min，此時間范圍基本在下一爐出鋼時補冒口即可。

補冒口的時間范圍可以通過內(nèi)冷鐵的數(shù)量和冒口大小來調(diào)節(jié)，使其與生產(chǎn)條件相適應(yīng)。

（5）內(nèi)冷鐵的要求

①內(nèi)冷鐵材質(zhì)選用Q235－A。Q235－A的含碳量在0.8%～1.2%之間，小于ZG230－450鋼的含碳量。

②內(nèi)冷鐵經(jīng)過了防銹除渣。

③內(nèi)冷鐵設(shè)置了合理的冷鐵腳和距型壁距離。

3 結(jié)語

采用上述工藝方法生產(chǎn)的橋墩表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量都較好,并順利通過了鑄件加工后的探傷檢測。

[1]王文清，李魁盛.鑄造工藝學(xué).北京：機械工業(yè)出版社，1998.

[2]李隆盛.鑄鋼手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1981.

Application of Inner Chilling on Heavy Thick Wall Steel Castings

LING YunFei，HU ChangJun
（Qiqihar Railway Rolling Stock Co.，Ltd.Qiqihaer 161002,Heilongjiang China）

Heavy thick wall steel castings；Inner chilling；Foundry technology

TG260.6;

A；

1006－9658（2010）02－2

2009－10－28

2009－141

凌云飛（1977-），工程師，主要從事鑄造工藝設(shè)計工作