核屏蔽箱體鑄鋼件的生產(chǎn)

羅建君 宋 彬

(1.樂山市沙灣長(zhǎng)興鑄鋼有限責(zé)任公司，四川614900；2.北京北方恒利科技發(fā)展有限公司，北京100089)

作者簡(jiǎn)介：羅建君(1973—)，鑄造工程師，從事鑄鋼件工藝設(shè)計(jì)和鑄造技術(shù)開發(fā)相關(guān)工作。

宋彬(1978—)，工程師，從事鑄造數(shù)值化模擬技術(shù)相關(guān)工作。

2010年10月，我公司接到一批核屏敝箱體鑄鋼件的訂單。通過采用先進(jìn)的鑄造工藝模擬技術(shù)，嚴(yán)格控制鑄造過程，成功生產(chǎn)出合格的核屏蔽箱體鑄鋼件，鑄件表面光潔度和內(nèi)部質(zhì)量均符合用戶要求。

1 技術(shù)要求

箱體用于放射性核屏蔽，技術(shù)要求較高。

(1)鑄鋼件在澆注前要通知用戶進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)見證。每件鑄鋼件應(yīng)自帶本體試塊，鑄鋼件應(yīng)退火處理。

(2)按熔煉爐次分別提供化學(xué)成分分析報(bào)告，每爐鑄鋼件至少進(jìn)行一次力學(xué)性能(拉力、沖擊等)試驗(yàn)和密度檢測(cè)，并提供力學(xué)性能和密度檢測(cè)報(bào)告。報(bào)告內(nèi)容除應(yīng)滿足相關(guān)要求外，還應(yīng)注明爐批號(hào)所對(duì)應(yīng)的零件圖號(hào)、名稱和數(shù)量。

(3)鑄鋼件的比重檢測(cè)要保證鑄鋼件的最薄弱區(qū)域密度比重不低于7.5 g/cm3。

(4)鑄件加工后，鑄件的內(nèi)部缺陷和近表面應(yīng)按GB/T 7233進(jìn)行超聲檢測(cè)，II級(jí)合格，并出具超聲檢測(cè)報(bào)告。

(5)業(yè)主對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行射線檢測(cè)。

2 箱體工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)準(zhǔn)備

生產(chǎn)前準(zhǔn)備：木模實(shí)樣，坭芯實(shí)樣，中箱抽芯實(shí)樣，6個(gè)補(bǔ)貼實(shí)樣配套。澆注系統(tǒng)都采用耐火管磚，直澆道為?120 mm耐火管，橫澆道為?80 mm耐火管，內(nèi)澆道為?60 mm耐火管。中箱坭芯表面采用鉻礦砂，坭芯大平面用30 mm厚的鉻鐵礦砂。帶110 mm×110 mm×210 mm本體試塊和密度試塊。

收縮：2.0%。箱體鑄件材質(zhì)為ZG275—485H。毛坯重12 000 kg，澆冒口重10 500 kg。分體造型，1530℃快速澆注，澆注時(shí)間60 s。壓鐵38 t，保溫80 h，熱割保溫。

采用鑄造工藝設(shè)計(jì)及工藝模擬(CAStsoft CAD/CAE)技術(shù)計(jì)算鑄件毛坯模數(shù)、工藝熱節(jié)、澆冒系統(tǒng)、澆注過程、凝固過程和保溫時(shí)間(開箱時(shí)間)，對(duì)鑄件毛坯工藝缺陷進(jìn)行分析，依據(jù)分析結(jié)果對(duì)工藝進(jìn)行改進(jìn)。在原工藝的下方兩直角邊加四排覆砂冷鐵，原工藝圖的保溫冒口套大小及高度不變，采用漂珠保溫冒口套，確保冒口的保溫性能。鑄造工藝設(shè)計(jì)模擬及優(yōu)化如圖1～圖6所示。

圖1 鑄造工藝裝配圖Figure 1 Assembly drawing of casting process

圖2 鑄造工藝剖分效果圖(1000萬網(wǎng)格)Figure 2 Division effect diagram of casting process (10 million meshes)

圖3 鑄件毛坯凝固過程狀態(tài)圖Figure 3 The diagram of casting blank at solidification state

圖4 鑄件毛坯凝固過程溫度狀態(tài)圖Figure 4 The diagram of casting blank temperatures at solidification state

圖5 鑄件缺陷位置CT圖Figure 5 CT diagram of casting defect positions

圖6 鑄件缺陷位置解剖圖Figure 6 Anatomical diagram of casting defect positions

3 箱體重點(diǎn)生產(chǎn)工序控制

(1)型砂配置：100%七O砂、1.5%～2%白泥、1.2%～1.5%白渣、8%～10%水玻璃。

(2)木模制作：要求模型結(jié)構(gòu)合理、尺寸精確、外表光滑。

(3)造型：造型前檢查模型，在模型上劃出澆口、試樣、鑄號(hào)等的位置。鉻礦砂的厚度一般不超過30 mm，過厚則造成浪費(fèi)，表面貼砂操作困難。只有用實(shí)樣模具才方便貼砂沖緊，要注意緊實(shí)度。要求砂型具有足夠的緊實(shí)度，排氣要保持暢通，澆注時(shí)所有引氣處引明火。合箱前后要及時(shí)清除內(nèi)腔及水口中的浮砂等雜物，澆注前采用天然氣對(duì)型腔進(jìn)行烘干，出鋼前鋼包烤紅將鋼包內(nèi)渣子打干凈才能出鋼。

(4)冶煉：材質(zhì)為ZG275—485H。化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)要求為：C≤0.25，Si≤0.50，Mn≤1.20，S、P≤0.04，殘余元素總和≤0.8。工頻爐冶煉。鋼水分析：爐前樣分析、成品樣分析合格才能出鋼。

(5)澆注：澆注溫度為1 510～1 540℃，連續(xù)快速澆注。撒1%～1.2%發(fā)熱劑，保溫劑厚≥100 mm，嚴(yán)禁將鋼渣澆入型腔內(nèi)。

(6)保溫、打箱：箱體保溫時(shí)間約80 h，打箱時(shí)嚴(yán)禁碰撞，鑄件不允許淋水。

(7)清理：箱體切割澆冒口溫度為200～300℃，切割試塊。

(8)熱處理：按熱處理工藝及操作規(guī)程進(jìn)行熱處理。箱體熱處理退火工藝如圖7所示。

4 生產(chǎn)情況

箱體按照鑄造模擬軟件(CASTsoft CAE)模擬優(yōu)化的工藝進(jìn)行生產(chǎn)，通過化學(xué)成分、力學(xué)性能、超聲檢測(cè)、射線檢測(cè)、屏蔽檢測(cè)、密度測(cè)試和氣密性測(cè)試，箱體鑄件符合質(zhì)量要求。

圖7 箱體熱處理退火工藝Figure 7 Heat treatment annealing process for box

5 結(jié)語

通過七O砂型重力鑄造12 t核屏敝箱體鑄鋼件總結(jié)出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：

(1)采用鑄造工藝設(shè)計(jì)及模擬優(yōu)化軟件(CASTsoft CAD/CAE)進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)直觀且速度快，有利于新產(chǎn)品工藝開發(fā)和工藝優(yōu)化。

(2)采用水玻璃七O砂型生產(chǎn)需無損檢測(cè)的鑄鋼件時(shí)，應(yīng)采用實(shí)樣木模生產(chǎn)，型腔表面砂型必須用風(fēng)槍打緊致密緊實(shí)，砂型要有足夠的抗沖刷能力、鋼水靜壓力承受能力、浸潤(rùn)能力及強(qiáng)度，減少砂型膨脹。

(3)采用漂珠保溫冒口套可節(jié)省鋼水，減小冒口尺寸，提高冒口的補(bǔ)縮較果。

(4)水玻璃七O砂型重力鑄造工藝適合鑄鋼件生產(chǎn)，鑄件應(yīng)力小，表面比較光滑，也能生產(chǎn)出技術(shù)要求較高的鑄鋼件。

(5)采用合理的熱處理工藝，使組織轉(zhuǎn)變，晶粒細(xì)化，提高鑄鋼件的性能。

[1] 宋彬.鑄造工藝模擬CASTsoft CAD/CAE 技術(shù)在鑄造工藝設(shè)計(jì)及優(yōu)化中應(yīng)用.鑄造技術(shù)，2011.

[2] 李魁盛.鑄造工藝及原理.機(jī)械工業(yè)出版社，1988.

[3] 范英俊.鑄造手冊(cè)之特種鑄造.機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

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