12m3渣包工藝設計及生產(chǎn)方案優(yōu)化

劉文華 宋令芹

（煙臺恒邦泵業(yè)有限公司，煙臺 264100）

12m3渣包工藝設計及生產(chǎn)方案優(yōu)化

劉文華 宋令芹

（煙臺恒邦泵業(yè)有限公司，煙臺 264100）

針對12m?渣包的尺寸、形狀、重量及使用要求，利用凝固模擬軟件進行工藝設計，結合現(xiàn)有生產(chǎn)條件，設計芯鐵、砂箱減少樹脂砂用量，改造澆包、兩爐合澆、分體造型，減少投資改造，引風排氣減少放炮，成功完成鑄件的生產(chǎn)。

渣包凝固 模擬芯鐵 熔煉澆注 渣包是有色冶煉企業(yè)用于盛放、轉運熔煉渣、銅琉的必用容器，盛裝物最高溫度1300℃，渣包必須滿足裝滿熔渣后運至緩冷場900℃左右緩冷的技術條件，即渣包必須有較高的耐熱疲勞性能，滿足忽冷忽熱的工作條件;內表面要平整、光滑，外壁無夾渣、夾砂、裂紋、冷隔、氣孔等鑄造缺陷；無縮松、縮孔，渣包試壓，無滲漏、冒汗；12m3渣包單重27噸左右。

1 設計12m3渣包鑄造工藝設計

圖1 12m3渣包的三維圖片

1.1 工藝設計

分析：渣包口朝上，利于鑄件補縮[1]，但因為渣包尺寸大，砂芯φ3240×2850難固定，鑄件又不能使用鑄物卡，并且浮力很大，需要壓重很大；渣包口朝下，渣包底部的致密性需要保證，也不利于排氣，但操作簡單，安全性高。

確定工藝方案：渣包口朝下。

（1）鑄件縮尺徑向采用2.15%、軸向采用2%。根據(jù)12m3渣包的尺寸、形狀、重量、底坑高度確定分型面，分箱造型，設計澆冒系統(tǒng)形狀、尺寸、分布，通過magma軟件凝固模擬分析，修正、再模擬，確定各參數(shù)。

澆注系統(tǒng)：直澆道采用φ120瓷管，橫澆道、內澆道采用φ100瓷管，分三層注入[2]，通過反復模擬，確定在直、橫澆道上均增加彎頭，以減緩飛濺，保證按順序注入。

冒口采用：中間放置φ900mm，高1200mm主冒口，纏繞60mm厚保溫發(fā)熱板，6地腳上各加2只φ200mm，高200mm的保溫發(fā)熱冒口。

（2）包耳為35鋼鍛打件，預先加工好，采用鑲鑄工藝。包耳車制矩形環(huán)，鑄造時包熔良好。

圖2 橫澆道不加彎頭（初步）

圖3 內澆口為φ70（變更）

圖4 橫澆道加彎頭，內澆口為φ100（確認）

圖5

（3）內部大芯用鋼板卷筒，做成隨型中空芯鐵，留出氣孔，向內排氣，砂層厚度在200mm左右；既保證砂芯強度，便于排氣，又節(jié)約樹脂砂。芯鐵纏繞草包，既擋砂，防止樹脂砂進入芯鐵，又便于澆注燒結后，留出空隙，便于大芯鐵取出。

圖6

（4）反變形量：內腔徑向單邊+20mm，用于抵消草包燃燒后變量。

1.2 造型、制芯

采用堿酚醛樹脂砂造型[5]。

1.3 熔煉、澆注

（1）采用電弧爐熔煉+LF爐精煉的熔煉工藝；

（2）光譜分析儀跟蹤檢測鋼水化學成分；

（3）采用底注式滑板澆包，用前開啟煤氣發(fā)生爐對澆包烘烤，從主澆口澆注，至鋼液充滿鑄型后，快速移動澆包，從中間主冒口進行慢速補澆，直至，鋼液面不再下移，填滿冒口，澆注完成。剩余鋼水注入事先準備好的渣盆中；

澆注溫度控制在1545～1555℃，澆注時間3分鐘左右，補澆時間7分鐘左右。

1.4 鑄件后處理

（1）鑄件隨箱冷卻72小時后，拆箱取件，氣割澆冒口，拋丸、打磨光滑，檢查鑄件尺寸，填寫“鑄件尺寸檢驗報告”，用超聲波探測儀檢查包耳及其根部、包底，填寫“鑄件超聲波檢驗報告”；

（2）鑄件進行水壓試驗，將渣包注滿水，放置4小時以上，檢查是否滲漏、冒汗；

（3）鑄件進煤氣發(fā)生爐進行高溫退火處理[4]，緩慢升溫至650℃，保溫1.5小時，再升溫至900℃，保溫4.5小時，隨爐冷卻至400℃以下出爐空冷。

2 12m3渣包生產(chǎn)方案優(yōu)化

生產(chǎn)12m3渣包需要解決的問題：

（1）大件車間現(xiàn)有熔煉能力不能滿足：電弧爐最多提供28噸鋼水，底注澆包最多盛裝28噸鋼水，而澆注12m3渣包至少需要鋼水33噸；

（2）底坑深度2米，不能滿足12m3渣包造型高度；（3）砂箱不合適，吃砂量大，浪費嚴重：

（4）澆注時產(chǎn)生放炮聲響，影響鑄件成品率。

2.1 熔煉方案

大件車間電弧爐可以熔化28噸鋼水，鋼錠車間有5噸中頻爐可以熔化6噸鋼水，但距離較遠。吊運銜接可以電動平車過渡，電弧爐熔化的28噸鋼水先進LF爐升溫、精煉，中頻爐熔化的6噸鋼水過來后再倒入已盛28噸鋼水的澆包，進LF爐再升溫、精煉，滿足渣包需鋼水34噸的要求。需要控制好兩爐開爐時間、出爐溫度。對策：

（1）底注澆包加高300mm，內壁耐火材料單邊減薄20mm，保證能盛鋼水34噸并滿足精煉造渣高度要求；LF精煉爐爐蓋抬高300mm，保證底注澆包能夠進入精煉工位；

（2）調運配合演練，計量掛包、轉運、合鋼水的時間，精確兩爐的開爐時間，確定兩爐的溫度控制指標；

（3）兩跨車間的兩爐按時差順序開爐，電弧爐熔化28噸鋼水，5噸中頻爐熔化6噸鋼水。

2.2 改變造型高度方案

共七節(jié)砂箱加底部400槽鋼，總高近5000mm，現(xiàn)有底坑到機頭只有3750mm。加深底坑、太高機頭，均需較大投資，皮帶送砂或砂斗吊砂，均需時間，樹脂砂可能已先期固化，影響整體鑄型強度，并且操作麻煩。

對策：設計制作木型時模型分上下兩體，造型至2/3時，即第四節(jié)砂箱造型充分固化，將第四節(jié)砂箱連上節(jié)木型吊至型板上再造剩余部分，上節(jié)模型與砂箱要固定，防止模型脫落或移位。即采用分離造型方法解決了機頭與底坑高度不夠的問題。

2.3 設計砂箱，減少吃砂量

渣包形狀是下部類似圓臺體上部球體，下大上小，差別較大，原有的2副砂箱為上下一樣大的7節(jié)方砂箱，用此套砂箱作第一件12m3渣包時，用樹脂砂67噸，設計制作1副塔式砂箱，單件用砂46噸。同時，對原有2副砂箱進行改造，考慮到以后其它鑄件使用，在其內部，用鐵板圍框，減少吃砂量。

圖7 塔式砂箱

圖8 內圍框砂箱

2.4 引風排氣，減少放炮

大鑄件在澆注過程中產(chǎn)生大量氣體，壓力瞬間升高，遇高溫明火，會產(chǎn)生較大放炮聲，震動砂箱，型砂易脫落、砂芯移位等，造成鑄件缺陷或報廢；卡箱螺栓松動，造成炮火等安全事故。

對策：底箱用400槽鋼墊空，澆注時，用引風機通過底砂箱從中空大芯鐵幫助排氣，減少放炮現(xiàn)象的發(fā)生。

圖9 引風排氣

渣包精清后稱重26.76噸，尺寸、超聲波、水壓等檢驗均合格，20件如期交貨，截止目前，客戶已使用一年多，沒有任何質量問題。

12m3渣包鑄造成功，成為我公司渣包生產(chǎn)單重最大鑄件；后續(xù)，又為其它客戶生產(chǎn)25件，已交付使用；目前，已列為我公司定型產(chǎn)品，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟效益。

3 結束語

（1）從生產(chǎn)的鑄件看，計算確定的鑄件縮尺、反變形量及利用計算機軟件凝固模擬確定的澆冒系統(tǒng)參數(shù)較為合理；