冶金行業(yè)鋼錠模鑄造工藝研究及應(yīng)用

馬 勇，馬秉平

（共享裝備有限公司，寧夏銀川 750021）

冶金行業(yè)鋼錠模鑄造工藝研究及應(yīng)用

馬 勇，馬秉平

（共享裝備有限公司，寧夏銀川 750021）

目前國內(nèi)鋼錠模主要由專業(yè)的鑄造廠為特鋼廠生產(chǎn)提供，或者大型的企業(yè)集團(tuán)附屬的鑄造車間為自己的煉鋼廠生產(chǎn)提供，均是成熟錠型，使用木模?？紤]到部分項目鍛造線的產(chǎn)品多樣性，對于鋼錠模的交貨期、質(zhì)量要求也較高。本次創(chuàng)造性的提出了用消失模實型工藝生產(chǎn)鋼錠模，其目的在于通過實型消失模生產(chǎn)鋼錠模，縮短鋼錠模生產(chǎn)周期，降低鋼錠模生產(chǎn)成本，適應(yīng)鋼錠錠型的多品種要求。

鋼錠模；消失模；鑄造工藝

0　?引言

冶金行業(yè)使用鋼錠模［1］需求量大且重量大，重要面尺寸精度要求高，通常使用木模等生產(chǎn)，成本高，效率低下，且質(zhì)量要求無法保證。與此工藝相比，實型消失模鑄造技術(shù)是一項高附加值、綠色、高效的戰(zhàn)略性研發(fā)技術(shù)，前期主要生產(chǎn)中小型鑄件，而通過該類產(chǎn)品的生產(chǎn)，可以為以后生產(chǎn)大型鑄件提供技術(shù)參考［2］。

本文現(xiàn)將泡沫模樣組合成鋼錠模模樣簇，刷涂耐火涂料并烘干后，直接埋在自硬砂中澆注，使模樣氣化，液體金屬占據(jù)模樣位置，凝固冷卻后形成鋼錠模。采用開放式全陶瓷澆注系統(tǒng)，使鐵液多點(diǎn)進(jìn)流、快速平穩(wěn)上升，內(nèi)澆口流速降到1?m/s以下；同時由于10?t鋼錠模（圖1）主體壁厚達(dá)146?mm，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)12?503?kg，最大外圓直徑1?550?mm，高2?205?mm，易產(chǎn)生縮松缺陷，通過模擬仿真軟件模擬解決鑄件縮松問題，確定澆注溫度。

1　方案策劃及過程實施

1.1鑄造工藝設(shè)計（3D鑄造工藝設(shè)計）

（1）根據(jù)多點(diǎn)快速澆注，內(nèi)澆口不宜過于集中，應(yīng)盡量沿鑄件最大尺寸分散設(shè)計，分散進(jìn)流的澆注特點(diǎn)，使用全陶瓷開放式澆注系統(tǒng)，使鐵液能夠平穩(wěn)進(jìn)流。

（2）采用實型消失模鑄造工藝，模具完全采用密度為18?g/L的EPS材料，由于鋼錠模屬于厚大壁件，采用實型消失模將會產(chǎn)生大量的殘渣，因此使用消失模專用涂料，保證EPS材料完全氣化，且氣體通過涂料層透出型腔。

如圖1所示，鑄件重量大，且該產(chǎn)品主要用于生產(chǎn)鋼錠，因此對于吊運(yùn)等安全要求高。

解決措施：在鋼錠模鑲鑄螺紋鋼吊把，吊把使用直徑為140?mm的螺紋鋼，造型前提前預(yù)埋

圖 1 10 t鋼錠模

1.2仿真模擬

（1）通過模擬仿真軟件模擬，確定各個結(jié)構(gòu)鑄件的縮松分布、澆注系統(tǒng)合理性［3］、鑄件充型凝固、溫度場分布等，最終確定合理的工藝方案。

①?采用一級澆注系統(tǒng)，主要是鑄件整體較高，高度達(dá)2?205?mm，靜壓頭較大，通過公式計算，內(nèi)澆口流速同樣非常大：

a.靜壓頭計算：Hp=H直+H澆/2－（H鑄+H冒）/2

通過以上公式計算可得靜壓頭高度：2?450?mm

b.內(nèi)澆口流速計算：V內(nèi)=10W/ρ×t×s內(nèi)（m/s）

其中，V內(nèi)為內(nèi)澆口流速（m/s）?；W為鑄件澆注總質(zhì)量（kg）；ρ為液態(tài)金屬密度（kg/dm3），一般灰鐵取7.0，球鐵取6.9；t為澆注時間（s）?；?s內(nèi)為內(nèi)澆口截面積（cm2）。

通過以上公式計算可得最終內(nèi)澆口流速為2.65?m/s。

圖2　各類大型鋼錠模充型、凝固模擬

②??通過模擬，觀察瞬時流速對比分析（圖3）

圖3　各類型澆注系統(tǒng)對比模擬

采用三級澆注系統(tǒng)，內(nèi)澆口瞬時流速較其他形式的內(nèi)澆口降低較大，所以最終創(chuàng)新性的采用三級澆注系統(tǒng)。

③?通過現(xiàn)場實際生產(chǎn)經(jīng)驗及模擬確定澆注溫度為1?420?℃。

2）通過模擬仿真確定熔煉材質(zhì)及澆注參數(shù)

材質(zhì)：FC300，化學(xué)成分：w（C）%為3.2%，w（Mn）%為0.8%，w（P）%為0.1%，w（S）%為0.1%，w（Si）%為1.6%。

圖 4 澆注參數(shù)模擬結(jié)果

2　過程實施

1）完成EPS材料密度為18?g/L的消失模模具制作。

2）消失模模樣流涂［4］、烘烤，如圖5所示。

圖5　鋼錠模流涂

采用流涂方式，流涂2遍，同時烘烤2遍，涂料波美度控制在55～65，圖層最終厚度1.2～1.4?mm。

3）造型過程：細(xì)長孔提前預(yù)埋鋼管，防止鋼錠模鑄件因細(xì)長孔粘砂難以清理，而造成鋼錠模鑄件出現(xiàn)嚴(yán)重缺陷報廢，具體原理及措施如下。

在消失模的細(xì)長孔內(nèi)放置一外徑為202?mm，長為1?750?mm、壁厚為15?mm的鋼管2（圖6）。為方便鋼管2順利套裝入氣化模的細(xì)長孔內(nèi)，鋼管2外壁與消失模內(nèi)孔為間隙配合，并且鋼管材料的熱膨脹系數(shù)大于鑄件的熱膨脹系數(shù)。安裝時，消失模沿孔長方向上下固定放置在型箱中，鋼管下端與消失模內(nèi)孔下端部平齊，上端伸出消失?？淄?0?mm，并且為防止型砂沿孔端邊緣進(jìn)入孔與鋼管的間隙內(nèi)，將消失模的內(nèi)孔端邊緣用泥條密封。

將上述消失模上下方向固定在型箱中填砂振實，然后進(jìn)行澆注。鑄件冷卻后清理鑄件，將鋼管從鑄件內(nèi)抽出，因鋼管的熱膨脹系數(shù)大于鑄件的熱膨脹系數(shù)，所以鑄件冷卻后，鋼管與鑄件內(nèi)孔之間存在一定的間隙，可以很方便的從孔內(nèi)取出鋼管。

圖6　中注管鑲鑄方鋼管

4）采用全陶瓷澆注系統(tǒng)，便于現(xiàn)場造型操作，同時減少沖砂、夾砂缺陷出現(xiàn)（圖7）。

圖7　使用全陶瓷澆注系統(tǒng)

鋼錠模生產(chǎn)出的合格鋼錠見圖8。

圖8　合格鋼錠

3　結(jié)語

通過對大型鋼錠模鑄造工藝技術(shù)研究及應(yīng)用，解決了以下技術(shù)問題：

1）通過模擬仿真軟件解決實型鑄造對于高大厚壁鑄件生產(chǎn)過程中縮松問題。

2）通過模擬仿真軟件確定消失模實型鑄造對于高大厚壁鑄件溫度的控制。

3）鑄造過程中對消失模模樣吊把預(yù)埋鋼棒，解決鋼錠模在起吊過程中因吊把脫落等危險因素。

4）鑄造過程中對消失模模樣細(xì)長孔預(yù)埋鋼管，解決細(xì)長孔因粘砂嚴(yán)重造成鑄件難以清理。

5）消失模實型鑄造工藝設(shè)計使用全陶瓷澆注系統(tǒng)，解決鑄件夾渣、夾砂等缺陷。

6）通過實型鑄造工藝設(shè)計，解決鑄件重要工作面尺寸精度要求。

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[2] 王明海.冶金生產(chǎn)概論[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008.8.

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征稿啟示

《中國鑄造裝備與技術(shù)》雜志（CN37—1269/TG）是由中國科協(xié)主管，中國機(jī)械工程學(xué)會、濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司主辦的國家級綜合型科學(xué)技術(shù)刊物，中國機(jī)械工程學(xué)會鑄造學(xué)會會刊,科技核心期刊，1963年創(chuàng)刊（曾用名《鑄造機(jī)械》《中國鑄機(jī)》）。該刊一直反映鑄造行業(yè)科研研究前沿水準(zhǔn)與最新成果，倡導(dǎo)學(xué)術(shù)精神，注重學(xué)術(shù)與實用相結(jié)合、生產(chǎn)與理論相結(jié)合、專業(yè)與知識相結(jié)合，努力辦出了自己的特色,深受廣大讀者的喜愛。歡迎鑄造企業(yè)管理人員、技術(shù)人員，科研院所科研設(shè)計人員，以及大專院校師生積極撰寫論文，踴躍投稿!稿件一經(jīng)錄用，稿酬從優(yōu)，并免費(fèi)向作者贈閱6期期刊。

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Metallurgical industry ingot casting technology research and Application

MA?Yong，MA?BingPing
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Ingot?mold；EPC

TG249.6;

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1006-9658（2015）04-0068-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2015.04.020

2015-03-02

稿件編號:1503-831

馬勇（1990—），男，助工，主要從事鑄造工藝設(shè)計和技術(shù)質(zhì)量管理工作.