高爐風(fēng)口二套鑄造質(zhì)量缺陷及改進(jìn)

趙麗萍

（天津天鐵冶金集團(tuán)機(jī)械裝修部，河北涉縣056404）

高爐風(fēng)口二套鑄造質(zhì)量缺陷及改進(jìn)

趙麗萍

（天津天鐵冶金集團(tuán)機(jī)械裝修部，河北涉縣056404）

針對(duì)鑄造生產(chǎn)的風(fēng)口二套存在的冷卻效果差、底部易燒損等質(zhì)量缺陷，對(duì)風(fēng)口二套冷卻水道進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化工裝設(shè)計(jì)、砂芯定位、制芯工藝、金屬液處理等工序，提高了風(fēng)口二套的綜合性能，減少了夾砂與夾渣等鑄造缺陷，保證了高爐送風(fēng)設(shè)備的正常運(yùn)行，風(fēng)口二套鑄造合格率達(dá)85%以上，產(chǎn)量提高50%以上，取得了較高的經(jīng)濟(jì)效益。

風(fēng)口二套；冷卻水道；金屬模具；砂芯定位；澆注系統(tǒng)

1 引言

高爐風(fēng)口設(shè)備包括風(fēng)口大套，風(fēng)口二套及風(fēng)口小套，安裝在爐缸部位，以一定角度探入爐內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)為煉鐵送風(fēng)功能。天鐵各高爐風(fēng)口二套為單腔結(jié)構(gòu)，紫銅材質(zhì)鑄造而成。在日常使用過程中，由于作業(yè)溫度較高，單腔風(fēng)口二套的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)致冷卻效果差，易造成其底部過熱，使風(fēng)口二套極易變形甚至燒損。

風(fēng)口二套的壁厚最薄處只有8 mm，屬于薄壁單個(gè)空腔型鑄件，且氣密性要求較高，鑄造難度較大，鑄造過程中易因壁厚不均勻造成滲漏，而且夾砂與夾渣缺陷較多，致使鑄造合格率較低。針對(duì)風(fēng)口二套鑄造生產(chǎn)中存在的主要質(zhì)量問題，進(jìn)行了風(fēng)口二套的鑄造工藝改進(jìn)。將原始木模改造為金屬模以保證鑄造外觀質(zhì)量并提高生產(chǎn)效率，并在水腔中加入橫、豎隔板控制冷卻水流向，解決了底部燒損及變形問題。造型采用樹脂砂，保證了型腔精度。強(qiáng)化了鑄造過程中關(guān)鍵工序的控制措施，使風(fēng)口二套綜合性能得到很大提高，保證了高爐送風(fēng)設(shè)備的正常運(yùn)行。

2 風(fēng)口二套冷卻水道改進(jìn)措施

原風(fēng)口二套見圖1。

圖1 原風(fēng)口二套截面示意圖

原風(fēng)口二套為單空腔式結(jié)構(gòu)，受供水壓力影響，冷卻水進(jìn)入后循環(huán)不暢，進(jìn)水波動(dòng)大，容易造成底部冷卻水長時(shí)間滯留，底部形成冷卻死角導(dǎo)致燒損。因此將風(fēng)口二套設(shè)計(jì)成橫、縱隔板組成雙腔冷卻水道，使水流首先進(jìn)入二套的底部循環(huán)后再從上半部分流出。風(fēng)口二套工作時(shí)，冷卻水先通過底部靠近風(fēng)口小套，也就是熱負(fù)荷最高的一段水道，使低溫冷卻水首先進(jìn)入高溫區(qū)，加快了風(fēng)口二套底部熱交換，然后依次流過橫、豎隔板所組成的水道，不留冷卻死角。隨著冷卻水進(jìn)入上部空腔，由于水道截面積逐漸變大，水速減慢，水溫升高，熱交換作用減弱，最后由出水口排出完成冷卻循環(huán)，解決了水循環(huán)不暢、底部易燒損的問題。水流展開示意圖，見圖2。

圖2 水流展開示意圖

3 風(fēng)口二套鑄造工藝改進(jìn)措施

風(fēng)口二套本體壁厚較薄，鑄造過程中易因砂芯定位不準(zhǔn)確造成偏芯，使鑄件壁上形成孔洞或局部偏差過大，打壓時(shí)滲漏或直接報(bào)廢。澆注時(shí)，澆道或砂芯掉砂會(huì)造成鑄件夾砂缺陷以及扒渣過程中的夾渣引起后期鑄件滲漏。針對(duì)風(fēng)口二套鑄造生產(chǎn)中存在的主要質(zhì)量問題，從工裝設(shè)計(jì)、砂芯定位、制芯工藝、金屬液處理等方面進(jìn)行工藝改進(jìn)。

3．1 金屬模具工裝

根據(jù)風(fēng)口二套材質(zhì)及尺寸進(jìn)行理論計(jì)算并多次試制，最終確定了鐵模工裝尺寸，利用木模制作木型鑄出鐵模，金屬工裝上設(shè)有1個(gè)澆口3個(gè)冒口及4個(gè)出砂孔，機(jī)加工成型后進(jìn)行裝配，應(yīng)確保金屬模具尺寸及定位準(zhǔn)確。最后對(duì)金屬型進(jìn)行打磨，為避免金屬液直接接觸金屬型，與串皮芯接觸的金屬型內(nèi)壁均勻涂有松香。風(fēng)口二套鑄型裝配圖見圖3。

圖3 風(fēng)口二套鑄型裝配圖

3.2 芯盒模具改進(jìn)

橫、縱隔板的鑄入增加了鑄造難度，因此將風(fēng)口二套中間芯盒和串皮芯盒模具設(shè)計(jì)成鑄鋁型，輕便耐用，造型后型腔表面光潔度及定位準(zhǔn)確度優(yōu)于木模。串皮芯的外芯盒分為上下兩部分，中間放有橫隔板的鑄鋁模樣，兩個(gè)進(jìn)出水口間放有兩個(gè)縱隔板的鑄鋁模樣。為方便從砂芯中抽出橫隔板的鋁模，把橫隔板鋁模分為四部分，相互間隙＜1 mm，并預(yù)留進(jìn)出水口位置。風(fēng)口二套串皮芯金屬模具，見圖4。

圖4 風(fēng)口二套串皮芯金屬模具圖

3.3 造型工藝方案

3．3．1 配砂工藝改進(jìn)

造型用砂全部采用樹脂砂，有利于提高鑄件質(zhì)量，并便于后序清砂。根據(jù)風(fēng)口二套的尺寸及結(jié)構(gòu)合理控制樹脂砂的硬化速度，在滿足型砂強(qiáng)度的前提下，減少樹脂和固化劑的使用量，從而減少型砂的發(fā)氣量。此次鑄造風(fēng)口二套，加入樹脂量占原天然砂重量的1．3%，加入固化劑量占樹脂量的1/2，硬化時(shí)間控制在25 min左右。

3．3．2 制芯工藝改進(jìn)

風(fēng)口二套的砂芯有兩個(gè)，分別是中間芯和串皮芯。中間芯中心部位設(shè)有一圓柱形內(nèi)冷鐵，用以增強(qiáng)砂芯的穩(wěn)定性。串皮芯的芯骨采用鐵絲編制而成，在隔板位置分為上下兩層，保證了砂芯的強(qiáng)度與剛度，防止砂芯在運(yùn)輸、翻轉(zhuǎn)過程中變形損壞。嚴(yán)格控制砂芯的使用時(shí)間，砂芯固化后點(diǎn)燃芯骨表面纏繞的炮捻形成通道增強(qiáng)透氣性，并在36 h內(nèi)澆注完畢，防止砂芯的返潮或強(qiáng)度退化，從而防止氣孔和夾砂缺陷。

3．3．3 涂料涂刷方案

中間芯與串皮芯表層涂以醇基石墨快干涂料，增強(qiáng)砂芯表面強(qiáng)度和光潔度，防止鑄件粘砂，也可阻止氣體在型腔中釋放，解決了鑄件上細(xì)小砂眼的問題，使型腔及鑄孔表面光滑易清理，降低風(fēng)口二套使用過程中對(duì)循環(huán)水的水流阻力。

3．3．4 砂芯固定

首先要保證金屬模具尺寸及定位準(zhǔn)確，然后在串皮芯制作時(shí)做好刻度線并埋入鐵絲，鐵絲穿過4個(gè)鋼質(zhì)定位芯頭的通孔與鐵模工裝的上模進(jìn)行固定，中間芯的內(nèi)冷鐵與鐵模工裝上模用螺栓連接，用來防止砂芯偏移，從而保證鑄件壁厚均勻。4個(gè)吊芯孔也為出砂孔，清砂完畢后，兩個(gè)出砂孔用錐管絲堵堵住，另外兩個(gè)進(jìn)出水位置的吊芯孔保留成為進(jìn)出水口。

3.4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

用砂型在冒口位置做成保溫套，使冒口處金屬液緩慢冷卻，起到補(bǔ)縮作用。橫澆道采用直接成形的金屬橫澆道，設(shè)計(jì)為圓弧形R=35 mm，拱高h(yuǎn)=20 mm，金屬型的底部設(shè)置透氣孔，使?jié)沧r(shí)產(chǎn)生的氣體能夠及時(shí)排出。適當(dāng)增加內(nèi)澆道面積，設(shè)計(jì)為6個(gè)扁梯形，斷面尺寸為30 mm×20 mm×8 mm，提高金屬液的充型速度的同時(shí)，縮短金屬液在金屬型橫澆道內(nèi)的停留時(shí)間，防止降溫過多，造成冷隔的鑄造缺陷。

4 熔煉和澆注方案

4.1 金屬型工裝澆注溫度控制

金屬型工裝本身溫度較砂型低，澆注后金屬液過度激冷，氣體和雜質(zhì)來不及上浮，容易造成夾渣和氣孔及冷隔缺陷。但金屬型表面溫度太高，就會(huì)減緩金屬液冷卻速度，易形成縮松缺陷。因此，生產(chǎn)過程中，金屬型表面采用火焰預(yù)熱，在金屬型內(nèi)腔表面、底面和側(cè)面多點(diǎn)測(cè)溫，保證預(yù)熱溫度均勻。經(jīng)過多次試驗(yàn)，風(fēng)口二套金屬型的預(yù)熱溫度定為（150±10）℃。

4.2 澆注

為保證風(fēng)口二套的導(dǎo)熱性，選用純度較高的電解銅。熔化后期加入磷銅進(jìn)行預(yù)脫氧，銅水溫度達(dá)到（1 380±10）℃時(shí)倒入烘烤后的澆包內(nèi)，在金屬液表面加木炭覆蓋，防止表面氧化并進(jìn)行保溫。然后倒在澆注坩堝內(nèi)，鎮(zhèn)靜5～8 min，扒出浮渣，然后進(jìn)行澆注，澆注溫度控制在（1 200±10）℃。

為防止金屬液內(nèi)的雜質(zhì)和氣體進(jìn)入型腔，在直澆道下采用規(guī)格為1 mm×1 mm過濾網(wǎng)片對(duì)金屬液進(jìn)行過濾，降低了氣孔和夾雜傾向。為防止縮孔和縮松缺陷，金屬工裝上設(shè)有1個(gè)澆口，3個(gè)冒口，在澆注初期銅液注入速度要慢，在澆注系統(tǒng)充滿銅液后加快澆注速度，在澆注后期澆注速度再次放緩，保持銅液平穩(wěn)上升直至澆口充型完畢。

5 效果

通過對(duì)高爐風(fēng)口二套鑄造工藝的改進(jìn)，提高了表面光潔度及尺寸精度，降低了壁厚因局部偏差造成的廢品率，減少了夾砂與夾渣鑄造缺陷，鑄造風(fēng)口二套合格率達(dá)85%以上。與原風(fēng)口二套鑄造工藝相比，產(chǎn)量提高50%以上，而且風(fēng)口二套型腔光滑，壁厚均勻，內(nèi)部組織致密，在規(guī)定水壓下進(jìn)行打壓試驗(yàn)不滲水、泄壓。風(fēng)口二套經(jīng)鑄造工藝改進(jìn)后解決了底部燒損及變形問題，延長了風(fēng)口二套的使用周期，使風(fēng)口二套綜合性能得到很大提高，滿足了高爐生產(chǎn)需要。

[1]姜不居.鑄造手冊(cè)-特種鑄造[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2]韓曉峰.鑄造生產(chǎn)與工藝工裝設(shè)計(jì)[M].長沙：中南大學(xué)出版社，2010.

Casting Defect and Improvement for Blast Furnace Tuyere Secondary Sleeve

ZHAO Li-ping
(Mechanical Installation and Maintenance Department of Tianjin Tiantie Metallurgy Group,She County, Hebei Province 056404,China)

In the production of tuyere secondary sleeve casting,problems existed of poor cooling effect and quality defects such as easy burnt bottom．The cooling water channel of tuyere secondary sleeve was modified and the processes of tooling design,sand core positioning,core making process and liquid metal treatment were optimized．The comprehensive performance of tuyere secondary sleeve was improved and the casting defects of sand and slag tramping were reduced．The normal operation of blast furnace air supply equipment was ensured．The qualification rate of cast tuyere secondary sleeve was up to more than 85%and production increased by more than 50%．High economic benefits were achieved．

tuyere secondary sleeve;cooling water channel;metal mold;sand core positioning;casting system

10．3969/j．issn．1006-110X．2016．06．003

2016-08-16

2016-08-28

趙麗萍（1983—），女，工程師，主要從事機(jī)械鑄造技術(shù)管理工作。