鋼水溫度對搖枕和側(cè)架質(zhì)量的影響及控制鋼水降溫速度的方法

隋　臣，薛忠光，袁樹林，付海利

（牡丹江中車金緣鑄業(yè)有限公司，黑龍江牡丹江 157013）

搖枕、側(cè)架是鐵路貨車轉(zhuǎn)向架的重要配件，在保證行車安全中起到了重要作用。隨著國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展和國際鐵路運(yùn)輸?shù)膹?fù)蘇，鐵路貨車，特別是大軸重載貨車的需求呈現(xiàn)出空前增長的局面[1]，2017年鐵路貨車需求量達(dá)到2萬輛之多，隨之而來的是用戶對產(chǎn)品的表面質(zhì)量要求逐漸提高。在產(chǎn)品商品化的市場經(jīng)濟(jì)形式下，隨著高新技術(shù)在鑄造行業(yè)的發(fā)展，在保證鑄件密實(shí)度的前提下，表面質(zhì)量逐步成為企業(yè)核心競爭力。鐵路鑄鋼件的生產(chǎn)采用塞桿式澆注，20T鋼水最多澆20箱以上，水口開關(guān)次數(shù)多，澆注時(shí)間長，澆注過程中鋼水溫降較大，容易造成鑄件裂紋、嗆空、縮松、澆不足等缺陷。提高鋼包的保溫性能，對鑄鋼件進(jìn)行低過熱度澆注，不僅可以提高鑄鋼件質(zhì)量，還能降低電弧爐的出鋼溫度，降低電耗，提高耐火材料的使用壽命，降低生產(chǎn)成本[2]。

1　澆注溫度對搖枕、側(cè)架表面質(zhì)量的影響

1.1　裂紋

澆注溫度對裂紋的產(chǎn)生有著明顯的影響，《鐵道貨車鑄鋼搖枕、側(cè)架》（TB/T3012-2016）中明確規(guī)定澆注鐵道貨車鑄鋼搖枕、側(cè)架的澆注溫度≤1585℃，由此可見，在鑄造工藝控制裂紋的前提下，控制澆注溫度也成為控制裂紋產(chǎn)生的關(guān)鍵工序環(huán)節(jié)。然而澆注溫度控制在1585℃以下，裂紋仍會(huì)產(chǎn)生，裂紋已成為鑄造行業(yè)不可避免的缺陷，對于大批量生產(chǎn)的鑄件產(chǎn)品，工藝人員主要工作之一就是控制裂紋率，而磁粉探傷成為檢測裂紋率和消除裂紋的重要手段。

1.2　冷隔、褶皺、桔皮、成型不良

對于使用20噸LF精煉鋼包來澆注搖枕、側(cè)架產(chǎn)品，每爐要搭配澆注7箱搖枕、14箱側(cè)架，共計(jì)20余箱產(chǎn)品，澆注溫度控制在1585℃以下，整包鋼水澆注時(shí)間在1小時(shí)左右，鋼水溫度下降快，每分鐘降溫約1.78℃，鋼水流動(dòng)性差，充型能力下降，粘度上升，導(dǎo)致后期澆注的產(chǎn)品會(huì)產(chǎn)生冷隔、褶皺、桔皮、成型不良等缺陷。對于鐵路貨車搖枕、側(cè)架的制造廠中，采用20t以上LF精煉包澆注搖枕、側(cè)架已成為趨勢，如何控制降溫速度，也隨之成為了一個(gè)急需攻克的難題。

2　控制降溫速度的幾點(diǎn)方法

表1　鋁鎂剛玉磚理化指標(biāo)

表2　鋁鎂剛玉磚與鎂碳磚對比結(jié)果

圖1　方案一鋼包烘烤情況

圖2　方案二鋼包烘烤情況

2.1　鋼包耐火材料的選用

耐火材料的選用，成為鋼包保溫性好壞的決定性因素，傳統(tǒng)“老三期”澆注搖枕、側(cè)架，大多采用的是10噸鋼水包，整包澆注時(shí)間在20～25min，整包澆注時(shí)間較20噸LF精煉包澆注時(shí)間短，選用鎂碳磚即可滿足工藝要求。然而面對20噸LF精煉包，鎂碳磚的保溫效果已不能滿足工藝要求。通過和耐火材料生產(chǎn)商家的咨詢和合作，尋找到一種鋁鎂剛玉磚，理化指標(biāo)見表1。

設(shè)計(jì)對比試驗(yàn)檢測鋁鎂剛玉磚和鎂碳磚的保溫效果。

方案一：工作層的包壁、包底采用鋁鎂剛玉磚，渣線層采用鎂碳磚。

方案二：全部采用鎂碳磚。

檢測方法：各10爐，澆注10分鐘后，通過熱電偶和數(shù)字溫度顯示器，測量鋼水溫度，以此推算降溫速度。

鋼包烘烤：烘烤時(shí)間2小時(shí)為準(zhǔn)，通過點(diǎn)溫槍測量，方案一鋁鎂剛玉磚烘烤溫度可達(dá)800℃以上，顏色為紅亮色，而方案二的鎂碳磚烘烤溫度為650℃，顏色為暗紅色。

試驗(yàn)環(huán)境：澆注場地溫度10℃。

根據(jù)試驗(yàn)情況，由表2可看出鋁鎂剛玉磚降溫速度0.76℃/min，鎂碳磚降溫速度1.78℃/min。鋁鎂剛玉磚保溫效果明顯優(yōu)于鎂碳磚，平均降溫速度比鎂碳磚低1.02℃/min。

2.2　減少整爐澆注時(shí)間

搖枕、側(cè)架傳統(tǒng)澆注工藝將水口箱掛在鋼包底部，澆注完成一箱后，天車將水口箱抬起，然后移至下一箱，下落的同時(shí)，操作者需把持水口箱，讓水口箱兩側(cè)的流鋼口與澆口杯對正。鋼包底部掛水口箱的主要缺點(diǎn)如下：

（1）天車需要做六個(gè)方向的動(dòng)作，方能使流鋼口對正澆口杯，導(dǎo)致整體澆注時(shí)間過長，澆注后期鋼水降溫嚴(yán)重。

（2）增加操作者勞動(dòng)強(qiáng)度，需要增加兩名專職人員來把持水口箱，并且勞動(dòng)強(qiáng)度大。

（3）水口箱在鋼包底部，把持水口箱具有一定的潛在的危險(xiǎn)性，并且會(huì)受到高溫輻射，容易燙傷。

針對以上問題，我公司制作了軌道澆注機(jī)，根據(jù)鑄鋼件的砂箱高度尺寸和所需靜壓頭高度，分別確定水口箱流鋼尾磚據(jù)澆口杯的高度。將水口箱坐落在澆注機(jī)上，在澆注機(jī)上制作滾軸，從而實(shí)現(xiàn)支撐和左右移動(dòng)水口箱的作用。

可以根據(jù)所要澆注的鑄鋼件產(chǎn)品種類和砂箱高度來確定澆注機(jī)上滾軸的高度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)澆注機(jī)對所有產(chǎn)品都能澆注。

在連續(xù)式澆注線上，兩側(cè)的通道上有固定軌道，根據(jù)澆注底板的寬度設(shè)計(jì)出合適的軌距。澆注機(jī)兩側(cè)的支持架底部，每側(cè)有兩個(gè)輪轂落在軌道上，通過輪轂在軌道上滑行，帶動(dòng)澆注機(jī)運(yùn)動(dòng)；其中，有一側(cè)的支撐架底部為半活動(dòng)式，起到緩沖作用。只需要兩個(gè)人沿著澆注線前后拖動(dòng)，兼職撬澆口杯，天車也只需要沿著一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)即可。

在澆注機(jī)上平面上，有兩塊帶有角鋼的鐵板，上面可埋上砂子或鋪墊磚塊，以防止?jié)沧⑦^程中外濺的鋼水流入冒口，避免或減少掉鋼豆鑄造缺陷，降低廢品率。

20噸及以上的LF精煉爐澆注時(shí)，整體澆注時(shí)間由1小時(shí)減少至40分鐘，使?jié)沧⒑笃阡撍疂沧囟饶軌驖M足工藝要求，保證鋼水流動(dòng)性，從而減少鑄件產(chǎn)生冷隔、褶皺、桔皮等鑄造缺陷，降低廢品率。

3　鑄件表面質(zhì)量

通過以上措施，搖枕、側(cè)架表面質(zhì)量得到很大提升，冷隔、桔皮、褶皺得到了徹底的解決。

圖3　軌道澆注機(jī)澆注

4　結(jié)語

（1）選用鋁鎂剛玉磚可有效的提高鋼包保溫性，控制鋼水降溫速度。

（2）軌道澆注機(jī)可將整爐澆注時(shí)間縮短1/3，由1h縮短至40min。

（3）通過以上兩種方法，澆注溫度可控制在1580℃以下，減少了冷隔、褶皺、桔皮等鑄造缺陷，降低了廢品率。鑄造，2016,65（7）：661-666.

圖4　冷隔、桔皮缺陷

圖5　改進(jìn)后的表面質(zhì)量

參考文獻(xiàn)：

[1]王錫安.年產(chǎn)5.8萬噸鋼搖枕和側(cè)架的鑄造車間工藝設(shè)計(jì)[J].

[2] 賈長江，宋德晶，孫寶金，等.鑄造用鋼包新型絕熱保溫材料的應(yīng)用研究[J].鑄造設(shè)備與工藝，2016,1：42-44.