大型煉鋼用渣盆經(jīng)濟快捷性制造技術(shù)研究

戰(zhàn)慶文，申鳳英，李 偉，朱永新

（1.山東鋼鐵萊鋼集團設(shè)備檢修中心，山東萊蕪 271104；2.山東省東平縣銀山鎮(zhèn)人民政府，山東泰安 271513）

1 研制背景

在5～20m3煉鋼用渣盆的制造過程中，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式一般為渣盆敞口端朝上、底部在下的鑄造工藝和砂箱+模型的制造方法，該方法砂耗高、占地面積大、生產(chǎn)效率低，而且產(chǎn)品使用壽命不高。伴隨著鋼鐵行業(yè)每況愈下的經(jīng)營形勢，各大鋼廠對渣盆等消耗件采購成本的控制到了苛刻的程度，并顛覆性的提出了利用其富余鋼水、在煉鋼有限的現(xiàn)場直接澆注制造渣盆的需求。為了最大限度的適應(yīng)客戶的需求，我們對非鑄造現(xiàn)場生產(chǎn)鑄件的“環(huán)境特點”進行了認真分析研究，進行了簡易水玻璃砂型經(jīng)濟性生產(chǎn)煉鋼渣盆的研制。

渣盆鑄件上的“運行”耳軸和“傾翻”吊環(huán)主要有鍛制和鑄態(tài)兩種結(jié)構(gòu)，現(xiàn)以10m3煉鋼渣盆的生產(chǎn)為主（詳見圖1），介紹該研制過程的主要內(nèi)容。

2 渣盆鑄件的工藝設(shè)計

在常規(guī)鑄造生產(chǎn)工藝形式下，從模型制作、生產(chǎn)工裝制作、安全生產(chǎn)、品種搭配等方面綜合考慮，煉鋼渣盆的澆注位置多為渣盆開口端朝上的鑄造方式，采取多次翻箱、修型、合箱傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝（詳見圖2）；但在煉鋼有限的現(xiàn)場“尋機生產(chǎn)”，必須充分壓縮生產(chǎn)場地，減少或杜絕砂箱的過程翻轉(zhuǎn)，控制砂耗等，以盡可能的減少煉鋼現(xiàn)場行車設(shè)備的“借用”，因此，顛覆性的更新了渣盆的鑄造工藝，即選擇渣盆開口端朝下的澆注位置，并創(chuàng)新性的進行了渣盆的模型與生產(chǎn)工裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計，詳見圖3和圖4。

3 渣盆鑄件的模型制作

3.1 模型基本結(jié)構(gòu)設(shè)計

渣盆鑄造生產(chǎn)時的模型多為鋼制整體結(jié)構(gòu)，一般情況下既可作為外模型，又可同時兼作芯盒使用。在有所借鑒的情況下，為了形成制作內(nèi)部型腔砂型時的填砂通道，本次研制的模型創(chuàng)造性的在其底部預(yù)留了制作“內(nèi)部砂型”的“沉蓋與開口”部分，這是研制模型設(shè)計的核心技術(shù)。

開口位置的設(shè)計原則，一是保證模型底部圓弧過渡結(jié)構(gòu)處的完整性；二是確保通過該開口能順利填砂和進行型砂的緊實操作；三是在此基礎(chǔ)上“開口”要盡量大，詳見圖5和圖6。

圖1 10m3渣盆結(jié)構(gòu)簡圖

圖2 10m3渣盆傳統(tǒng)鑄造工藝簡圖

圖3 10m3渣盆（鍛制軸、環(huán)）新型鑄造工藝簡圖

圖4 10m3渣盆（鑄態(tài)軸、環(huán)）新型鑄造工藝簡圖

圖5 10m3渣盆鋼制模型結(jié)構(gòu)設(shè)計簡圖

3.2 渣盆模型“開口”尺寸的確認

渣盆模型的“開口”尺寸，依據(jù)圖6、圖7進行“反復(fù)推理確定”。

首先，按“第4.1”款確認仿形“鋼制砂胎”的尺寸；然后，按照圖“7”的關(guān)系要求，在滿足“1線”和“2線”符合的情況下，依據(jù)第“2”線定出模型“開口”的初步位置尺寸（A1、A2），在確保鋼制模型圓弧R完整的前提下，應(yīng)使A1、A2的尺寸盡量大，最后確定出模型“開口”的最大尺寸 A1、A2、B1、B2；第三，按以上設(shè)計，若不能確保鋼制模型圓弧R的完整性時，應(yīng)在鋼制模型的頂部進行“分?！保ㄈ鐖D“分模線”所示），并相應(yīng)減小 A1、A2、B1、B2的尺寸，最后以手工方式完成圓弧R處的型砂緊實。

3.3 渣盆模型“沉蓋”的設(shè)計要領(lǐng)

渣盆模型底部設(shè)計沉蓋的目的，主要是內(nèi)部型腔砂型制作完畢后，形成完整的渣盆外部模型。沉蓋的設(shè)計要領(lǐng)，一是與底部開口的周邊間隙要小，二是其上吊裝鉤盡量選在渣盆的冒口位置，詳見圖5。

3.4 渣盆模型的制作

渣盆鋼制整體模型（具體參數(shù)選擇）的制作，自圖5中很容易看出，無需簡述。

4 渣盆鑄件的生產(chǎn)工裝制作

4.1 下砂箱的設(shè)計與制作

下砂箱的設(shè)計，除了常規(guī)結(jié)構(gòu)之外，特設(shè)了減少內(nèi)部砂型砂量的仿形“鋼制砂胎”，這是砂箱設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)，詳見圖7、圖8。

仿形“鋼制砂胎”等關(guān)鍵尺寸的確認步驟如下：

圖6 10m3渣盆鋼制模型開口結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計簡圖

圖7 10m3渣盆仿形“鋼制砂胎”和模型“開口”的位置與尺寸關(guān)系圖

圖8 10m3渣盆下砂箱基本結(jié)構(gòu)簡圖

首先，依據(jù)圖7選定渣盆鑄件各關(guān)鍵部位壁厚處對應(yīng)的“吃砂量”，按常規(guī)（查表）確定a、b、h三處對應(yīng)的最小吃砂量分別為 （a1）、（a2）、（b1）、（b2）、（h1）；其次，再考慮起出渣盆毛坯的過程中 -既減少鋼制仿形砂胎變形、又容易出坯的剛性“緩沖砂量厚度”（經(jīng)驗值約 80～160mm），亦即 a1＝（a1）＋（80～160mm）、a2＝（a2）＋（80～160mm）、b1＝（b1）＋（80～160mm）、b2＝（b2）＋（80～160mm）、h＝（h1）＋（80～160mm）,這樣，即可初步確定出“鋼制砂胎”結(jié)構(gòu)中的基本尺寸（C1、C2、H），進而確定出鋼制“仿形砂胎”的其它尺寸。

下砂箱為常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)制作，具體參數(shù)和制作過程略。

4.2 上部砂箱的設(shè)計與制作

上部砂箱的設(shè)計，除了常規(guī)結(jié)構(gòu)之外，進行了如下創(chuàng)新。其一：砂箱內(nèi)部依據(jù)渣盆的外壁隨形設(shè)計，其二：根據(jù)渣盆的高度和型砂緊實的難易程度等，上部砂箱分上、下兩層設(shè)計（也即為中砂箱和上砂箱），分段填砂后外砂型整體成型，做到開箱起模時上砂型（或上鑄型）不必翻轉(zhuǎn)，這也是砂箱設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)，詳見圖9。

上部砂箱為常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)制作，具體參數(shù)和制作過程略。

圖9 10m3渣盆外部砂型成型示意圖

4.3 其他輔助生產(chǎn)工裝的制作

為了使模型、砂箱、各類輔助工裝在非鑄造生產(chǎn)時間方便的聚集于一偶，水玻璃采用專用容器直接配送，原砂采用含泥量較低的袋裝砂，現(xiàn)場借用了原水玻璃砂混砂機（系統(tǒng)），設(shè)計制作了型砂簡易皮帶輸送機等。

5 渣盆鑄件的快捷制造

渣盆的生產(chǎn)為傳統(tǒng)的（上、下）砂箱造型，其鑄型裝配采用定位銷定位和螺栓緊固等，詳見圖9、圖10、圖11。渣盆鑄件的快捷制造，簡述如下。

首先，舂制下砂型。

其次，舂制內(nèi)砂型（亦即砂芯）。將鋼制模型放置于下砂型上，調(diào)整合適后自模型開口處填砂，頂部型砂最后使用平板刮平壓實，砂芯制作完成；然后，將沉蓋放入模型開口處，形成完整的外部模型。

第三，舂制外砂型。將預(yù)先制作的靠近模型的下砂型表面(150～200mm)劃松,然后放入中砂箱，加砂緊實，并適時放入澆注系統(tǒng)的澆道磚，完成外砂型之中砂型的舂制；將中砂型上表面劃松，然后放入上砂箱，加砂緊實，并接續(xù)放入澆注系統(tǒng)的澆道磚和冒口等，完成外砂型之上部砂型的舂制；將中、上砂箱扒緊，使之聯(lián)接成一個整體，實現(xiàn)外砂型整體成型。

圖10 10m3渣盆內(nèi)腔“內(nèi)部砂型”成型示意圖

第四，起模與修型。將中、上砂箱形成的整體外砂型吊起，不翻轉(zhuǎn)放置于固定位置；吊下模型上的沉蓋，起出鋼制主體模型；修型、修芯。

第五，合箱與澆注。將中、上砂箱形成的整體外砂型吊起，直接“合”于下砂箱上；扒緊上下砂型；要鋼水、澆注。

第六，打箱清砂，電割澆冒口，清整，獲得合格渣盆鑄件。

6 效果評價與結(jié)論

6.1 效果評價

自2015年5月份始，沿用該鑄造方法制造了首件渣盆，模型與工裝滿足了現(xiàn)場狹窄的苛刻要求，生產(chǎn)操作過程簡便、快捷、安全，渣盆質(zhì)量好，而且使用壽命達到了平均5個月/件的使用目標。

6.2 關(guān)鍵技術(shù)

無論鍛制耳軸、吊環(huán)還是鑄態(tài)耳軸、吊環(huán)的渣盆，其鋼制模型的結(jié)構(gòu)設(shè)計、以及鑄件型腔內(nèi)外部砂型的成型工藝技術(shù)，是本制造方法的關(guān)鍵。

6.3 結(jié)論

經(jīng)過生產(chǎn)實踐證明，煉鋼用渣盆的制造工藝及方法，設(shè)計創(chuàng)新明顯，思路新穎，工裝結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)實用性、經(jīng)濟性高，可廣泛應(yīng)用于各類“升或斗”形以及筒形類大型鑄件的生產(chǎn)中。