改善澆注工藝，提升鋼錠利用率

(沈陽鑄鍛工業(yè)有限公司鑄鋼分公司，遼寧110142)

鍛造鋼錠是我公司的主要產(chǎn)品，公司原鋼錠模的保溫冒口與錠身是分開的，使用前需要烘烤，冒口圈坐錠，工序繁瑣，規(guī)整時(shí)間較長，效率低下，冒口比重為13%～18%，保溫效果不理想且比重偏大，除此之外冒口與錠身分開還易于造成懸掛裂紋、疏松、偏析等缺陷。本文闡述了采用頭大尾小一體式鑲絕熱板的浮游冒口代替了原保溫圈的方法，解決了上述問題，優(yōu)化了澆注工藝，減小了冒口的比重，提升了鋼錠的利用率。在實(shí)際生產(chǎn)中還發(fā)現(xiàn)該方法保溫效果好，消除了大部分懸掛裂紋、縮孔、偏析等缺陷，提高了鋼錠合格品率和優(yōu)級品率，同時(shí)該方案實(shí)施起來容易，生產(chǎn)效率提升明顯。

1 基本原理和優(yōu)化實(shí)例

1.1 基本原理

鋼液在凝固時(shí)，會體積收縮，總收縮量為：

E=(1/ρ鋼液-1/ρ鋼固)÷(1/ρ鋼液)

=10.4%

式中，E為收縮量；ρ鋼液為液態(tài)鋼密度，其值為7.0g/cm3；ρ鋼固為固態(tài)鋼密度，其值為7.8g/cm3。

鋼水在鋼錠模內(nèi)凝固時(shí)會產(chǎn)生體積收縮，若先凝固的部分得不到充足的鋼水進(jìn)行補(bǔ)縮，便會產(chǎn)生偏析、縮孔等缺陷。鋼水的凝固順序是由下向上的，從錠身的底部和側(cè)部開始，冒口位置最后，它起到向下補(bǔ)縮鋼水的作用，所以縮孔、偏析常見于冒口處，在鍛壓工序中冒口通常會被處理成鉗口，鍛造后去掉。因此為了使冒口盡可能減小，應(yīng)讓冒口處的鋼水盡可能的保持在液態(tài)，這通常要加強(qiáng)冒口外壁的保溫和在冒口鋼液上分散、均勻撒入保溫劑。

1.2 澆注工藝優(yōu)化實(shí)例

絕熱板的成分及性能分別見表1和表2。

表1 絕熱板化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical compositions of insulation board (mass fraction, %)

表2 絕熱板物理性能指標(biāo)Table 2 Physical performance indexes of insulation board

絕熱板保溫效果較原保溫帽效果理想，可以延長冒口位置鋼水液態(tài)時(shí)間，減少了冒口比重，提升了鋼錠的利用率。以下試驗(yàn)以6.2 t的42CrMo鋼錠為例，介紹了采用浮游絕熱板保溫冒口的優(yōu)化工藝。

用原帶“帽”的保溫冒口，在坐“帽”時(shí)，由于冒口和鋼錠模坐合不嚴(yán)產(chǎn)生縫隙，鋼水在澆注時(shí)進(jìn)入凝固后形成飛邊；若冒口與鋼錠模坐偏會形成“歪頭”；冒口里耐火材料由于鋼水的慣性，沖洗致使內(nèi)陷，鋼錠脫模后冒口位置會出現(xiàn)“肚子大”。由于上述的因素，鋼錠在凝固時(shí)冒口位置被卡住出不來，錠身懸空，鋼錠在尚未完全凝固的狀態(tài)由于外力拉伸，致使冒口和鋼錠模連接處出現(xiàn)懸掛裂紋。

浮游冒口的絕熱板采用組合的方式固定在鋼錠模頂部，由于其可浮游的特性，實(shí)際生產(chǎn)中通常不會“一錠對一?！?，一般會通過調(diào)整絕熱板下嵌的深度來生產(chǎn)所需要錠型的大小，由于絕熱板位置的改變，會出現(xiàn)絕熱板與鋼錠模貼合不完全，導(dǎo)致鋼錠小概率產(chǎn)生縮松、利用率小幅降低和極少數(shù)出現(xiàn)廢品的現(xiàn)象。但浮游冒口錠身與冒口合為一體，解決了原澆注工藝容易產(chǎn)生懸掛裂紋的問題，另其無需使用天車，無需煤氣烘烤，操作便捷，勞動(dòng)強(qiáng)度減小，保證了鋼錠整體質(zhì)量的同時(shí)還節(jié)約了能源，權(quán)衡利弊后其凸顯的優(yōu)勢較為明顯。

對比發(fā)現(xiàn)，浮游冒口更能創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，為企業(yè)節(jié)約成本。

2 工藝方案

2.1 技術(shù)參數(shù)

鋼錠材質(zhì)為42CrMo，重量6.2 t，冒口比重<14%。

2.2 鋼錠冒口結(jié)構(gòu)形式

原鋼錠模剖面圖和浮游冒口鋼錠模剖面圖如圖1所示。絕熱板示意圖如圖2所示。冒口各項(xiàng)凹面的最大收縮距離如表3所示。

圖1 原鋼錠模和浮游冒口鋼錠模的剖面圖Figure 1 Cross section diagrams of original ingot mold and ingot mold for floating riser

2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

鋼錠總體積V≈0.7949 m3，原冒口體積V原≈0.1328 m3，原冒口體積百分比約為16.7%，浮游冒口體積V新≈0.1076 m3，浮游冒口體積百分比約為13.5%。

圖2 絕熱板示意圖Figure 2 Sketch of insulation board

絕熱板高度冒口凹面高收縮距離冒口澆高25020025230

冒口的體積百分比下降，即其相對比重下降，在提高了鋼錠錠身利用率的同時(shí)，冒口部位殘留的縮孔、偏析等缺陷也相對減少。

2.4 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

按每噸鋼錠均價(jià)為5000元、年產(chǎn)量3000 t計(jì)算，年經(jīng)濟(jì)效益約為45萬元。

原保溫冒口圈需要天車進(jìn)行坐冒，需消耗電能，其動(dòng)能費(fèi)加起來約合噸鋼5元，浮游冒口的絕熱板較原冒口圈成本也增加約合噸鋼5元，所以兩者成本相當(dāng)。

3 結(jié)論

本文以我公司生產(chǎn)的6.2 t的42CrMo鋼錠為例，通過試驗(yàn)將原帶“帽”式保溫冒口改為上大下小整體模裝絕熱板的浮游保溫冒口，配合使用適當(dāng)?shù)谋夭牧?，保證了冒口部位鋼水的液態(tài)時(shí)間，起到有效的補(bǔ)縮作用，使冒口的比重降低了3.2%，從而提高了鋼錠的利用率。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，改善后的澆注工藝安全可行，減少了懸掛裂紋、縮孔、偏析等缺陷，同時(shí)為企業(yè)節(jié)約了成本，帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。