鑄造軸橋冶煉工藝路線設(shè)計與生產(chǎn)實(shí)踐

江 濤，解澄劍

(中車長江銅陵車輛有限公司 安徽銅陵 244000)

軸橋是有軌電車關(guān)鍵部件，鑄造軸橋采用水玻璃砂造型工藝，從軸橋化學(xué)成分要求、力學(xué)性能要求、冶煉設(shè)備等方面分析，結(jié)合公司的生產(chǎn)現(xiàn)狀制定了工藝路線，現(xiàn)取得良好的經(jīng)濟(jì)成果，合理的工藝參數(shù)選用對冶煉過程控制積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1 工藝路線設(shè)計

1.1 軸橋技術(shù)要求

1.1.1 化學(xué)成分

軸橋化學(xué)成分要求見表1。

表1 化學(xué)成分(%)

注：1、合金元素的添加以滿足材料機(jī)械性能為原則，不做強(qiáng)制性規(guī)定。2、CE≤0.54 CE=C+(Mn+Si)/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

1.1.2 力學(xué)性能

軸橋力學(xué)性能要求見表2。

表2 力學(xué)性能

1.2 冶煉設(shè)備分析

1.2.1 冶煉設(shè)備簡介

目前國內(nèi)鑄造冶煉設(shè)備主要分為電弧爐冶煉和感應(yīng)電爐冶煉，少數(shù)企業(yè)使用電弧爐加爐外精煉的冶煉方式。堿性電弧爐氧化法冶煉是最基本的冶煉方法，電弧爐是現(xiàn)代電爐煉鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，以電弧產(chǎn)生熱量熔化廢鋼，用來冶煉各種碳素鋼和合金鋼；LF爐是現(xiàn)代煉鋼生產(chǎn)的爐外精煉設(shè)備，采用氬氣攪拌、石墨電極埋弧加熱和爐渣精煉技術(shù)，主要承擔(dān)還原期的脫硫任務(wù)和調(diào)節(jié)成分，與電弧爐配合使用，縮短和調(diào)節(jié)冶煉周期[1]；而感應(yīng)電爐通常是無鐵芯的，根據(jù)接入電源頻率，稱為中頻感應(yīng)電爐簡稱中頻爐，是以電磁感應(yīng)產(chǎn)生熱量熔煉金屬[2]。

1.2.2 冶煉方式分析

冶煉方式分析比較見表3。

表3 冶煉方式比較

1.3 工藝路線制定

由于鑄造軸橋水玻璃砂造型能力不足，可用砂箱數(shù)目為4個，因此根據(jù)鑄造軸橋質(zhì)量技術(shù)要求、冶煉設(shè)備能力分析以及造型能力制定了以下的冶煉工藝路線。冶煉分為一次熔煉和二次熔煉，一次電弧爐氧化法冶煉兩次加料出約20t鋼水并采用漏包澆注，澆注4只軸橋，剩余鋼水澆注成鋼錠成為中頻爐冶煉爐料，二次中頻爐熔煉采用搖包澆注，澆注1只軸橋，冶煉工藝路線圖詳見圖1。

圖1 冶煉工藝路線圖

2 工藝參數(shù)設(shè)定

2.1 備料

一次熔煉采用電弧爐+LF爐冶煉方式，由于主產(chǎn)品為搖枕側(cè)架B+級鋼和車鉤E級鋼，均屬于中低碳低合金鋼，而軸橋化學(xué)成分中對鉻含量有要求，因此備料時不能使用主產(chǎn)品的返回料，應(yīng)全部選用普通廢鋼，同時結(jié)合產(chǎn)品成分及氧化法熔煉需保證氧化期0.3%脫碳量的要求，備料時應(yīng)保證配碳量在0.45%以上。

2.2 化學(xué)成分控制

二次熔煉采用中頻爐熔煉，經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)中對中頻爐全爐料熔清后取樣分析綜合比對，數(shù)據(jù)見表4。

表4 LF爐出鋼樣與中頻爐熔清樣對比表(%)

通過表4可以看出，元素?fù)p耗的主要是硅與錳，原因是由于熔化過程中元素易氧化以及燒損造成的。硅含量下降0.1%-0.15%，成分基本穩(wěn)定在0.2%左右；錳含量下降0.7%，成分基本穩(wěn)定在0.8%左右。因此中頻爐中需補(bǔ)加合金，由于添加合金牌號為硅鐵FeSi75和中碳錳鐵FeMn78C2.0，補(bǔ)錳后勢必造成一定量的增碳，因此需嚴(yán)格控制一次熔煉的LF爐出鋼碳含量。

補(bǔ)錳增碳量=(終點(diǎn)錳含量-熔清錳含量)/錳鐵錳含量*錳鐵碳含量

=(1.6%-0.8%)/78%*2%=0.02%

注：終點(diǎn)錳含量取產(chǎn)品規(guī)格成分中限1.6%，熔清錳含量取0.8%，收得率按100%計算。

由上式可知，中頻爐中由于補(bǔ)錳估算碳含量提高0.02%，為保證中頻爐鋼水碳含量合格，一次熔煉后LF爐出鋼鋼水含碳量必須控制在0.08%-0.12%，并且偏下限，同時要求電弧爐出鋼碳含量控制在0.05%-0.08%。

2.3 合金添加控制

錳鐵：中頻爐中錳鐵若一次性補(bǔ)加，添加量大會造成鋼水溫度下降幅度大，并且取樣化驗(yàn)時間較長，易造成二次氧化收得率低，錳含量出鋼達(dá)不到成分要求。因此要求取熔清樣后立即添加前期估算增加量的2/3，后再根據(jù)化驗(yàn)單按照實(shí)際情況添加余下的1/3，確保出鋼錳成分合格。

硅鐵：中頻爐中硅易氧化燒損，高溫熔煉時間長會造成收得率低。因此要求加入硅鐵后必須在7分鐘內(nèi)出鋼[3]，保證高收得率的同時硅成分合格。

終脫氧鋁：加入量根據(jù)產(chǎn)品及一般鋼種對殘鋁量的要求為0.020%-0.080%。要求加入鋁總量的1/2隨鋼包烘烤，接鋼時鋼包內(nèi)的鋁應(yīng)呈液態(tài)，中頻爐出鋼前爐內(nèi)插鋁脫氧，用量為總量的1/2。

2.4 中頻爐撈渣控制

根據(jù)中頻爐自身特性，保證鋼水純凈度，去除鋼水中夾雜，必須建立嚴(yán)格除渣制度，要求分三次撈渣。一次撈渣為熔清后加入除渣劑后撈除最少90%爐渣，隨后撒入除渣劑進(jìn)行鋼水提溫；二次撈渣為達(dá)到出鋼溫度時，快速進(jìn)行操作并隨后撒入少量除渣劑，同時將功率調(diào)整到保溫檔停置1分鐘，而后插鋁脫氧，待鋼包吊至出鋼位后，第三次撈凈爐渣出鋼。

2.5 澆注溫度控制

軸橋?qū)儆诘吞间?，容易造成鋼水流動性差，結(jié)合產(chǎn)品外形尺寸特性，LF爐出鋼采用20t鋼包漏包澆注，因此為保證充型，要求出鋼溫度1590 ℃-1600 ℃，澆注溫度1585 ℃。而中頻爐出鋼時采用1 t鋼包搖包澆注，由于出鋼溫降及澆注鋼包烘烤、鎮(zhèn)靜時間等方面的影響，確定中頻爐出鋼溫度1620 ℃-1640 ℃，澆注溫度1585 ℃。

3 試制結(jié)果與分析

3.1 試制結(jié)果

中頻爐五個爐次的化學(xué)成分和熱處理后的試塊力學(xué)性能分別見表5、表6。

表5 化學(xué)成分(%)

3.2 試制分析

從表5和表6可以看出，試制爐次的鋼水化學(xué)成分及力學(xué)性能均達(dá)到軸橋技術(shù)要求。按照以上分析及措施，后續(xù)共完成了86件軸橋的熔煉澆注，非金屬夾雜物評級合格，鋼水合格率為100%。

4 結(jié)論

鑄造軸橋兩次冶煉工藝路線從理論上分析是具有可行性的，結(jié)合了不同冶煉澆注方式的優(yōu)點(diǎn)，同時采取嚴(yán)格控制氧化法冶煉各階段的碳含量、合理選擇中頻爐合金添加量和添加時機(jī)、執(zhí)行中頻爐撈渣制度凈化鋼水、控制澆注溫度等有效工藝控制措施，為實(shí)際生產(chǎn)的成功奠定了基礎(chǔ)，對因地制宜立足現(xiàn)有條件，積極開拓外部市場有著更加積極的意義，是一次成功的嘗試與探索。

表6 力學(xué)性能