高質(zhì)量鑄鋼件的冶煉工藝方法分析

蘇 毅

（太原重工股份有限公司，山西 太原 030024）

隨著我國(guó)社會(huì)發(fā)展的速度加快，社會(huì)各行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)及水平也得到了相應(yīng)提升。由于鑄鋼零件的不斷開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，增加了鑄鋼零件的生產(chǎn)及使用比重，并且零件體積逐漸向大型化發(fā)展，40 t 以上的零件已常態(tài)化存在。企業(yè)若想在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位，就必然要提升其冶煉技術(shù)及鑄鋼零件的生產(chǎn)工藝水平。

在鑄鋼件制造的過(guò)程中要想實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量生產(chǎn)，就要從企業(yè)的實(shí)際狀況出發(fā)，對(duì)鑄鋼材質(zhì)的特性進(jìn)行深入研究，并對(duì)鑄鋼冶煉工藝進(jìn)行進(jìn)一步探索，通過(guò)生產(chǎn)方法的科學(xué)化選擇以及生產(chǎn)工藝的創(chuàng)新，使鑄鋼件的生產(chǎn)質(zhì)量有所提升，充分發(fā)揮鑄鋼零件耐高溫、硬度強(qiáng)、抗壓能力強(qiáng)等應(yīng)用特點(diǎn)，以此為我國(guó)鑄鋼行業(yè)的長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。

優(yōu)質(zhì)的冶金質(zhì)量是保證鑄鋼件生產(chǎn)品質(zhì)的基礎(chǔ)性條件。在冶煉的過(guò)程中沒(méi)有優(yōu)質(zhì)鋼水企業(yè)，就無(wú)法生產(chǎn)制造高品質(zhì)的鑄鋼零件。因此，冶煉質(zhì)量也是制約優(yōu)質(zhì)鑄鋼件生產(chǎn)制造的關(guān)鍵。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度逐步提高，產(chǎn)品在設(shè)計(jì)生產(chǎn)的過(guò)程中更加注重其功能及性能。這樣的生產(chǎn)現(xiàn)狀，相應(yīng)地對(duì)鑄鋼件的生產(chǎn)品質(zhì)有了進(jìn)一步的要求。為了與市場(chǎng)發(fā)展的速度相適應(yīng)，鑄鋼件企業(yè)的相關(guān)設(shè)計(jì)人員、研發(fā)人員以及生產(chǎn)人員正從多角度出發(fā)，竭盡全力提高鑄鋼件產(chǎn)品的質(zhì)量。

1 鑄鋼的基本概念

鑄鋼是用于制造鑄鐵的鋼。在鑄造生產(chǎn)強(qiáng)度比較大，用于鑄造生產(chǎn)的鐵材料供應(yīng)不充足的情況下，鑄鐵生產(chǎn)上無(wú)法滿足零件的實(shí)際生產(chǎn)需求，這時(shí)可以根據(jù)實(shí)際需要應(yīng)用鑄鋼生產(chǎn)技術(shù)手段。但鑄鐵零件生產(chǎn)所需要的鋼水同鑄鐵零件生產(chǎn)制造所需的鐵水相比流動(dòng)性較差，因此，在澆注的過(guò)程中要對(duì)鑄鐵厚度及形狀尤為注意。通過(guò)對(duì)硅元素含量值上限的控制，可以使鋼水的流動(dòng)性得以有效改善。根據(jù)類型和用途可將鑄鋼件劃分為一般性通用鑄鋼件、焊接鑄鐵、不銹鋼以及耐熱鑄件四個(gè)重要類型[1]。

2 鑄鋼件的優(yōu)點(diǎn)

1）鑄鋼件在設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造的過(guò)程中具有較高的靈活性，鑄鋼件設(shè)計(jì)工作人員在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)制造時(shí)，擁有對(duì)外觀形態(tài)及樣式設(shè)計(jì)的最大化控制權(quán)利，尤其在復(fù)雜形狀鑄鋼零件以及中空型鑄鋼零件的設(shè)計(jì)中表現(xiàn)最為顯著，在此類鑄鋼零件生產(chǎn)時(shí)，可以采用組芯制造工藝來(lái)進(jìn)行。鑄鋼件在形狀塑造階段，其外形容易發(fā)生改變，鑄鋼件由設(shè)計(jì)圖紙到成品制造所需要的生產(chǎn)時(shí)間較短，這樣的現(xiàn)狀為鑄鋼件的生產(chǎn)、銷售以及產(chǎn)品價(jià)格的市場(chǎng)定位提供有利條件。對(duì)鑄鋼件的外觀形狀和生產(chǎn)加工質(zhì)量進(jìn)行有效監(jiān)督以及科學(xué)化設(shè)計(jì)，能夠集中鑄鋼件系數(shù)、強(qiáng)化零件整體結(jié)構(gòu)，從而將鑄鋼件整體結(jié)構(gòu)的靈活性和工藝技術(shù)的優(yōu)勢(shì)很好展現(xiàn)。

2）鑄鋼件生產(chǎn)所應(yīng)用的金屬制造水平較高，并且鑄鋼件具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和兼容性，能夠根據(jù)各種項(xiàng)目的需要選擇合適的化學(xué)品和組織調(diào)節(jié)劑，以滿足生產(chǎn)的需求。通過(guò)適當(dāng)?shù)募訜崽幚砉に嚳蓪㈣T鋼件的機(jī)械性能以及使用性能充分發(fā)揮，并且具有優(yōu)異的可焊接性和機(jī)械加工性。

3）鑄鋼件整體結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，這為其生產(chǎn)制造提供了便利性的條件。加上輕質(zhì)結(jié)構(gòu)和快速交貨的優(yōu)點(diǎn)，使鑄鋼材料在價(jià)格和經(jīng)濟(jì)性方面具有優(yōu)勢(shì)。

4）鑄鋼件的重量在生產(chǎn)過(guò)程中的上下限度差異很大。較小的尺寸可以用來(lái)制造僅重10 g 的精密零件，而大體積的鑄鋼件可以重達(dá)數(shù)十噸甚至數(shù)百噸，這對(duì)鑄鋼件的生產(chǎn)制造工藝有著更高水平的要求[2]。

3 鑄鋼件高質(zhì)量生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)冶煉工藝的要求

近年來(lái)鑄鋼件產(chǎn)品種類復(fù)雜，并且對(duì)其生產(chǎn)品質(zhì)有著較高的要求。控制鋼水含氣量和非金屬夾雜物，以及分析鑄鋼件氣孔、熱裂紋、脆性裂紋等冶金缺陷是影響冶煉品質(zhì)的兩個(gè)主要因素，同時(shí)也是鑄鋼件生產(chǎn)企業(yè)提升生產(chǎn)品質(zhì)的關(guān)鍵性因素。當(dāng)然，在沒(méi)有真空的情況下，生產(chǎn)高質(zhì)量的鑄鋼件存在較大的困難。據(jù)研究表明，在冶煉過(guò)程中選用適當(dāng)?shù)臓t子和應(yīng)用外部真空冶煉技術(shù)來(lái)提高冶金質(zhì)量，能夠有效實(shí)現(xiàn)降低鑄鋼液中氣體和非金屬骨料含量的目的。但同時(shí)真空冶煉設(shè)備所需要的企業(yè)資金投入相對(duì)較大，而且現(xiàn)階段我國(guó)鑄鋼件生產(chǎn)企業(yè)擁有先進(jìn)真空冶煉設(shè)備的數(shù)量極少。因此，開(kāi)展對(duì)非真空環(huán)境下鑄鋼件的冶煉工藝的探究，可實(shí)現(xiàn)鑄鋼件質(zhì)量的有效提升。

鑄鋼零件在實(shí)際生產(chǎn)制造的過(guò)程中對(duì)冶煉工藝有著較高的要求。在生產(chǎn)前期的準(zhǔn)備階段，要組織企業(yè)員工進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)及制造的探討，根據(jù)鑄鋼零件的使用特點(diǎn)選取最佳科學(xué)化的冶煉工藝進(jìn)行零件的生產(chǎn)及制造工作，這是鑄鋼零件生產(chǎn)得以順利開(kāi)展的基礎(chǔ)性工作。在鑄鋼零件的實(shí)際生產(chǎn)階段，要嚴(yán)格按照既定的生產(chǎn)操作要求選用冶煉工藝及方法，在此過(guò)程中尤其要嚴(yán)格控制化學(xué)試劑的使用，并對(duì)生產(chǎn)過(guò)程及用料進(jìn)行嚴(yán)格記錄，以便在問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)能及時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)檢查。

4 冶煉工藝的優(yōu)化

針對(duì)高質(zhì)量鑄鋼件對(duì)冶金質(zhì)量的要求，再沿用原來(lái)生產(chǎn)碳鋼和低合金鋼鑄件的冶煉工藝顯然是不相適應(yīng)的，因此必須對(duì)冶煉工藝進(jìn)行優(yōu)化。

4.1 冶煉原料的相關(guān)管理

一方面，在廢棄鑄鋼材存放的過(guò)程中，特別是在存儲(chǔ)應(yīng)用返回法煉制的鋼材時(shí)，需要對(duì)其配料進(jìn)行分析，并且要對(duì)鋼材中的磷含量進(jìn)行精確測(cè)量。以鋼材的實(shí)際加工工藝為基礎(chǔ)，對(duì)含有Cu、Sn、Pb、As、Sb成分的鑄鋼進(jìn)行嚴(yán)格的產(chǎn)品質(zhì)量把控，以確保鍛造出優(yōu)質(zhì)的鋼水來(lái)用于生產(chǎn)制造。另一方面，在鑄鋼件生產(chǎn)制造的過(guò)程中，要對(duì)生產(chǎn)所需的合金材料以及輔助用料按照實(shí)際的生產(chǎn)工藝需求進(jìn)行干燥處理以及烘烤操作，以此保證鑄鋼件的高質(zhì)量生產(chǎn)[3]。

4.2 電弧爐冶煉工藝的應(yīng)用

在鑄造材料熔化前期的準(zhǔn)備階段，應(yīng)進(jìn)行磷材質(zhì)的去除工作。為了提高融化工作開(kāi)展速度，可以適當(dāng)應(yīng)用吹氧技術(shù)，加速材料的溶解速度。并且在溶解工作末期要及時(shí)開(kāi)展殘?jiān)娜コぷ鳎?duì)殘?jiān)M(jìn)行化學(xué)分析，以判定磷含量是否符合生產(chǎn)制造的實(shí)際要求。氧化間隔法的使用能夠確定鑄鋼件生產(chǎn)過(guò)程中的重要參數(shù)，例如初始氧化溫度、脫碳率、脫碳量以及殘?jiān)コ龡l件等，這是為了避免鋼水被難以去除的氧化性雜質(zhì)污染。在還原過(guò)程中選擇合理的預(yù)氧化工藝，然后簡(jiǎn)化爐渣生成過(guò)程，以便于爐渣之間的氧化擴(kuò)散，滿足工藝要求。當(dāng)加入大量合金材料時(shí)，爐內(nèi)吹氫氣的過(guò)程可以使合金材質(zhì)均勻化，能夠?qū)﹁T鋼件成分含量進(jìn)行有效把控，從而為高質(zhì)量零件的生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

4.3 LF 爐生產(chǎn)工藝的使用

提高LF 爐的冶煉效果，使還原效果保持在良好的范圍內(nèi)，以此實(shí)現(xiàn)鑄鋼件冶煉廢棄白渣的精細(xì)化提煉。此外，精煉后的殘?jiān)哂幸欢ǖ难趸?，同時(shí)還具有對(duì)殘留雜質(zhì)精準(zhǔn)捕捉的能力。因此，殘?jiān)粌H可降低鋼水中溶解氧的含量，而且能更好地去除了氧化性雜質(zhì)。高爐的鋼水通過(guò)合金化處理和吹煉處理，能夠高度還原鑄鋼零件圖紙的設(shè)計(jì)，以此完成低氧含量的鑄鋼零件的生產(chǎn)制造。

4.4 澆注工作的開(kāi)展

經(jīng)研究顯示，在鑄鋼件生產(chǎn)過(guò)程中澆注工作的開(kāi)展是影響鑄鋼產(chǎn)品生產(chǎn)品質(zhì)的重要因素。因此，在澆注工作進(jìn)行前要根據(jù)鑄鋼件外形及結(jié)構(gòu)特征對(duì)使用的澆注方法進(jìn)行合理化選擇，以此保證鑄鋼零件的高質(zhì)量生產(chǎn)。

5 鑄鋼件高質(zhì)量生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的相關(guān)控制

5.1 指派專業(yè)化人員對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行管控

對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，要想獲取經(jīng)濟(jì)收益，就要求其產(chǎn)品具有良好的品質(zhì)，誠(chéng)信對(duì)于鑄鋼生產(chǎn)尤為重要。在實(shí)際生產(chǎn)中，相關(guān)工作人員要嚴(yán)格遵循冶煉及制造工藝的相關(guān)要求?！巴稒C(jī)取巧”現(xiàn)象的出現(xiàn)會(huì)致使鑄鋼過(guò)程出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題，造成企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的不必要浪費(fèi)，同時(shí)也不利于企業(yè)自身的長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展。因此，企業(yè)應(yīng)指派專業(yè)化的質(zhì)量監(jiān)督管理人員，對(duì)冶煉及鑄鋼生產(chǎn)制造的全過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格化的監(jiān)督管理，以此保證鑄鋼件高質(zhì)量的生產(chǎn)，從而促進(jìn)企業(yè)更好發(fā)展[4]。

5.2 注重冶煉過(guò)程中質(zhì)量管控工作

在鑄鋼零件生產(chǎn)制造的過(guò)程中，質(zhì)量監(jiān)督管理人員應(yīng)對(duì)其全過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督管理工作。在熔化工作完全結(jié)束后才可開(kāi)展取樣的分析工作。嚴(yán)格把控氧化溫度及時(shí)間，以此保證脫碳量達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，使鑄鋼件生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)得以嚴(yán)格把控。

6 結(jié)語(yǔ)

依托現(xiàn)有的生產(chǎn)環(huán)境，在不使用真空冶煉設(shè)備的情況下，要想實(shí)現(xiàn)冶煉工藝的提升，就要求工作人員在加大技術(shù)研發(fā)力度的同時(shí)，嚴(yán)格遵守工藝及生產(chǎn)的操作流程。在冶煉工藝選擇的過(guò)程中，要根據(jù)鑄鋼零件的外形及結(jié)構(gòu)等特征進(jìn)行科學(xué)化、合理化的選擇。在生產(chǎn)制造的過(guò)程中，指派專業(yè)化的管理人員對(duì)全部環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督管理，以此實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量鑄鋼件的生產(chǎn)及制造，為企業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展貢獻(xiàn)力量。