提高鑄鐵機設備運行可靠性的實踐

呂彥斌

（萊蕪鋼鐵集團銀山型鋼有限公司煉鐵廠，山東 萊蕪 271104）

經驗交流

提高鑄鐵機設備運行可靠性的實踐

呂彥斌

（萊蕪鋼鐵集團銀山型鋼有限公司煉鐵廠，山東 萊蕪 271104）

針對鑄鐵機存在模具質量不穩定、鏈帶糾偏設計缺陷及分流槽設計缺陷等問題，采取鑄鐵模具結構優化、鑄造工藝改進、應力消除、鏈帶糾偏裝置改造、分流槽結構及澆注料材質優化等措施，提高了鑄鐵機設備運行穩定性，日鑄鐵量達到3 300 t以上。

鑄鐵機；鑄鐵模具；分流槽；糾偏裝置

鑄鐵機系統屬間斷性作業工藝輔助設備，但在鐵水大量富余，鑄鐵量較大的情況下，要求設備運行穩定可靠，如出現非正常停機事故，則會對高爐生產造成較大影響。由于國內鋼鐵市場形勢嚴峻，煉鋼限產，高爐鐵水大量富余，鑄鐵量大大增加。為保證高爐生產形勢的穩定，萊鋼銀山型鋼煉鐵廠57 m鑄鐵機連續作業，這種情況下，鑄鐵機在生產過程中暴露出較多缺陷，這些缺陷對鑄鐵機的生產效率產生影響較大。由于鑄鐵機系統在設計上國內并沒有嚴格的規范要求，針對這種情況，為提高鑄鐵生產的連續性，結合鑄鐵生產工藝實際特點，對鑄鐵設備設施進行了相應的改造。改造后，鑄鐵機系統運行穩定性有明顯提高，為高爐生產順行創造了條件。

1 制約鑄鐵機穩定運行的因素分析

1）鑄鐵模具使用壽命較低。在鑄鐵過程中，高達1 500℃的高溫鐵水流入鑄鐵模具內，鑄鐵模具因急劇受熱而受到熱應力的作用，在鐵塊冷卻過程中，鑄鐵模具又受到急劇冷卻而產生的冷應力的作用，在雙重應力的作用下，鑄鐵模具極易出現裂紋。在鑄鐵過程中，鐵水鉆入裂紋內，造成鐵塊無法順利脫模，脫模率不足80%，遠低于規定值98%。同時，掉落的鐵塊頻繁砸壞噴漿設施，且在鏈帶下方堆積后，阻礙鏈帶運行，造成鏈帶掉道、鏈板斷裂等生產設備事故，不僅對鑄鐵生產造成較大影響，也增加了職工勞動強度。

2）鑄鐵機鏈帶在運行過程中，傳動軸及鏈帶襯套磨損，由于鏈帶軸套間隙增大，造成鏈帶在運行過程中發生傾斜、扭曲，進而出現鏈帶掉道事故。

3）鑄鐵機分流槽在外形設計上存在缺陷。分流槽角度與流槽本體夾角偏小，在鑄鐵過程中，鐵流較大時易出現鐵流溢流到鏈帶鏈板上，造成鏈帶燒損事故發生，同時，易出現鏈帶下方滑軌粘渣現象。

2 改進措施

2.1 對鑄鐵模具進行優化

1）原鑄鐵模具在受熱及冷卻過程中，因模具內部圓角過渡半徑較?。≧=20），造成模具厚度不均，在隔斷根部和頂部均流槽處厚度偏小，此處應力變化較大，屬應力集中區，極易造成隔斷根部和頂部均流槽處產生裂紋。為提高鑄鐵模具的使用壽命，對鑄鐵模具的外形結構進行重新設計，隔斷圓角過渡半徑提高到30。

2）消除應力對鑄鐵模具的影響。為降低冷熱應力對鑄鐵模具壽命的影響，提高鑄鐵模具材質的均勻性與韌性，對鑄鐵材質進行改進，由原來的廢鋼制造改為35#鋼，統一鋼材來源，控制雜質含量，保證鋼材質量。其相關力學性能：屈服強度0.2 MPa，抗拉強度500 MPa，伸長率18%，收縮率25%。

同時，由于鑄件在凝固時會發生偏析，造成成分及組織的不均性，因此，為保證鑄鐵模具在鑄造后晶粒細化、消除內應力、減少變形與裂紋傾向、消除組織缺陷，對鑄鐵模具采取完全退火處理。退火質量應符合JB/T 10175—2008熱處理質量控制要求相關規定。

3）退火工藝。加熱速度120℃/h，最終加熱溫度835℃，冷卻速度隨爐冷卻到350℃，然后空冷。保溫時間的選擇。模子的縱向截面尺寸為780 mm，根據1.5～2 mm/min的保溫時間計算，最長保溫時間需要26 h，考慮到模子的橫向截面和壁厚尺寸較小，保溫時間定為24 h。

4）改進鑄造工藝。在鑄造過程中，遵循高溫出爐、低溫澆注的原則，以確保夾雜物的徹底融化、熔渣上浮，便于清渣和除氣，減少鑄鐵模具中的夾渣和氣孔缺陷。同時，采用較低的澆注溫度，則有利于降低金屬液中的氣體溶解度和高溫金屬液對模具表面的烘烤，避免產生氣孔、粘砂和縮孔等缺陷，確保鑄鐵模具的質量。

2.2 糾偏擋輪優化設計

糾偏擋輪由上部擋輪本體和支架構成，擋輪本體上安裝有可旋轉的心軸。安裝時，擋輪心軸嵌入支架上的軸孔內，并在支架底部用螺栓固定。原糾偏擋輪設計存在的缺陷：1）擋輪本體在長期使用的情況下，與鏈帶接觸側面磨損嚴重，磨損量達到4 mm左右。如發生鏈帶跑偏現象，無法起到糾偏作用。2）心軸僅靠底部螺栓進行固定，在長期運轉的情況下極易松動，由于擋輪在矯正鏈帶跑偏過程中受到的擠壓力較大，造成擋輪在使用過程中頻繁發生擋輪支架變形或心軸彎曲和磨損現象，造成擋輪傾斜、損壞，無法起到糾偏鏈帶的作用。

針對以上存在不足，對糾偏擋輪進行優化改進。1）在擋輪本體與鏈帶接觸面增加耐磨襯套，襯套材質選用ZG270-500鑄鋼，并調質處理，提高襯套硬度及耐磨度。2）對糾偏擋輪心軸進行改造，在心軸上部與擋輪本體接觸處增加凸臺設計，保證裝配后更加緊密，防止心軸損壞的情況發生，消除因擋輪損壞造成的鏈帶掉道事故。

2.3 分流槽外形結構優化設計

1）分流槽原設計左右流嘴與流槽本體夾角為65°，左右流嘴外側鋼板與鐵水沖擊處鋼板夾角為150°，由于角度偏小，造成分流槽寬度增加，在鐵水向鑄鐵模具內流淌時鐵流過大，易從鑄鐵模具內溢出到鏈板上，進而造成鏈板燒損，同時造成機頭小滑軌粘鐵，嚴重情況下易發生鏈帶掉道事故。因此，通過對鑄鐵過程的觀察，對分流槽進行優化設計，把左右分流嘴與流槽本體夾角改為75°，左右流嘴外側鋼板與鐵水沖擊處鋼板夾角改為165°，同時把分流槽與流槽本體銜接一側長度縮短20 mm，確保在鑄鐵過程中，鐵水不易流到外側鏈板上而燒損鏈板。分流槽在改造焊接過程中，要確保焊縫均勻，無夾渣、裂紋等缺陷。分流槽改造后，杜絕了在鐵水流量較大時鐵水溢出鑄鐵模具燒損鏈板及小滑軌粘鐵現象，提高了鑄鐵機鏈帶運行穩定性

2）鐵水自流槽主溝流入分流槽時，沖擊分流槽后向兩側分流，在分流過程中，由于鐵水的反作用力，造成此處澆注料因急劇沖刷作用而損壞，出現鐵水燒穿分流槽側面鋼板造成漏鐵事故。為降低鐵水流入分流槽后的沖刷程度，在流槽投入使用前，用炮泥及高鋁水泥混拌均勻后在此處修砌高約100 mm的防沖刷擋墻。采取此方式后，提高了分流槽的使用壽命，消除了因澆注料損壞而造成的漏鐵事故。

3）提高流槽內襯澆注料的抗沖刷強度。鑄鐵流槽澆注料采用Al2O3+SiC+C質快干澆注料，從材質上分析，此澆注料適合于鑄鐵流槽。但從使用方面觀察，流槽內襯澆注層在鑄鐵量達到3萬t左右時，就會出現裂紋及剝落等現象。流槽設計鑄鐵噸數為6萬t，使用壽命僅達到實際使用壽命的50%。通過對澆注層進行拆檢，發現造成這種現象的原因有以下幾點：①澆注料理化指標達不到標準，Al2O3含量偏低，Si粉和金屬Al粉加入量較少，造成澆注后襯體的氣孔率偏高，降低了襯體抗侵蝕性，同時，也造成澆注料強度的下降。②澆注時混料不均勻，澆注料產生顆粒偏析，造成澆注后的襯體整體性強度較差，受冷熱應力的作用而出現裂紋。

針對以上原因，做以下優化改進。①澆注料材質改進，Al2O3含量達到62%以上，Si粉和金屬Al粉含量達到6%～9%，以提高澆注料的強度及抗沖刷性。②澆注過程中，混料過程進行優化，加水量控制在4.5%～5.5%，同時要保證混料均勻，防止產生顆粒偏析現象，提高襯體的整體性，減少或消除使用過程中裂紋的出現。

3 實施效果

1）通過對鑄鐵模具外形結構、退火工藝、鑄造工藝優化改進，模具內裂紋現象減少，使用壽命由改進前的10個月提高到18個月左右，同時，提高了鐵塊脫模率，達到98%以上。

2）對鏈帶糾偏擋輪材質及構造進行優化后，糾偏擋輪的使用壽命提高了50%左右，運行更加可靠，降低了鏈帶掉道事故發生率。

3）對分流槽外形結構及澆注料材質進行優化后，減輕了鐵水對流槽耐材的沖刷，通鐵量由原來的3萬t達到8萬t左右。

4 結語

通過一系列的優化改造，提高了鑄鐵機連續生產能力，在鐵水大量富余的情況下，由原來的日鑄鐵量2 400 t左右提高到3 300 t以上，加快了鑄鐵生產節奏，滿足消耗高爐富余鐵水的需要。降低了鑄鐵機設備及工藝事故故障率，每月相應減少鑄鐵機生產過程中非正常停機時間約15 h，提高了鑄鐵機設備運行穩定性，為高爐生產形勢的穩定創造了條件。減少了因工藝不合理造成的工藝件及備件消耗量，年可節約工藝及備件成本約90余萬元。

TG233

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1004-4620（2015）04-0064-02

2015-04-16

呂彥斌，男，1980年生，2005年畢業于鞍山科技大學材料科學與工程專業?，F為萊鋼型鋼煉鐵廠工程師，從事煉鐵工藝技術工作。