95 t～103 t真空澆注鋼錠的開發設計

杜佳美　鄧向陽

(中天鋼鐵集團有限公司，江蘇213011)

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95 t～103 t真空澆注鋼錠的開發設計

杜佳美鄧向陽

(中天鋼鐵集團有限公司，江蘇213011)

摘要：介紹了95 t~103 t真空鋼錠錠型的優化設計，將此類真空鋼錠的錐度設定為4.0%，高徑比設定為1.30~1.40，并通過對冒口容積及尾部比例的合理分配，使得錠身重量占到鋼錠總重量的78%，同時通過對澆注過熱度、澆注速度等重要工藝參數的優化，使得真空大鋼錠普遍存在的偏析、疏松、縮孔、夾雜等缺陷得到了避免，鋼錠的利用率也得到了大幅提高。

關鍵詞：真空澆注；鋼錠；錠型設計

近十多年來由于我國鋼鐵工業的迅猛發展，導致我國鋼鐵產業供需關系嚴重失衡，市場競爭極其激烈，鋼鐵價格低迷，鋼鐵行業進入了虧損時代，鋼鐵工業進入了持續寒冬。因此大力研發高檔次、高附加值產品，加快產品結構調整，促進鋼鐵企業的轉型升級和科技創新已成為我國鋼鐵工業走出困境的重要途徑。

隨著我國核電、重型機械、石油化工、巨型船舶等重工業的迅速發展，這就要求有大量的大型鑄鍛件材料來制造這些重大技術裝備和重型機器中的關鍵件和基礎構件，因此真空大鋼錠市場前景非常廣闊，為此我公司進行了95 t~103 t真空澆注鋼錠產品的研究與開發。

1錠型的優化與設計

模鑄大鋼錠材料的實物質量除了與鋼水的冶煉質量、澆注過程、耐火材料質量等因素有關外，還與錠型的設計選擇聯系緊密，優良的錠型結構，不僅能夠減少偏析、夾渣、縮孔、疏松和中心裂紋等鋼錠內在質量缺陷出現的幾率，而且有利于鋼錠脫模、脫帽，防止粘模、粘帽等事故帶來的鋼錠模損壞以及鋼錠表面撕裂。此外合理的錠型設計可以克服傳統鋼錠成材率低的缺點，降低用戶的生產成本。錠型的設計主要分冒口、錠身、底盤三部分，下面分別進行闡述。

1.1冒口的設計

冒口用鑄鐵件做外殼，內襯由砌筑的保溫粘土磚組成。鋼錠在凝固過程中，錠身處會出現體積收縮，而冒口處的鋼液可以不斷的對錠身進行補充，從而減少錠身處出現縮孔、疏松等低倍缺陷，提高鋼錠的質量。此外真空鋼錠的冒口還可以做為脫模時的鉗口夾持部位，降低鋼錠脫模難度。為充分發揮冒口對錠身的補縮作用，必須增加冒口處液態鋼水量，而這就需要有足夠的冒口容積來進行保證，同時考慮到鋼錠的利用率，設計冒口容積為18%~20%。此外在工藝上進行優化：鋼錠澆注結束破真空后在冒口上方迅速加入發熱劑及碳化稻殼進行保溫，同時為了保證脫模過程不粘帽，對帽口采用單邊12%~15%的錐度。按照上述原理，且為減少工裝件投入量，對95 t、100 t、103 t三種錠型采用同一套冒口，冒口補縮時再根據不同t位的錠型來選擇澆注不同的高度，我公司95 t~103 t真空大鋼錠冒口設計、澆注參數如表1所示。

表1　95 t~103 t真空澆注鋼錠

1.2錠身的優化與設計

對真空大鋼錠來說，錠身的設計是整個錠型設計的關鍵，錠身設計的主要參數有面積系數、鋼錠邊數、鋼錠高徑比和鋼錠錐度等。

綜合考慮鋼錠的利用率與質量，同時為減少工裝件投入量，降低生產成本，對95t、100t、103t幾種錠型的鋼錠采用同一個95t鋼錠基本模，100t、103t鋼錠在95t鋼錠模的基礎上加不同高度的加高圈。95t~103t真空大鋼錠主要設計參數如表2。

表2　95 t~103 t真空鋼錠錠身設計主要參數

1.3底盤的選擇與設計

真空大鋼錠底部為沉積錐區，此區域是夾雜物容易富集的地方，底盤對應的尾部在鍛造加工時都會切除。尾部比例過大，會造成浪費，成材率低。尾部比例過小，做成的鍛件在檢測時容易出現尾部檢測不合，帶來重大損失。兼顧質量與成材率，通常設計尾部比例為3%左右，并以此為依據來進行底盤的設計。為防止澆注過程中底盤出現過燒，導致底盤脫模困難，在澆注前會在底盤內放入適量扁鋼以對底盤進行保護。

通過對冒口、錠身和底盤進行設計與優化，我公司完成了95 t~103 t系列鋼錠模設計，其真空澆注示意圖如圖1所示。

1—鋼水包　2—中間包　3—窺視孔　4—真空蓋

2澆注工藝參數

為了保證夾雜物的充分上浮，防止低倍缺陷出現，同時為防止鋼錠脫模時出現粘模等異常事故，制定了一套合理的真空鋼錠澆注工藝參數，如表3所示。

表 3　真空鋼錠澆注過程工藝參數

3結論

(1)通過對冒口容積、錠身錐度、鋼錠高徑比、鋼錠尾部比例的合理選擇與設計，完成了95 t~103 t真空鋼錠模的設計。

(2)通過對真空澆注鋼錠澆注過熱度、澆注速度的優化，成功實現了95 t~103 t系列鋼錠的

生產，為產品結構調整和企業轉型升級邁出了重要的一步。

(3)生產的一支100 t真空鋼錠已送給用戶進行使用，由其加工的鍛件經過檢驗后完全符合使用要求。

參考文獻

[1]王立功，張文杰.大型鋼錠模的優化設計與開發.大型鑄鍛件，2005(2).

[2]孫智剛，林琳，等. 25～120 t真空上注鋼錠模的開發設計.鑄造技術，2011(08).

[3]陳進，余連權. 大型鋼錠模的設計[J]. 重慶科技學院學報(自然科學版)，2010(05).

編輯杜青泉

Development and Design of 95 t ~ 103 t Vacuum Casting Steel Ingot

Du Jiamei, Deng Xiangyang

Abstract：The optimized design of pattern for 95 t ~ 103 t vacuum casting steel ingot has been described. The taper of this kind of ingot has been designed to be 4.0%, and the height-diameter ratio has been designed to be 1.30~1.40. Meanwhile, by reasonably distributing the proportion between the volume of riser and the end part of ingot, the weight of ingot body has taken 78% of total weight of whole ingot. By optimizing the key process parameters, such as the overheating degree of casting and the pouring rate etc., the defects appeared frequently on the heavy vacuum ingot has been avoided, such as segregation, porosity, shrinkage and inclusion etc.. Therefore, the utilization ratio of the ingots has been increased sharply.

Key words：vacuum casting; ingot; pattern design

作者簡介：杜佳美(1986—)，女，工程師，從事優特鋼金相檢驗分析及產品研發等工作。電話：18015031792

收稿日期：2015—07—01

中圖分類號：TF775+.4

文獻標志碼：B