大型煉鋼用渣盆經濟快捷性制造技術研究

戰慶文，申鳳英，李 偉，朱永新

（1.山東鋼鐵萊鋼集團設備檢修中心，山東萊蕪 271104；2.山東省東平縣銀山鎮人民政府，山東泰安 271513）

1 研制背景

在5～20m3煉鋼用渣盆的制造過程中，傳統的生產方式一般為渣盆敞口端朝上、底部在下的鑄造工藝和砂箱+模型的制造方法，該方法砂耗高、占地面積大、生產效率低，而且產品使用壽命不高。伴隨著鋼鐵行業每況愈下的經營形勢，各大鋼廠對渣盆等消耗件采購成本的控制到了苛刻的程度，并顛覆性的提出了利用其富余鋼水、在煉鋼有限的現場直接澆注制造渣盆的需求。為了最大限度的適應客戶的需求，我們對非鑄造現場生產鑄件的“環境特點”進行了認真分析研究，進行了簡易水玻璃砂型經濟性生產煉鋼渣盆的研制。

渣盆鑄件上的“運行”耳軸和“傾翻”吊環主要有鍛制和鑄態兩種結構，現以10m3煉鋼渣盆的生產為主（詳見圖1），介紹該研制過程的主要內容。

2 渣盆鑄件的工藝設計

在常規鑄造生產工藝形式下，從模型制作、生產工裝制作、安全生產、品種搭配等方面綜合考慮，煉鋼渣盆的澆注位置多為渣盆開口端朝上的鑄造方式，采取多次翻箱、修型、合箱傳統的生產工藝（詳見圖2）；但在煉鋼有限的現場“尋機生產”，必須充分壓縮生產場地，減少或杜絕砂箱的過程翻轉，控制砂耗等，以盡可能的減少煉鋼現場行車設備的“借用”，因此，顛覆性的更新了渣盆的鑄造工藝，即選擇渣盆開口端朝下的澆注位置，并創新性的進行了渣盆的模型與生產工裝的結構設計，詳見圖3和圖4。

3 渣盆鑄件的模型制作

3.1 模型基本結構設計

渣盆鑄造生產時的模型多為鋼制整體結構，一般情況下既可作為外模型，又可同時兼作芯盒使用。在有所借鑒的情況下，為了形成制作內部型腔砂型時的填砂通道，本次研制的模型創造性的在其底部預留了制作“內部砂型”的“沉蓋與開口”部分，這是研制模型設計的核心技術。

開口位置的設計原則，一是保證模型底部圓弧過渡結構處的完整性；二是確保通過該開口能順利填砂和進行型砂的緊實操作；三是在此基礎上“開口”要盡量大，詳見圖5和圖6。

圖1 10m3渣盆結構簡圖

圖2 10m3渣盆傳統鑄造工藝簡圖

圖3 10m3渣盆（鍛制軸、環）新型鑄造工藝簡圖

圖4 10m3渣盆（鑄態軸、環）新型鑄造工藝簡圖

圖5 10m3渣盆鋼制模型結構設計簡圖

3.2 渣盆模型“開口”尺寸的確認

渣盆模型的“開口”尺寸，依據圖6、圖7進行“反復推理確定”。

首先，按“第4.1”款確認仿形“鋼制砂胎”的尺寸；然后，按照圖“7”的關系要求，在滿足“1線”和“2線”符合的情況下，依據第“2”線定出模型“開口”的初步位置尺寸（A1、A2），在確保鋼制模型圓弧R完整的前提下，應使A1、A2的尺寸盡量大，最后確定出模型“開口”的最大尺寸 A1、A2、B1、B2；第三，按以上設計，若不能確保鋼制模型圓弧R的完整性時，應在鋼制模型的頂部進行“分?！保ㄈ鐖D“分模線”所示），并相應減小 A1、A2、B1、B2的尺寸，最后以手工方式完成圓弧R處的型砂緊實。

3.3 渣盆模型“沉蓋”的設計要領

渣盆模型底部設計沉蓋的目的，主要是內部型腔砂型制作完畢后，形成完整的渣盆外部模型。沉蓋的設計要領，一是與底部開口的周邊間隙要小，二是其上吊裝鉤盡量選在渣盆的冒口位置，詳見圖5。

3.4 渣盆模型的制作

渣盆鋼制整體模型（具體參數選擇）的制作，自圖5中很容易看出，無需簡述。

4 渣盆鑄件的生產工裝制作

4.1 下砂箱的設計與制作

下砂箱的設計，除了常規結構之外，特設了減少內部砂型砂量的仿形“鋼制砂胎”，這是砂箱設計的關鍵技術，詳見圖7、圖8。

仿形“鋼制砂胎”等關鍵尺寸的確認步驟如下：

圖6 10m3渣盆鋼制模型開口結構結構設計簡圖

圖7 10m3渣盆仿形“鋼制砂胎”和模型“開口”的位置與尺寸關系圖

圖8 10m3渣盆下砂箱基本結構簡圖

首先，依據圖7選定渣盆鑄件各關鍵部位壁厚處對應的“吃砂量”，按常規（查表）確定a、b、h三處對應的最小吃砂量分別為 （a1）、（a2）、（b1）、（b2）、（h1）；其次，再考慮起出渣盆毛坯的過程中 -既減少鋼制仿形砂胎變形、又容易出坯的剛性“緩沖砂量厚度”（經驗值約 80～160mm），亦即 a1＝（a1）＋（80～160mm）、a2＝（a2）＋（80～160mm）、b1＝（b1）＋（80～160mm）、b2＝（b2）＋（80～160mm）、h＝（h1）＋（80～160mm）,這樣，即可初步確定出“鋼制砂胎”結構中的基本尺寸（C1、C2、H），進而確定出鋼制“仿形砂胎”的其它尺寸。

下砂箱為常規鋼結構制作，具體參數和制作過程略。

4.2 上部砂箱的設計與制作

上部砂箱的設計，除了常規結構之外，進行了如下創新。其一：砂箱內部依據渣盆的外壁隨形設計，其二：根據渣盆的高度和型砂緊實的難易程度等，上部砂箱分上、下兩層設計（也即為中砂箱和上砂箱），分段填砂后外砂型整體成型，做到開箱起模時上砂型（或上鑄型）不必翻轉，這也是砂箱設計的關鍵技術，詳見圖9。

上部砂箱為常規鋼結構制作，具體參數和制作過程略。

圖9 10m3渣盆外部砂型成型示意圖

4.3 其他輔助生產工裝的制作

為了使模型、砂箱、各類輔助工裝在非鑄造生產時間方便的聚集于一偶，水玻璃采用專用容器直接配送，原砂采用含泥量較低的袋裝砂，現場借用了原水玻璃砂混砂機（系統），設計制作了型砂簡易皮帶輸送機等。

5 渣盆鑄件的快捷制造

渣盆的生產為傳統的（上、下）砂箱造型，其鑄型裝配采用定位銷定位和螺栓緊固等，詳見圖9、圖10、圖11。渣盆鑄件的快捷制造，簡述如下。

首先，舂制下砂型。

其次，舂制內砂型（亦即砂芯）。將鋼制模型放置于下砂型上，調整合適后自模型開口處填砂，頂部型砂最后使用平板刮平壓實，砂芯制作完成；然后，將沉蓋放入模型開口處，形成完整的外部模型。

第三，舂制外砂型。將預先制作的靠近模型的下砂型表面(150～200mm)劃松,然后放入中砂箱，加砂緊實，并適時放入澆注系統的澆道磚，完成外砂型之中砂型的舂制；將中砂型上表面劃松，然后放入上砂箱，加砂緊實，并接續放入澆注系統的澆道磚和冒口等，完成外砂型之上部砂型的舂制；將中、上砂箱扒緊，使之聯接成一個整體，實現外砂型整體成型。

圖10 10m3渣盆內腔“內部砂型”成型示意圖

第四，起模與修型。將中、上砂箱形成的整體外砂型吊起，不翻轉放置于固定位置；吊下模型上的沉蓋，起出鋼制主體模型；修型、修芯。

第五，合箱與澆注。將中、上砂箱形成的整體外砂型吊起，直接“合”于下砂箱上；扒緊上下砂型；要鋼水、澆注。

第六，打箱清砂，電割澆冒口，清整，獲得合格渣盆鑄件。

6 效果評價與結論

6.1 效果評價

自2015年5月份始，沿用該鑄造方法制造了首件渣盆，模型與工裝滿足了現場狹窄的苛刻要求，生產操作過程簡便、快捷、安全，渣盆質量好，而且使用壽命達到了平均5個月/件的使用目標。

6.2 關鍵技術

無論鍛制耳軸、吊環還是鑄態耳軸、吊環的渣盆，其鋼制模型的結構設計、以及鑄件型腔內外部砂型的成型工藝技術，是本制造方法的關鍵。

6.3 結論

經過生產實踐證明，煉鋼用渣盆的制造工藝及方法，設計創新明顯，思路新穎，工裝結構簡單，生產實用性、經濟性高，可廣泛應用于各類“升或斗”形以及筒形類大型鑄件的生產中。