爐喉鋼磚的鑄造工藝設(shè)計與生產(chǎn)

賈澤春

秦皇島技師學(xué)院 河北秦皇島 066000

1 爐喉鋼磚鑄件技術(shù)要求

爐喉鋼磚是煉鐵高爐上的重要部件，長期承受著各種爐料的沖擊和摩擦，其工作溫度一般在400～500℃，因此鑄件內(nèi)外部質(zhì)量要求嚴(yán)格，不允許有任何影響質(zhì)量的鑄造缺陷存在，必須進(jìn)行0.5MPa的水壓試驗，保壓30min以上不得有滲漏現(xiàn)象。

爐喉鋼磚形狀簡單，屬于非加工、大尺寸、厚壁鑄鋼件，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，最大外形尺寸為1580mm×730mm×650mm，凈重3.4t，主要壁厚為80mm，鑄件化學(xué)成分為wC＝0.3%～0.4%、wSi＝0.5%～0.75%、wMn＝0.9%～1.2%、wP≤0.04%、wS≤0.04%。

圖1 爐喉鋼磚結(jié)構(gòu)

2 鑄造工藝設(shè)計

2.1 鑄件的鑄造工藝性分析

爐喉鋼磚存在的問題：一是在細(xì)長螺栓孔熱節(jié)處易產(chǎn)生縮松，在打壓時出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象；二是鑄件內(nèi)腔有冷卻水循環(huán)工作，故鑄造不能使用芯撐和內(nèi)冷鐵，因此砂芯的定位、排氣、出砂都難度很大，這是爐喉鋼磚鑄造工藝設(shè)計難點所在。這兩點必須事先予以考慮，在工藝上加以彌補。

為此，我們提出了采用樹脂砂、砂芯內(nèi)設(shè)鋼管兼作定位和排氣并能起到冷鐵激冷效果、分散澆注的新思路，同時采取澆口通保溫冒口以加強補縮。

2.2 分散澆注的設(shè)置

鑄造工藝如圖2所示，采用兩箱造型，將冒口留在上箱，整個工件放在下箱，有利于冒口的補縮，也便于在合箱過程中對鑄件壁厚的檢測。

采取分層澆注，鑄件本體每層有4個內(nèi)澆道分散引入鑄件，下層內(nèi)澆道從底部進(jìn)入，中層內(nèi)澆道從鑄件1/2的位置引進(jìn)，頂層內(nèi)澆道分別與冒口相通。這樣的澆注系統(tǒng)可減少高溫鋼液對中間兩個螺栓孔內(nèi)設(shè)預(yù)埋鋼管的沖刷時間，以免使鋼管局部熔化造成泄漏。

圖2 鑄造工藝方案

內(nèi)澆道通冒口可有利于強化冒口對鑄件的補縮，直澆道、內(nèi)澆道分別采取φ70mm、φ40mm耐火瓷管，有效地避免了沖砂現(xiàn)象的發(fā)生。

2.3 砂芯設(shè)計及制作

對于鑄件冷卻水內(nèi)腔砂芯（1#芯），為便于清砂，采用樹脂砂，在砂芯上部開設(shè)兩個φ100mm清砂工藝孔（為把鑄件內(nèi)腔中的芯砂清理出來，事后予以焊堵），作為上箱定位（不留芯頭）。

4個進(jìn)出冷卻水管采用鑄入φ42mm×6mm鋼管，在砂芯下部，鋼管芯頭起下箱定位兼排氣的作用，在冷卻水內(nèi)腔砂芯頂部留有兩個不超過砂芯頂面的內(nèi)埋吊環(huán)，在制芯時挖砂露出，以便起吊之用（下芯后予以添堵修平并刷好涂料）。

中間兩個細(xì)長的螺栓孔芯（2#芯）采用鑄入φ76mm×8mm鋼管，上部（70mm×70mm×4mm鋼板焊制）作為上箱定位（不留芯頭），下部鋼管芯頭作為下箱定位，同時又起到冷鐵的作用；砂芯所用鋼管表面需除銹處理，內(nèi)部加放型砂，中間加放排氣繩，如圖3所示。

圖3 內(nèi)腔砂芯、螺栓孔砂芯工藝

2.4 冒口的計算

在爐喉鋼磚上箱頂部兩側(cè)位置放置2個保溫明冒口（見圖2），其尺寸為200mm×300mm× 500mm。

鑄件模數(shù)：M件＝V/A＝1580×650×730/2（2×1580×650+2×730×650+2×1580×730）＝7.04（cm）。

2個保溫冒口的模數(shù)：M冒＝V/A＝2[200×300×500/（2×200×300+2×200×500+2×300×500）]＝9.5（cm）。M冒/M件＝9.5/7.04＝1.35≥1.2，當(dāng)冒口模數(shù)≥1.2倍的鑄件熱節(jié)處模數(shù)時，就可實現(xiàn)冒口對鑄件最后凝固部位的補縮[1]。經(jīng)校核，設(shè)置2個保溫冒口的有效補縮距離及補縮所需鋼液量皆是足夠的，故保溫冒口尺寸是合理的。

3 鑄造生產(chǎn)控制

3.1 造型

（1）造下箱 在造型平臺擺放好爐喉鋼磚木模樣并套好砂箱，按工藝要求碼放φ70mm直澆道瓷管（位置與上箱一致）及底部和中部兩層內(nèi)澆道φ40mm瓷管（接口處用膠帶紙封住，以防進(jìn)入型砂），在下箱平面適當(dāng)位置放置4個定位套。在排氣芯頭部位留出排氣通道，確保排氣暢通。造型時要有足夠且均勻的緊實度，放入型砂時注意直澆道與內(nèi)澆道瓷管不被沖倒或沖跑。

（2）造上箱 把固化好的下箱連同木模樣一起翻轉(zhuǎn)過來，放好上砂箱，在上箱定位套位置放入定位銷及中箱定位套，按工藝要求的位置擺放好保溫冒口，并碼放好φ70mm直澆道瓷管（位置與下箱一致）及上部通冒口的一層內(nèi)澆道φ40mm瓷管，在上砂型均勻扎出φ10mm排氣孔。

3.2 合箱

首先下箱碼放好，下好循環(huán)水內(nèi)腔和螺栓孔砂芯，清理干凈型腔內(nèi)落砂與浮砂，然后在鋼芯頭部位多刷些鋯砂粉涂料，以防止產(chǎn)生粘鐵現(xiàn)象，添堵修平吊環(huán)預(yù)留孔并刷好涂料。

檢查鑄件尺寸，保證周圈壁厚均勻一致且符合圖樣鑄造工藝技術(shù)要求，再用壓泥團(tuán)的辦法檢查頂部壁厚是否合適并根據(jù)情況及時予以調(diào)整。

用長直板尺檢查循環(huán)水內(nèi)腔和螺栓孔砂芯上箱芯頭齊平后，根據(jù)壓泥團(tuán)的高度在兩個上芯頭的頂部壓石棉繩和少許油泥，在上箱澆口處頂面加放澆口杯耐火磚管并培砂固化后檢查有無落砂和浮砂。

上下箱分型面壓石棉繩，確保上下箱定位準(zhǔn)確且保證直澆道位置對正，將上下箱用螺栓緊固，以防止抬箱跑火。

3.3 熔煉及澆注

熔煉設(shè)備為15t電弧爐，鑄件毛坯包括澆冒口總重為4.8t，一爐澆3件，采用底注式漏包澆注鋼液，澆注溫度為1580℃。

3.4 鑄件清理

鑄件澆注后在砂箱中的保溫時間需達(dá)到24h以上才能開箱，首先把鑄件內(nèi)外表面清理干凈，然后割除澆冒口，開出坡口用厚40mm同材質(zhì)鑄塊焊堵清砂孔。經(jīng)退火處理后，再經(jīng)過表面噴丸處理，最后再對鑄件表面進(jìn)行打磨光整處理。

4 結(jié)束語

爐喉鋼磚采取分層澆注、鋼芯頭定位兼排氣等鑄造工藝方法，獲得外觀光潔、清晰美觀的鑄件。經(jīng)0.7MPa水壓試驗，保壓30min無滲漏現(xiàn)象發(fā)生。鑄件產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量和外在質(zhì)量均達(dá)到了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，滿足了用戶的使用要求。