鄭建斌

（福建興航機(jī)械鑄造有限公司，福建長樂 350207）

渣罐在煉鋼生產(chǎn)中起著重要的作用，主要用于承載轉(zhuǎn)爐鋼渣、脫硫渣以及連鑄的大包鑄余。渣罐的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要分為罐體、吊耳、支腳、傾翻機(jī)構(gòu)等幾部分，其使用環(huán)境十分惡劣，受熱變化無常，同時(shí)要求具有高的使用次數(shù)，這些特性決定了罐體不但承受著很強(qiáng)的熱應(yīng)變和熱應(yīng)力，需有較強(qiáng)的耐高溫能力，而且與抱罐車、起吊行車等有很高的配合要求，需保證罐體的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)平衡，同時(shí)吊耳還承擔(dān)著罐體本身的重量和鋼渣的重量。因此，渣罐鑄件整體必須要有良好的鑄造內(nèi)在質(zhì)量，吊耳處必須組織致密，無任何鑄造缺陷，配合處保證有較高的尺寸精度，特別是在壁厚偏差、重量偏差等方面要求非常嚴(yán)格。

公司曾生產(chǎn)過 5.9 m3、11 m3、18 m3等中小型渣罐，25 m3這種大型渣罐為首次生產(chǎn)。隨著渣罐容積增大，鑄造難度隨之增加，大型渣罐在尺寸、重量、技術(shù)要求等方面均與中小型渣罐有很大差別。本文從25 m3渣罐鑄件的工藝結(jié)構(gòu)性及技術(shù)要求入手，通過工藝方案的確定，工藝參數(shù)的選取，生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制等方面對(duì)25 m3大型渣罐的工藝技術(shù)、過程控制進(jìn)行了探索性研究和針對(duì)性實(shí)踐，取得了良好效果，提高了公司的鑄造技術(shù)水平，為類似鑄件的生產(chǎn)，積累了新的生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)[1]。

1 渣罐的技術(shù)條件

渣罐鑄件結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

圖1 渣罐結(jié)構(gòu)簡圖

1.1 25 m3渣罐的結(jié)構(gòu)參數(shù)

25 m3渣罐外徑φ4534±12mm、內(nèi)徑φ4194±12 mm、高度4 005±12 mm，吊耳內(nèi)開檔4 640±14 mm，外開檔5 460±14 mm，罐體主體壁厚105+4-1.5mm，底部壁厚120+4-1.5mm，下部支腿φ400 mm，吊耳軸φ350 mm，吊耳與主體聯(lián)接部位厚600 mm，渣罐法蘭高230 mm，毛重約52 t，有效容積25 m3.

1.2 渣罐的化學(xué)成分及力學(xué)性能

渣罐材質(zhì)為ZG230-450，化學(xué)成分見表1，力學(xué)性能見表2.

表1 ZG230-450的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

表2 ZG230-450的力學(xué)性能

1.3 渣罐的技術(shù)要求

1）渣罐表面的粗糙度不大于0.5mm，且要求渣罐內(nèi)壁光潔平滑，平面度每平方米內(nèi)不得超過2mm；外壁的平面度不超過4 mm，力求避免局部的凸起和凹坑。

2）渣罐的各腳座、底部、耳軸處部位不允許有影響強(qiáng)度及外觀的鑄造缺陷，表面打磨處理滿足探傷要求，按JB/T5000.14-2007 II級(jí)標(biāo)準(zhǔn)作超聲波探傷檢測（深度100 mm以內(nèi)）及滲透著色探傷檢測。

3）渣罐應(yīng)進(jìn)行靜平衡試驗(yàn)，保證渣罐起吊過程中罐口面與地面平行。耳軸與渣罐體貼面積大于70%，兩耳軸同軸度不大于1.5 mm.

2 25 m3渣罐的鑄造工藝性分析

25 m3對(duì)渣罐進(jìn)行鑄造工藝性分析，其有四個(gè)方面難點(diǎn)：

一是該渣罐鑄件輪廓尺寸較大，而且許多部位壁厚懸殊較大，如罐底主體與罐角聯(lián)接部位，因此鑄件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性較差，除厚大部位容易產(chǎn)生縮孔外，聯(lián)接部位還易出現(xiàn)縮孔、縮松、裂紋缺陷，從而影響渣罐的整體強(qiáng)度和使用壽命。

二是渣罐類鑄件屬于壁薄、桶形類鑄件，極易出現(xiàn)跑火、冷隔、粘砂、尺寸偏差等質(zhì)量問題，需對(duì)工藝及工裝采取有效的措施，避免這些問題的出現(xiàn)。而且渣罐鑄件內(nèi)腔泥芯較大，鑄件凝固收縮阻礙較大，冷卻過程應(yīng)力大，容易在渣罐內(nèi)外壁產(chǎn)生裂紋[2]。

三是外側(cè)圓弧面上有2個(gè)對(duì)稱厚壁吊軸，在其根部壁厚較大，容易產(chǎn)生縮孔或縮松。吊軸上方類似M形狀部位（以下簡稱M頭）為抱罐車定位使用，要求組織致密。渣罐的底部有4個(gè)厚實(shí)的大罐角，其罐角根部在收縮過程中產(chǎn)生應(yīng)力較大，也容易出現(xiàn)裂紋。

四是渣罐鑄件體積和表面積較大，而且高度較高，澆注過程中抬箱力極大，同時(shí)伴隨有大量氣體產(chǎn)生等。

3 25 m3渣罐鑄造工藝方案的確定

25 m3渣罐鑄造工藝方案如圖2所示。

圖2 渣罐工藝簡圖

3.1 確定分型面及工藝參數(shù)

從有利于順序凝固和容易補(bǔ)縮角度綜合考慮，選取渣罐口朝下。采用四箱造型，把底部圓弧與4個(gè)罐角及冒口留在上箱，吊軸中心以上部位至罐底面放在中上箱，吊軸中心以下部位至罐口法蘭放在中下箱，砂芯與罐口面放在下箱。這樣，便于吊軸預(yù)埋操作，同時(shí)也便于在渣罐合箱操作時(shí)對(duì)壁厚的檢查[2]。

收縮率的選擇影響很大，由于該件屬筒狀球面底類鑄件，故徑向收縮阻礙較大，收縮率選為1.5%，而高度方向收縮阻力較小，近于自由收縮，收縮率選為1.8%.考慮加大鑄造圓角，圓角最小控制在R50 mm.由于渣罐本身帶有較大的斜度，不再另外設(shè)計(jì)起模斜度，所有筋板和吊耳部位都設(shè)計(jì)成活動(dòng)塊。

3.2 設(shè)置澆注系統(tǒng)

采用分層、兩包鋼水同時(shí)澆注、開放式澆注工藝。漏底包選用φ80 mm水口，直澆道選用內(nèi)徑φ100 mm耐火陶瓷管，兩澆包分別從渣罐兩側(cè)進(jìn)入。內(nèi)澆道共有4層，第一層采取φ60 mm耐火陶瓷管八道均布、沿圓周四周進(jìn)入，第二層采取φ60 mm耐火陶瓷管六道均布，第三層采取φ60 mm四道均布，最上一層四道φ60 mm直接與罐腳四個(gè)冒口相通，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)罐腳補(bǔ)縮，提高補(bǔ)縮效率。

最上一層四道φ60 mm內(nèi)澆口實(shí)際上還起到了拉筋作用，防止了四個(gè)罐腳在凝固收縮時(shí)受阻較大，形位尺寸出現(xiàn)偏差。

這樣的澆注系統(tǒng)，能夠保證充型平穩(wěn)，充滿型腔的時(shí)間較為適宜，能獲得輪廓完整、清晰的鑄件，還可調(diào)節(jié)鑄型內(nèi)的溫度分布，實(shí)現(xiàn)順序凝固，有利于強(qiáng)化冒口對(duì)鑄件補(bǔ)縮效果，減少鑄造應(yīng)力，防止鑄件出現(xiàn)變形、裂紋等缺陷。澆道有耐火陶瓷管保護(hù)，內(nèi)澆道進(jìn)入位置泥芯局部采用鉻鐵礦砂，這樣可以有效避免沖砂和局部粘砂現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3 冒口的設(shè)計(jì)

在渣罐鑄件底部圓弧中心、兩M頭及四個(gè)罐腳位置分別設(shè)置冒口。底部圓弧中心設(shè)置1個(gè)保溫暗冒口，兩M頭位置各設(shè)置1個(gè)保溫暗冒口，4個(gè)罐角（即鑄件最高處）放置4個(gè)明冒口，足夠大的明冒口利于補(bǔ)縮、排氣、保證浮砂和渣子上浮[2]。1#冒口360 mm×540 mm×540 mm，數(shù)量2個(gè)；2#冒口400 mm×600 mm×600 mm，數(shù)量1個(gè)；3#冒口φ500 mm×750 mm，數(shù)量4個(gè)。

3.4 冷鐵的設(shè)計(jì)

3.4.1 預(yù)埋吊軸

在吊軸根部熱節(jié)處放置經(jīng)加工后的吊軸預(yù)埋鍛鋼件，與吊軸焊接在一起?？梢云鸬饺齻€(gè)方面作用：

1）吊軸采用鍛鋼件制造，能較好滿足超聲波探傷檢測要求，確保吊軸內(nèi)部質(zhì)量；

2）便于保證吊軸整體尺寸符合技術(shù)要求；

3）吊軸能整體起到內(nèi)冷鐵作用，能夠有效消除吊軸根部厚大熱節(jié)處的縮孔、縮松及裂紋等缺陷[2]。如圖3所示。

圖3 吊軸工藝簡圖

3.4.2 內(nèi)冷鐵的設(shè)計(jì)

在罐體間及罐體與耳軸厚壁處設(shè)計(jì)隨形圓鋼內(nèi)冷鐵如圖4所示，可以起到三個(gè)作用：

1）使渣罐未端冷卻區(qū)延長，實(shí)現(xiàn)順序凝固，使罐壁整體組織致密；

2）可以防止?jié)沧⑴芑穑?/p>

3）在吊軸根部熱節(jié)處放置鋼筋焊接的內(nèi)冷鐵如圖5所示，預(yù)埋入型腔，與吊軸焊接在一起并清理干凈，一是便于保證吊軸部位整體尺寸及內(nèi)部質(zhì)量，二是能夠有效消除吊軸根部熱節(jié)處的縮松、裂紋，同時(shí)起到細(xì)化晶粒，減少鑄造應(yīng)力作用[3]。如圖5所示。

圖4 罐壁內(nèi)冷鐵簡圖

圖5 吊耳處內(nèi)冷鐵簡圖

3.4.3 內(nèi)冷鐵的要求

1）內(nèi)冷鐵表面必須清潔，不能有油污、銹斑、水氣和渣粒等；

2）在組芯、合箱時(shí)時(shí)再裝入鑄型，鑄型裝入內(nèi)冷鐵后，控制在12 h內(nèi)澆注完[3]。

4 25 m3渣罐生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制

4.1 造型過程的質(zhì)量控制

針對(duì)其質(zhì)量及技術(shù)要求，結(jié)合公司現(xiàn)場實(shí)際，采用綜合造型方法，采用了地坑造型、外模泥芯整體一次制作、實(shí)樣抽模、局部刮板制芯等相結(jié)合的工藝方案。

為保證罐體下部的四個(gè)支腿的平行度及其底面在同一平面上，滿足其使用要求，將罐體下部采用實(shí)樣抽模造型的方法，以確保有一個(gè)良好的造型基準(zhǔn)。兩吊耳處的泥芯在造型操作時(shí)直接做成泥芯砂塊放入，為保證其同軸度及位置尺寸，在放置耳軸時(shí)進(jìn)行劃線、拉水平調(diào)整耳軸上下及左右位置，以確保其兩側(cè)吊耳的同軸度及位置尺寸偏差符合技術(shù)要求。

造型操作時(shí)，先在地坑內(nèi)鋪好硬砂床，打好底平面，用水平儀調(diào)整平面至水平，用砂塊堆砌成渣罐大致形狀。既節(jié)約型砂，又可以確保砂型的強(qiáng)度。接著把渣罐下部的法蘭型實(shí)樣抽模部分放上，舂砂要確保緊實(shí)度，同時(shí)在砂型上做出定位銷，以便于合箱時(shí)操作。

該鑄件桶形內(nèi)腔為錐桶型狀泥芯，因該砂芯體積大、耗砂量大、制芯困難，且砂芯排氣、清砂都存在一定困難，通過研究，采取了以下措施：①制作牢固的泥芯骨，確保泥芯緊實(shí)度；②加強(qiáng)泥芯的排氣，通過預(yù)埋氣管向下引氣的方法，并且在泥芯中間放大量燒結(jié)過的干砂塊，在鋼管上纏繞草繩以便從底部引出排氣，同時(shí)澆注時(shí)及時(shí)引氣；③渣罐底部泥芯為實(shí)模結(jié)合刮板制芯操作（刮板不僅制作簡單、成本低，而且便于操作）；④砂芯外皮與砂塊之間吃砂量控制在60 mm～150 mm范圍內(nèi)，芯砂采用退讓性好的水玻璃砂，可以適當(dāng)加入鋸木屑、干砂等。

4.2 合箱過程的質(zhì)量控制

為了防止鑄件表面產(chǎn)生粘砂，在砂箱型腔工作表面及砂芯工作表面涂刷抗粘性好、耐火度高的醇基涂料2～3層，分層點(diǎn)燃干燥固化以增加型砂表面強(qiáng)度，避免表層落砂，提高鑄件質(zhì)量[2]。

檢查鑄件周圍壁厚符合圖紙工藝要求后，將2個(gè)吊軸擺放，檢查2個(gè)吊耳軸同心度，控制在技術(shù)要求內(nèi)，然后放置并固定好；其次，按定位銷合入中上箱，最后，再合上箱，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(shí)予以調(diào)整，用混拌好的型砂填補(bǔ)、堵塞砂芯頂部留有的2個(gè)吊環(huán)凹坑，刷醇基涂料并點(diǎn)燃固化，上下箱分型面壓石棉繩以防止跑火；在上箱澆口處頂面加放澆口杯耐火磚管并培砂固化后，在檢查無落砂和無浮砂的情況下再合箱，合箱時(shí)確保上箱澆冒口與砂芯直澆道相應(yīng)位置對(duì)正[2]。

渣罐鑄件連冒口鋼液量大，達(dá)57 t，鑄件連冒口澆注高度達(dá)為5 000 mm，鑄件壁斜度70°，最大直徑達(dá)4 534 mm，渣罐鑄件整體產(chǎn)生的抬箱力較大，為避免澆注過程中因脹箱力過大出現(xiàn)跑火，一方面要計(jì)算好壓鐵重量，另一方面在合箱分型面處增加箱卡緊固，側(cè)面增加壓鐵頂住砂箱，防止脹箱，一定要保證牢固可靠，以防止抬箱跑火。

4.3 冶煉澆注

熔煉設(shè)備為 15 t、10 t、5 t中頻爐及 20 t保溫爐，鑄件毛坯包括澆冒口總質(zhì)量為57 t，采用底注式漏包（采用φ80 mm塞頭鑄口）澆注鋼液，澆注溫度為1 580℃，渣罐鑄件本體實(shí)際澆注時(shí)間約為6 min，整個(gè)鑄件包括冒口的實(shí)際澆注時(shí)間約10 min.鋼液脫氧一定要干凈徹底，以防產(chǎn)生氣孔。澆注時(shí)待明冒口中鋼液上來三分之二高度后及時(shí)加保溫劑，直到澆滿為止，采用點(diǎn)澆冒口補(bǔ)縮1～2次，這樣鋼液消耗少，補(bǔ)縮效率高，且保證鑄件的化學(xué)成分不發(fā)生變化[4]。

4.4 鑄件清理

鑄件澆注后在砂箱中的保溫時(shí)間須達(dá)到72 h以上才能開箱，首先把鑄件外表面清理干凈，然后割除澆冒口，翻轉(zhuǎn)渣罐，清理內(nèi)腔。

5 結(jié)束語

清理完鑄件后經(jīng)檢驗(yàn)，基本達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo):鑄件主體壁厚滿足罐體主體壁厚105+4-1.5mm，底部壁厚120+4-1.5mm，吊耳同心度＜1.5 mm，鑄件組織致密，無鑄造缺陷，表面粗糙度Ra＜100 μm.保證了其尺寸偏差、同軸度及重量偏差的要求。

渣罐鑄件經(jīng)過退火時(shí)效熱處理，并經(jīng)打磨后，經(jīng)客戶現(xiàn)場A檢，按JB/T5000.14-2007 II級(jí)標(biāo)準(zhǔn)作超聲波探傷檢測（深度100 mm以內(nèi)）及滲透著色探傷檢測（見圖7），經(jīng)檢查鑄件無裂紋及縮松等鑄造缺陷，已發(fā)貨客戶30件（見圖8），贏得了用戶的一致好評(píng)，表示以后愿繼續(xù)加強(qiáng)和深化彼此合作。

圖7 客戶人員現(xiàn)場A檢探傷

圖8 25 m3渣罐整裝發(fā)貨