提高鑄鐵機(jī)設(shè)備運(yùn)行可靠性的實(shí)踐

呂彥斌

（萊蕪鋼鐵集團(tuán)銀山型鋼有限公司煉鐵廠，山東 萊蕪 271104）

經(jīng)驗(yàn)交流

提高鑄鐵機(jī)設(shè)備運(yùn)行可靠性的實(shí)踐

呂彥斌

（萊蕪鋼鐵集團(tuán)銀山型鋼有限公司煉鐵廠，山東 萊蕪 271104）

針對(duì)鑄鐵機(jī)存在模具質(zhì)量不穩(wěn)定、鏈帶糾偏設(shè)計(jì)缺陷及分流槽設(shè)計(jì)缺陷等問(wèn)題，采取鑄鐵模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化、鑄造工藝改進(jìn)、應(yīng)力消除、鏈帶糾偏裝置改造、分流槽結(jié)構(gòu)及澆注料材質(zhì)優(yōu)化等措施，提高了鑄鐵機(jī)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，日鑄鐵量達(dá)到3 300 t以上。

鑄鐵機(jī)；鑄鐵模具；分流槽；糾偏裝置

鑄鐵機(jī)系統(tǒng)屬間斷性作業(yè)工藝輔助設(shè)備，但在鐵水大量富余，鑄鐵量較大的情況下，要求設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，如出現(xiàn)非正常停機(jī)事故，則會(huì)對(duì)高爐生產(chǎn)造成較大影響。由于國(guó)內(nèi)鋼鐵市場(chǎng)形勢(shì)嚴(yán)峻，煉鋼限產(chǎn)，高爐鐵水大量富余，鑄鐵量大大增加。為保證高爐生產(chǎn)形勢(shì)的穩(wěn)定，萊鋼銀山型鋼煉鐵廠57 m鑄鐵機(jī)連續(xù)作業(yè)，這種情況下，鑄鐵機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中暴露出較多缺陷，這些缺陷對(duì)鑄鐵機(jī)的生產(chǎn)效率產(chǎn)生影響較大。由于鑄鐵機(jī)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上國(guó)內(nèi)并沒有嚴(yán)格的規(guī)范要求，針對(duì)這種情況，為提高鑄鐵生產(chǎn)的連續(xù)性，結(jié)合鑄鐵生產(chǎn)工藝實(shí)際特點(diǎn)，對(duì)鑄鐵設(shè)備設(shè)施進(jìn)行了相應(yīng)的改造。改造后，鑄鐵機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性有明顯提高，為高爐生產(chǎn)順行創(chuàng)造了條件。

1 制約鑄鐵機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的因素分析

1）鑄鐵模具使用壽命較低。在鑄鐵過(guò)程中，高達(dá)1 500℃的高溫鐵水流入鑄鐵模具內(nèi)，鑄鐵模具因急劇受熱而受到熱應(yīng)力的作用，在鐵塊冷卻過(guò)程中，鑄鐵模具又受到急劇冷卻而產(chǎn)生的冷應(yīng)力的作用，在雙重應(yīng)力的作用下，鑄鐵模具極易出現(xiàn)裂紋。在鑄鐵過(guò)程中，鐵水鉆入裂紋內(nèi)，造成鐵塊無(wú)法順利脫模，脫模率不足80%，遠(yuǎn)低于規(guī)定值98%。同時(shí)，掉落的鐵塊頻繁砸壞噴漿設(shè)施，且在鏈帶下方堆積后，阻礙鏈帶運(yùn)行，造成鏈帶掉道、鏈板斷裂等生產(chǎn)設(shè)備事故，不僅對(duì)鑄鐵生產(chǎn)造成較大影響，也增加了職工勞動(dòng)強(qiáng)度。

2）鑄鐵機(jī)鏈帶在運(yùn)行過(guò)程中，傳動(dòng)軸及鏈帶襯套磨損，由于鏈帶軸套間隙增大，造成鏈帶在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生傾斜、扭曲，進(jìn)而出現(xiàn)鏈帶掉道事故。

3）鑄鐵機(jī)分流槽在外形設(shè)計(jì)上存在缺陷。分流槽角度與流槽本體夾角偏小，在鑄鐵過(guò)程中，鐵流較大時(shí)易出現(xiàn)鐵流溢流到鏈帶鏈板上，造成鏈帶燒損事故發(fā)生，同時(shí)，易出現(xiàn)鏈帶下方滑軌粘渣現(xiàn)象。

2 改進(jìn)措施

2.1 對(duì)鑄鐵模具進(jìn)行優(yōu)化

1）原鑄鐵模具在受熱及冷卻過(guò)程中，因模具內(nèi)部圓角過(guò)渡半徑較小（R=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(yīng)力變化較大，屬應(yīng)力集中區(qū)，極易造成隔斷根部和頂部均流槽處產(chǎn)生裂紋。為提高鑄鐵模具的使用壽命，對(duì)鑄鐵模具的外形結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，隔斷圓角過(guò)渡半徑提高到30。

2）消除應(yīng)力對(duì)鑄鐵模具的影響。為降低冷熱應(yīng)力對(duì)鑄鐵模具壽命的影響，提高鑄鐵模具材質(zhì)的均勻性與韌性，對(duì)鑄鐵材質(zhì)進(jìn)行改進(jìn)，由原來(lái)的廢鋼制造改為35#鋼，統(tǒng)一鋼材來(lái)源，控制雜質(zhì)含量，保證鋼材質(zhì)量。其相關(guān)力學(xué)性能：屈服強(qiáng)度0.2 MPa，抗拉強(qiáng)度500 MPa，伸長(zhǎng)率18%，收縮率25%。

同時(shí)，由于鑄件在凝固時(shí)會(huì)發(fā)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(xì)化、消除內(nèi)應(yīng)力、減少變形與裂紋傾向、消除組織缺陷，對(duì)鑄鐵模具采取完全退火處理。退火質(zhì)量應(yīng)符合JB/T 10175—2008熱處理質(zhì)量控制要求相關(guān)規(guī)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(shí)間的選擇。模子的縱向截面尺寸為780 mm，根據(jù)1.5～2 mm/min的保溫時(shí)間計(jì)算，最長(zhǎng)保溫時(shí)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(shí)間定為24 h。

4）改進(jìn)鑄造工藝。在鑄造過(guò)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(shí)，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(duì)模具表面的烘烤，避免產(chǎn)生氣孔、粘砂和縮孔等缺陷，確保鑄鐵模具的質(zhì)量。

2.2 糾偏擋輪優(yōu)化設(shè)計(jì)

糾偏擋輪由上部擋輪本體和支架構(gòu)成，擋輪本體上安裝有可旋轉(zhuǎn)的心軸。安裝時(shí)，擋輪心軸嵌入支架上的軸孔內(nèi)，并在支架底部用螺栓固定。原糾偏擋輪設(shè)計(jì)存在的缺陷：1）擋輪本體在長(zhǎng)期使用的情況下，與鏈帶接觸側(cè)面磨損嚴(yán)重，磨損量達(dá)到4 mm左右。如發(fā)生鏈帶跑偏現(xiàn)象，無(wú)法起到糾偏作用。2）心軸僅靠底部螺栓進(jìn)行固定，在長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下極易松動(dòng)，由于擋輪在矯正鏈帶跑偏過(guò)程中受到的擠壓力較大，造成擋輪在使用過(guò)程中頻繁發(fā)生擋輪支架變形或心軸彎曲和磨損現(xiàn)象，造成擋輪傾斜、損壞，無(wú)法起到糾偏鏈帶的作用。

針對(duì)以上存在不足，對(duì)糾偏擋輪進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。1）在擋輪本體與鏈帶接觸面增加耐磨襯套，襯套材質(zhì)選用ZG270-500鑄鋼，并調(diào)質(zhì)處理，提高襯套硬度及耐磨度。2）對(duì)糾偏擋輪心軸進(jìn)行改造，在心軸上部與擋輪本體接觸處增加凸臺(tái)設(shè)計(jì)，保證裝配后更加緊密，防止心軸損壞的情況發(fā)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(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

1）分流槽原設(shè)計(jì)左右流嘴與流槽本體夾角為65°，左右流嘴外側(cè)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(nèi)流淌時(shí)鐵流過(guò)大，易從鑄鐵模具內(nèi)溢出到鏈板上，進(jìn)而造成鏈板燒損，同時(shí)造成機(jī)頭小滑軌粘鐵，嚴(yán)重情況下易發(fā)生鏈帶掉道事故。因此，通過(guò)對(duì)鑄鐵過(guò)程的觀察，對(duì)分流槽進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，把左右分流嘴與流槽本體夾角改為75°，左右流嘴外側(cè)鋼板與鐵水沖擊處鋼板夾角改為165°，同時(shí)把分流槽與流槽本體銜接一側(cè)長(zhǎng)度縮短20 mm，確保在鑄鐵過(guò)程中，鐵水不易流到外側(cè)鏈板上而燒損鏈板。分流槽在改造焊接過(guò)程中，要確保焊縫均勻，無(wú)夾渣、裂紋等缺陷。分流槽改造后，杜絕了在鐵水流量較大時(shí)鐵水溢出鑄鐵模具燒損鏈板及小滑軌粘鐵現(xiàn)象，提高了鑄鐵機(jī)鏈帶運(yùn)行穩(wěn)定性

2）鐵水自流槽主溝流入分流槽時(shí)，沖擊分流槽后向兩側(cè)分流，在分流過(guò)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(xiàn)鐵水燒穿分流槽側(cè)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(nèi)襯澆注料的抗沖刷強(qiáng)度。鑄鐵流槽澆注料采用Al2O3+SiC+C質(zhì)快干澆注料，從材質(zhì)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(nèi)襯澆注層在鑄鐵量達(dá)到3萬(wàn)t左右時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)裂紋及剝落等現(xiàn)象。流槽設(shè)計(jì)鑄鐵噸數(shù)為6萬(wàn)t，使用壽命僅達(dá)到實(shí)際使用壽命的50%。通過(guò)對(duì)澆注層進(jìn)行拆檢，發(fā)現(xiàn)造成這種現(xiàn)象的原因有以下幾點(diǎn)：①澆注料理化指標(biāo)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，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(shí)，也造成澆注料強(qiáng)度的下降。②澆注時(shí)混料不均勻，澆注料產(chǎn)生顆粒偏析，造成澆注后的襯體整體性強(qiáng)度較差，受冷熱應(yīng)力的作用而出現(xiàn)裂紋。

針對(duì)以上原因，做以下優(yōu)化改進(jìn)。①澆注料材質(zhì)改進(jìn)，Al2O3含量達(dá)到62%以上，Si粉和金屬Al粉含量達(dá)到6%～9%，以提高澆注料的強(qiáng)度及抗沖刷性。②澆注過(guò)程中，混料過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，加水量控制在4.5%～5.5%，同時(shí)要保證混料均勻，防止產(chǎn)生顆粒偏析現(xiàn)象，提高襯體的整體性，減少或消除使用過(guò)程中裂紋的出現(xiàn)。

3 實(shí)施效果

1）通過(guò)對(duì)鑄鐵模具外形結(jié)構(gòu)、退火工藝、鑄造工藝優(yōu)化改進(jìn)，模具內(nèi)裂紋現(xiàn)象減少，使用壽命由改進(jìn)前的10個(gè)月提高到18個(gè)月左右，同時(shí)，提高了鐵塊脫模率，達(dá)到98%以上。

2）對(duì)鏈帶糾偏擋輪材質(zhì)及構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化后，糾偏擋輪的使用壽命提高了50%左右，運(yùn)行更加可靠，降低了鏈帶掉道事故發(fā)生率。

3）對(duì)分流槽外形結(jié)構(gòu)及澆注料材質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化后，減輕了鐵水對(duì)流槽耐材的沖刷，通鐵量由原來(lái)的3萬(wàn)t達(dá)到8萬(wàn)t左右。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)一系列的優(yōu)化改造，提高了鑄鐵機(jī)連續(xù)生產(chǎn)能力，在鐵水大量富余的情況下，由原來(lái)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(chǎn)節(jié)奏，滿足消耗高爐富余鐵水的需要。降低了鑄鐵機(jī)設(shè)備及工藝事故故障率，每月相應(yīng)減少鑄鐵機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中非正常停機(jī)時(shí)間約15 h，提高了鑄鐵機(jī)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，為高爐生產(chǎn)形勢(shì)的穩(wěn)定創(chuàng)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(jié)約工藝及備件成本約90余萬(wàn)元。

TG233

B

1004-4620（2015）04-0064-02

2015-04-16

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