大型鑄鋼件抬箱機(jī)理及壓箱方式的研究

孫健平

（共享鑄鋼有限公司，銀川寧夏750021）

大型鑄鋼件抬箱機(jī)理及壓箱方式的研究

孫健平

（共享鑄鋼有限公司，銀川寧夏750021）

介紹了大型鑄鋼件抬箱機(jī)理，包括引起抬箱的因素和抬箱過(guò)程分析。從工藝設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)操作出發(fā)，總結(jié)出大型鑄鋼件的壓箱方式及方法，防止?jié)沧⑦^(guò)程發(fā)生抬箱及跑火事故，提高大型鑄鋼件的產(chǎn)品質(zhì)量。

大型鑄鋼件；抬箱；壓箱

防止鑄件抬箱是大型鑄鋼件澆注前控制的重點(diǎn)之一。抬箱會(huì)導(dǎo)致鑄件多肉、夾渣等缺陷，嚴(yán)重抬箱會(huì)導(dǎo)致鑄型變形，甚至?xí)斐膳芑鸬戎卮筚|(zhì)量事故。產(chǎn)品的尺寸和結(jié)構(gòu)、型芯出氣位置設(shè)置不合理造成嗆火或是鋼液在型腔內(nèi)劇烈翻滾致使型腔內(nèi)壓力過(guò)大，以及壓箱操作過(guò)程控制不到位，鑄件壁厚過(guò)大等都會(huì)引起鑄件抬箱或是漲箱。本文總結(jié)近年鑄件生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，分析抬箱和漲箱產(chǎn)生的原因，并提出相對(duì)應(yīng)的解決措施。

1 抬箱機(jī)理

抬箱在鑄造中是指金屬液在充型后期，由于鑄型（芯）產(chǎn)生的浮力，以及型芯產(chǎn)生的氣體無(wú)法外排，發(fā)生上箱被頂起的現(xiàn)象。發(fā)生抬箱后，鑄件在分型面處存在極為嚴(yán)重的飛邊，即有厚片狀的、光滑的、周邊不規(guī)則的金屬突出物，其厚度與鑄件所增加的高度相等?；蛘邼沧⒑笃阼T型上箱開(kāi)裂、錯(cuò)箱，嚴(yán)重的會(huì)使金屬液從分型面跑出[1]。

1.1 引起抬箱的因素

1）型砂中存在的有機(jī)物（樹(shù)脂、固化劑）在高溫下分解的N、H等氣體無(wú)法順暢排除，造成嗆火，使得型腔內(nèi)壓力驟然增加，箱卡掙脫，造成跑火；

2）壓箱的方法錯(cuò)誤；浮力計(jì)算偏差；

3）造型過(guò)程中使用工裝及材料不規(guī)范，造成型腔內(nèi)壓力增大。

1.2 抬箱過(guò)程分析

在鋼液澆入型腔后，型砂中因?yàn)楹袠?shù)脂、固化劑等化學(xué)物質(zhì)，在鋼液高溫輻射作用下會(huì)分解、形成氣體。而由于工藝設(shè)計(jì)或是操作不當(dāng)?shù)仍颍停ㄐ荆┏鰵馔ǖ罆r(shí)常會(huì)出現(xiàn)阻塞，這導(dǎo)致氣體無(wú)法順暢從型（芯）中排出，且會(huì)形成氣體聚集。同時(shí)，在高溫鋼液作用下，型腔表面的涂料層也容易發(fā)生潰散，這將導(dǎo)致型（芯）中聚集的氣體進(jìn)入鋼液，使型腔內(nèi)的壓力驟然增加。在鋼液逐漸上升的過(guò)程中，型（芯）受到鋼液的浮力也會(huì)逐漸增大，特別是上箱砂型及其所壓的砂芯，受到的浮力作用會(huì)很大。如果型（芯）自身的重量和表面積不足以抵消或削弱鋼液的浮力作用，則會(huì)發(fā)生砂芯漂浮或抬箱現(xiàn)象。在澆注后期，有時(shí)鑄型上箱分型面會(huì)開(kāi)裂，會(huì)有火苗從裂縫冒出；還有時(shí)箱卡會(huì)脫落，甚至發(fā)生上箱被抬起引起鋼液從型腔內(nèi)流出這樣嚴(yán)重的質(zhì)量事故。

2 抬箱的原因及壓箱方式

2.1 鑄型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，出氣通道不暢

出氣通道不暢主要是由模樣與芯盒之間出氣位置尺寸不匹配，暗冒口位置及方向角度設(shè)計(jì)不合理，型腔內(nèi)芯子、芯頭位置固定不合理等原因造成。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的不斷積累，針對(duì)出氣通道不暢采取如下預(yù)防性措施。

1）改進(jìn)模樣或芯盒出氣位置的尺寸，確保兩者保持一致；

2）設(shè)計(jì)時(shí)，考慮型腔內(nèi)暗冒口的放置位置及其角度設(shè)計(jì)，并著重備注清楚，重視現(xiàn)場(chǎng)操作者的培訓(xùn)，注意操作細(xì)節(jié)問(wèn)題；

3）對(duì)于在型腔內(nèi)下芯不能依靠鑄型固定的芯子，如圖1所示，制芯前在芯骨上預(yù)留標(biāo)芯方鋼，造型過(guò)程在芯頭位置預(yù)埋固定裝置，下芯后使用內(nèi)置螺桿連接裝置或是焊接方法將芯子固定，確保芯子在澆注過(guò)程中不會(huì)因鋼液上升而漂芯造成嗆火。

圖1 芯骨預(yù)留標(biāo)芯方鋼

2.2 壓箱板及背箱點(diǎn)設(shè)置不合理

導(dǎo)致壓箱板及背箱點(diǎn)設(shè)置不合理的原因包括壓箱浮力計(jì)算不準(zhǔn)確，或者實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)不足，為此，可采取必要的預(yù)防改進(jìn)措施。

1）精確計(jì)算上箱吊胎的重量，該重量的4倍，就是其在澆注過(guò)程所承受的浮力。

2）合箱檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)背箱點(diǎn)與實(shí)際所需不一致，在原有的基礎(chǔ)上增加背箱點(diǎn)數(shù)量，一般使用300mm× 300 mm×40 mm厚的鋼板，以雙數(shù)對(duì)稱背箱，剛性連接，確保澆注過(guò)程順利。

3）如果上箱是由一個(gè)整體的吊胎芯，無(wú)砂箱箱帶連接，在壓箱時(shí)要注意增加壓箱板和背箱點(diǎn)的數(shù)量。此時(shí)的浮力安全值是吊胎芯的5倍，背箱點(diǎn)的數(shù)量增加取決于吊胎的形狀，偏重的一側(cè)應(yīng)該多設(shè)置一些。

2.3 壓箱操作有誤

我公司大型鑄鋼件原有的壓箱是合箱后使用壓箱板，背箱板，冷鐵等工裝進(jìn)行剛性連接，容易導(dǎo)致抬箱。近年來(lái)，經(jīng)過(guò)生產(chǎn)改進(jìn)，鑄鋼件半成品上箱使用箱帶、連接件、加強(qiáng)筋連接，有吊胎的還焊接芯骨與其相連，因此壓箱作業(yè)從造型流砂開(kāi)始。造型上箱過(guò)程中，將冷鐵預(yù)埋在箱帶上一直通向分型面，按照工藝圖要求放置冷鐵作為壓箱作業(yè)的背箱點(diǎn)，合箱完成后使用壓箱工裝支撐，再用冷鐵連接到壓箱板上。壓箱操作過(guò)程中，關(guān)鍵控制點(diǎn)包括如下幾點(diǎn)。

1）壓箱操作時(shí)，在與通長(zhǎng)箱帶垂直的方向，平均對(duì)稱放置冷鐵，如圖2所示。

2）壓箱工裝如壓鐵，壓箱鋼板，背箱冷鐵，壓箱卡子等要求面接觸，剛性連接。

3）壓箱板和背箱點(diǎn)數(shù)量與砂箱大小及吊胎重量成正比關(guān)系。

圖2 冷鐵設(shè)置示意圖

實(shí)際壓箱操作過(guò)程中，有時(shí)由于冒口等工藝措施被阻擋或是缺少工裝等原因造成分型面高出砂箱，造成壓箱準(zhǔn)備不到位或是無(wú)法壓箱。為避免此類問(wèn)題的發(fā)生，工藝制作過(guò)程中要進(jìn)行工藝評(píng)審，增加砂箱層數(shù)或是增加砂箱尺寸。在實(shí)際操作時(shí)要注意壓箱鋼板與明冒口之間的間距不小于300 mm，壓箱板的長(zhǎng)度要大于砂箱外沿，壓箱板之間工裝要面接觸，鋼性連接只要抓住這些細(xì)節(jié)，嚴(yán)格要求，就能避免抬箱事故的發(fā)生。

另外，抬箱是垂直方向上鋼液與型芯產(chǎn)生的浮力造成的，除此之外，還要關(guān)注水平方向上鋼液與型芯之間的作用力。由于型芯所產(chǎn)生的型腔空間較大，鋼液在水平方向流動(dòng)時(shí)也會(huì)施加很大的作用力，特別是型腔各個(gè)部位吃砂量大小不一，容易在薄弱環(huán)節(jié)發(fā)生漲箱問(wèn)題。所以，在做好防止抬箱措施的同時(shí)，也要關(guān)注防止?jié)q箱的措施。

3 結(jié)論

引起大型鑄鋼件抬箱的直接因素是型芯受到的浮力以及型腔內(nèi)所產(chǎn)生的氣體，因此，預(yù)防抬箱的發(fā)生，首先要減少型腔內(nèi)不必要的氣體，同時(shí)要避免嗆火和保證壓箱工藝完善以及按工藝要求進(jìn)行壓箱作業(yè)。

造型生產(chǎn)過(guò)程中，操作人員應(yīng)該嚴(yán)格按照作業(yè)指導(dǎo)書(shū)要求，認(rèn)真完成本職工作，最終保證半成品的結(jié)構(gòu)滿足工藝要求，使得半成品在澆注前成為鋼性連接的統(tǒng)一整體，也就是用自身的重量來(lái)克服鋼水所產(chǎn)生的浮力，這樣才能確保在接下來(lái)的澆注過(guò)程中不會(huì)發(fā)生抬箱事故。鑄造生產(chǎn)過(guò)程非常復(fù)雜，如果發(fā)生抬箱事故，要從工藝設(shè)計(jì)，工藝流程以及操作過(guò)程進(jìn)行分析，然后優(yōu)化工藝方案，從根本上杜絕抬箱事件的發(fā)生，有效的提高產(chǎn)品質(zhì)量。

［1］張維業(yè).砂型鑄造的嗆火與爆炸［J］.工業(yè)安全與防塵，1995（10）：13-14.

Box-lifting Mechanism and Weight Pressure Mode of Large Steel Castings

SUN Jian-ping
（Kocel Steel Foundry CO.LTD，Yinchuan Ningxia 750021，China)

The box-lifting mechanism including the cause and procrss of large steel casting was introduced.From the process design and site operation，the weight pressure methods were summed up to avoid the box-lifting and fire running during pouring and improve the quality of large steel casting.

large steel casting，box-lifting，weight

TG24

A

1674-6694（2015）05-0026-02

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2015.05.008

2015-05-12

孫健平（1984-），男，助理工程師，主要從事鑄件造型過(guò)程質(zhì)量控制工作。