95 t～103 t真空澆注鋼錠的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

杜佳美　鄧向陽(yáng)

(中天鋼鐵集團(tuán)有限公司，江蘇213011)

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95 t～103 t真空澆注鋼錠的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

杜佳美鄧向陽(yáng)

(中天鋼鐵集團(tuán)有限公司，江蘇213011)

摘要：介紹了95 t~103 t真空鋼錠錠型的優(yōu)化設(shè)計(jì)，將此類(lèi)真空鋼錠的錐度設(shè)定為4.0%，高徑比設(shè)定為1.30~1.40，并通過(guò)對(duì)冒口容積及尾部比例的合理分配，使得錠身重量占到鋼錠總重量的78%，同時(shí)通過(guò)對(duì)澆注過(guò)熱度、澆注速度等重要工藝參數(shù)的優(yōu)化，使得真空大鋼錠普遍存在的偏析、疏松、縮孔、夾雜等缺陷得到了避免，鋼錠的利用率也得到了大幅提高。

關(guān)鍵詞：真空澆注；鋼錠；錠型設(shè)計(jì)

近十多年來(lái)由于我國(guó)鋼鐵工業(yè)的迅猛發(fā)展，導(dǎo)致我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)供需關(guān)系嚴(yán)重失衡，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)極其激烈，鋼鐵價(jià)格低迷，鋼鐵行業(yè)進(jìn)入了虧損時(shí)代，鋼鐵工業(yè)進(jìn)入了持續(xù)寒冬。因此大力研發(fā)高檔次、高附加值產(chǎn)品，加快產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進(jìn)鋼鐵企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和科技創(chuàng)新已成為我國(guó)鋼鐵工業(yè)走出困境的重要途徑。

隨著我國(guó)核電、重型機(jī)械、石油化工、巨型船舶等重工業(yè)的迅速發(fā)展，這就要求有大量的大型鑄鍛件材料來(lái)制造這些重大技術(shù)裝備和重型機(jī)器中的關(guān)鍵件和基礎(chǔ)構(gòu)件，因此真空大鋼錠市場(chǎng)前景非常廣闊，為此我公司進(jìn)行了95 t~103 t真空澆注鋼錠產(chǎn)品的研究與開(kāi)發(fā)。

1錠型的優(yōu)化與設(shè)計(jì)

模鑄大鋼錠材料的實(shí)物質(zhì)量除了與鋼水的冶煉質(zhì)量、澆注過(guò)程、耐火材料質(zhì)量等因素有關(guān)外，還與錠型的設(shè)計(jì)選擇聯(lián)系緊密，優(yōu)良的錠型結(jié)構(gòu)，不僅能夠減少偏析、夾渣、縮孔、疏松和中心裂紋等鋼錠內(nèi)在質(zhì)量缺陷出現(xiàn)的幾率，而且有利于鋼錠脫模、脫帽，防止粘模、粘帽等事故帶來(lái)的鋼錠模損壞以及鋼錠表面撕裂。此外合理的錠型設(shè)計(jì)可以克服傳統(tǒng)鋼錠成材率低的缺點(diǎn)，降低用戶(hù)的生產(chǎn)成本。錠型的設(shè)計(jì)主要分冒口、錠身、底盤(pán)三部分，下面分別進(jìn)行闡述。

1.1冒口的設(shè)計(jì)

冒口用鑄鐵件做外殼，內(nèi)襯由砌筑的保溫粘土磚組成。鋼錠在凝固過(guò)程中，錠身處會(huì)出現(xiàn)體積收縮，而冒口處的鋼液可以不斷的對(duì)錠身進(jìn)行補(bǔ)充，從而減少錠身處出現(xiàn)縮孔、疏松等低倍缺陷，提高鋼錠的質(zhì)量。此外真空鋼錠的冒口還可以做為脫模時(shí)的鉗口夾持部位，降低鋼錠脫模難度。為充分發(fā)揮冒口對(duì)錠身的補(bǔ)縮作用，必須增加冒口處液態(tài)鋼水量，而這就需要有足夠的冒口容積來(lái)進(jìn)行保證，同時(shí)考慮到鋼錠的利用率，設(shè)計(jì)冒口容積為18%~20%。此外在工藝上進(jìn)行優(yōu)化：鋼錠澆注結(jié)束破真空后在冒口上方迅速加入發(fā)熱劑及碳化稻殼進(jìn)行保溫，同時(shí)為了保證脫模過(guò)程不粘帽，對(duì)帽口采用單邊12%~15%的錐度。按照上述原理，且為減少工裝件投入量，對(duì)95 t、100 t、103 t三種錠型采用同一套冒口，冒口補(bǔ)縮時(shí)再根據(jù)不同t位的錠型來(lái)選擇澆注不同的高度，我公司95 t~103 t真空大鋼錠冒口設(shè)計(jì)、澆注參數(shù)如表1所示。

表1　95 t~103 t真空澆注鋼錠

1.2錠身的優(yōu)化與設(shè)計(jì)

對(duì)真空大鋼錠來(lái)說(shuō)，錠身的設(shè)計(jì)是整個(gè)錠型設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，錠身設(shè)計(jì)的主要參數(shù)有面積系數(shù)、鋼錠邊數(shù)、鋼錠高徑比和鋼錠錐度等。

綜合考慮鋼錠的利用率與質(zhì)量，同時(shí)為減少工裝件投入量，降低生產(chǎn)成本，對(duì)95t、100t、103t幾種錠型的鋼錠采用同一個(gè)95t鋼錠基本模，100t、103t鋼錠在95t鋼錠模的基礎(chǔ)上加不同高度的加高圈。95t~103t真空大鋼錠主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表2。

表2　95 t~103 t真空鋼錠錠身設(shè)計(jì)主要參數(shù)

1.3底盤(pán)的選擇與設(shè)計(jì)

真空大鋼錠底部為沉積錐區(qū)，此區(qū)域是夾雜物容易富集的地方，底盤(pán)對(duì)應(yīng)的尾部在鍛造加工時(shí)都會(huì)切除。尾部比例過(guò)大，會(huì)造成浪費(fèi)，成材率低。尾部比例過(guò)小，做成的鍛件在檢測(cè)時(shí)容易出現(xiàn)尾部檢測(cè)不合，帶來(lái)重大損失。兼顧質(zhì)量與成材率，通常設(shè)計(jì)尾部比例為3%左右，并以此為依據(jù)來(lái)進(jìn)行底盤(pán)的設(shè)計(jì)。為防止?jié)沧⑦^(guò)程中底盤(pán)出現(xiàn)過(guò)燒，導(dǎo)致底盤(pán)脫模困難，在澆注前會(huì)在底盤(pán)內(nèi)放入適量扁鋼以對(duì)底盤(pán)進(jìn)行保護(hù)。

通過(guò)對(duì)冒口、錠身和底盤(pán)進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化，我公司完成了95 t~103 t系列鋼錠模設(shè)計(jì)，其真空澆注示意圖如圖1所示。

1—鋼水包　2—中間包　3—窺視孔　4—真空蓋

2澆注工藝參數(shù)

為了保證夾雜物的充分上浮，防止低倍缺陷出現(xiàn)，同時(shí)為防止鋼錠脫模時(shí)出現(xiàn)粘模等異常事故，制定了一套合理的真空鋼錠澆注工藝參數(shù)，如表3所示。

表 3　真空鋼錠澆注過(guò)程工藝參數(shù)

3結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)冒口容積、錠身錐度、鋼錠高徑比、鋼錠尾部比例的合理選擇與設(shè)計(jì)，完成了95 t~103 t真空鋼錠模的設(shè)計(jì)。

(2)通過(guò)對(duì)真空澆注鋼錠澆注過(guò)熱度、澆注速度的優(yōu)化，成功實(shí)現(xiàn)了95 t~103 t系列鋼錠的

生產(chǎn)，為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)邁出了重要的一步。

(3)生產(chǎn)的一支100 t真空鋼錠已送給用戶(hù)進(jìn)行使用，由其加工的鍛件經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)后完全符合使用要求。

參考文獻(xiàn)

[1]王立功，張文杰.大型鋼錠模的優(yōu)化設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā).大型鑄鍛件，2005(2).

[2]孫智剛，林琳，等. 25～120 t真空上注鋼錠模的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì).鑄造技術(shù)，2011(08).

[3]陳進(jìn)，余連權(quán). 大型鋼錠模的設(shè)計(jì)[J]. 重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010(05).

編輯杜青泉

Development and Design of 95 t ~ 103 t Vacuum Casting Steel Ingot

Du Jiamei, Deng Xiangyang

Abstract：The optimized design of pattern for 95 t ~ 103 t vacuum casting steel ingot has been described. The taper of this kind of ingot has been designed to be 4.0%, and the height-diameter ratio has been designed to be 1.30~1.40. Meanwhile, by reasonably distributing the proportion between the volume of riser and the end part of ingot, the weight of ingot body has taken 78% of total weight of whole ingot. By optimizing the key process parameters, such as the overheating degree of casting and the pouring rate etc., the defects appeared frequently on the heavy vacuum ingot has been avoided, such as segregation, porosity, shrinkage and inclusion etc.. Therefore, the utilization ratio of the ingots has been increased sharply.

Key words：vacuum casting; ingot; pattern design

作者簡(jiǎn)介：杜佳美(1986—)，女，工程師，從事優(yōu)特鋼金相檢驗(yàn)分析及產(chǎn)品研發(fā)等工作。電話(huà)：18015031792

收稿日期：2015—07—01

中圖分類(lèi)號(hào)：TF775+.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B