大型鑄鋼件嗆火機理及防嗆火措施分析

閆新飛

（共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川750021）

大型鑄鋼件嗆火機理及防嗆火措施分析

閆新飛

（共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川750021）

本文通過對鑄件嗆火機理的分析研究，闡述了鑄件嗆火過程細節(jié)。從模具設(shè)計（工藝設(shè)計）和現(xiàn)場操作中找出引起嗆火的各種因素，總結(jié)出在氣眼錯偏、披縫過大和氣道外漏等情況下有效地防嗆火措施，進一步提高了大型鑄鋼件產(chǎn)品的質(zhì)量。

大型鑄鋼件；嗆火機理；防嗆火措施

鑄件防嗆火是大型鑄鋼件造型過程控制的重點之一。嗆火會導致夾渣、氣孔等缺陷，嚴重嗆火也會導致鑄型變形，甚至出現(xiàn)鑄件不完整、跑火等重大質(zhì)量事故。模型尺寸和結(jié)構(gòu)、芯子出氣位置的設(shè)置、制芯和造型出氣道的鋪設(shè)不合理和合箱過程控制不到位等都會引起鑄件嗆火，本文總結(jié)近年鑄件生產(chǎn)經(jīng)驗，分析嗆火產(chǎn)生的原因，并提出相應(yīng)防止措施。

1 嗆火機理

嗆火在鑄造中是指金屬液在充型過程中，由于發(fā)生的大量氣體不能順利外排，發(fā)生液體翻騰的現(xiàn)象，即澆注后期金屬液從冒口（或排氣孔）噴出（或跳出、飛出）的現(xiàn)象[1]。

1.1 引起嗆火的因素

1）型砂中的有機物（樹脂、固化劑）在高溫下分解的N、H等氣體；

2）型砂及涂料中的水分，高溫轉(zhuǎn)變成水蒸汽；3）模具問題及操作原因?qū)е職庋鄄粫惩ā?/p>

1.2 嗆火過程分析

嗆火過程可分為氣體形成聚集、增壓、侵入、噴出四個過程。氣體形成聚集可分為兩類，一類是型腔本身發(fā)氣量很大，樹脂、固化劑和其他附加物分解形成氣體，水分汽化形成氣體；一類是氣體排出通道阻塞，高溫下型砂中的氣體無法按照設(shè)定通道排出，氣體在沙粒間運動至砂型表面，氣體聚集越多形成壓力越大，就會突破涂料層滲透至鋼液與砂型界面。大量氣體聚集形成的強壓力使氣體進入鋼液，氣體從侵入處開始向上運動，一邊上浮一邊發(fā)生化學反應(yīng)。上浮過程中相同的氣體聚集一起，形成氣泡，氣泡逐漸由小增大，每一個氣泡周圍均受金屬液的壓力作用，同時氣泡對金屬液存在反作用力，其中向上的反作用力稱為浮力。當浮力大于金屬液的壓力時，氣泡推動金屬液向上運動，直到?jīng)_出冒口液面[2]。

金屬液中，氣體量越多，氣壓越高，冒口噴出物就越多，噴出液面的距離就越高。嗆火嚴重時，不但能看到金光閃閃的火星，還能聽到響聲。

2 嗆火原因及改進措施

2.1 合箱過程披縫太大

合箱過程中，由于分模、過程操作等問題，會導致比較大的披縫，不容易密封。鋼液澆注時鋼液會填充到披縫中，同時型芯中沿著披縫釋放出氣體，氣體與鋼液接觸，急劇氣化，發(fā)生憋氣，最終導致嗆火。

合箱披縫太大的原因包括模型、芯盒尺寸錯誤及操作不當。通過現(xiàn)場實踐的不斷積累，針對披縫過大可采取如下預(yù)防性措施。

1）改進模型或芯盒的相關(guān)部位尺寸；

2）制芯或造型過程導致的分型面凸凹不平，或者制芯刮砂面不平整也會導致披縫過大，這就需要培訓操作者，注意操作細節(jié)問題；

3）披縫大小為3 mm～5 mm時，用φ8 mm坭條封住即可，披縫為5 mm～10 mm時就要增加坭條數(shù)量，確保厚度，然后再用石棉繩在坭條內(nèi)側(cè)加圍，當披縫超過10 mm，在坭條內(nèi)側(cè)設(shè)置一道砂墻，且在型砂未硬化前進行合箱。

如圖1所示，我公司生產(chǎn)的600 MW～1 000 MW蒸汽輪機外缸鑄件，吊胎與芯子弧面的間隙比較大，最初的工藝是向上排氣，氣體容易通過披縫進入型腔，發(fā)生嗆火事件。后來改為芯子向下引氣，將芯子固定在型腔中，弧面處刷涂料，再也沒有發(fā)生過嗆火事件。

圖1 芯子設(shè)置示意圖

2.2 氣眼錯偏

導致氣眼錯偏的原因包括氣眼位置不正確及操作不當。對氣眼錯偏可采取必要的預(yù)防、改進措施。

1）檢查模型和芯盒的出氣標示，如有錯誤及時改正；

2）發(fā)現(xiàn)氣眼錯偏后，如果還有其他氣眼可以出氣，直接將錯偏氣眼封死，保證出氣繩吃砂量在50 mm以上?；蛘咧匦略谏舷浠蛘咝咀鱼@開一個出氣通道，通道內(nèi)插一個鋼管，并封堵錯偏的的出氣通道，確保澆注過程排氣通暢[3]。

3）如果上下氣眼錯位，并且距離冒口或型腔距離小于100 mm，則在合箱后用型砂填堵整個面，確保鋼水無法進入氣眼。

公司生產(chǎn)核電機組用隔板外環(huán)類鑄件的芯子有兩層，還外加上箱，要保證這些芯子出氣暢通，就必須保證芯子與芯子之間、芯子與上箱之間氣眼對正，但是現(xiàn)場實際操作過程經(jīng)常發(fā)生氣眼位置不合適的現(xiàn)象。生產(chǎn)中，在每個芯子上至少設(shè)置2個出氣眼，合箱時如果發(fā)生錯偏，至少也能保證一個氣眼合格。如圖2所示，芯子上設(shè)置2個出氣眼，保證出氣暢通。

圖2 出氣眼設(shè)置

2.3 氣道外漏

氣道外漏主要是操作失誤導致的，將氣道外漏部位型腔或芯子表面挖開，保證氣道吃砂量50 mm以上，再用型砂補修牢固。這類現(xiàn)象在日常檢查和合箱前可以及時發(fā)現(xiàn)。

2.4 型腔烘烤不到位

型腔烘烤不到位的原因包括烘箱管子擺放位置不合理及烘烤時間不夠。可采取的改進措施包括：

1）烘箱管子盡可能從直澆道口放入，氣流從內(nèi)澆口進入，均勻流向型腔的各個部位，保證型腔每個位置都能被烘烤到；

2）嚴格按照規(guī)定的時間進行烘烤及撤烘箱，烘烤時間不滿足絕對不能澆注。

只要烘烤時間足夠，就能夠保證型腔內(nèi)的干燥程度適宜。

2.5 其他因素

陰雨天氣或者芯子放置時間太長時，需要根據(jù)實際情況實施應(yīng)急措施，對芯子和型腔進行烘烤，保證澆注前型（芯）足夠干燥，澆注過程發(fā)氣量小。

3 結(jié)論

引起大型鑄鋼件嗆火的直接因素是型腔內(nèi)的氣體，因此，杜絕嗆火的發(fā)生，需要從減少氣體量和保證氣體順暢的排出通道入手。鑄造生產(chǎn)操作人員的經(jīng)驗和責任心是杜絕嗆火發(fā)生的關(guān)鍵，要加大管理和日常的技能培訓力度。鑄造生產(chǎn)過程復雜，一旦發(fā)生嗆火，就要從各個方面細致分析，找出主要原因，優(yōu)化改進，這樣才能杜絕嗆火事件的持續(xù)發(fā)生，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.

［2］劉寧.用系統(tǒng)分析法解決后輪轂氣孔缺陷［J］.重慶重汽科技，2002（1）：12-15.

［3］馬德生.殼體類、閥體類鑄件嗆火缺陷的消除［J］.熱加工工藝，2003（4）：64.

Choking Mechanism of Large Steel Casting and its Anti-chocking Measures

YAN Xin-fei
（Kocel Steel Foundry CO.LTD，Yinchuan Ningxia 750021，China）

Through analyzing the casting choking mechanism，the choking process was elaborated.The chocking causes were found from the mold design（process design）and site operations，then the effective anti-chocking measures were summed up in the case of vent shift，over-large fash and airway outleakage and so on to improve the large steel products quality.

large steel castings，fire choking mechanism，anti-choking prevention measure

TG244

A

1674-6694（2015）05-0051-02

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2015.05.016

2015-05-12

閆新飛（1980-），男，工程師，研究方向：鑄造工藝及技術(shù)研究。