趙 松，吳 軍

（安鋼集團(tuán)信陽(yáng)鋼鐵有限責(zé)任公司，河南信陽(yáng) 464100）

消失模鑄造，在澆注或凝固過(guò)程中鑄型一部分或局部塌箱、潰型使鑄件不能成型或局部多肉稱為塌型、塌箱或鑄型潰散。由于鑄型采用無(wú)黏結(jié)劑的干砂振實(shí)造型，澆注過(guò)程中往往易發(fā)生塌箱。特別是大平板件或內(nèi)腔封閉及半封閉的鑄件，在澆注時(shí)更容易塌箱[1]。近期在生產(chǎn)煉鋼升級(jí)改造工程轉(zhuǎn)爐擋火板時(shí)，澆注塌箱嚴(yán)重，成品率不足70%。通過(guò)對(duì)澆注系統(tǒng)、型內(nèi)負(fù)壓度和涂層強(qiáng)度等幾個(gè)方面的改進(jìn)，有效的解決了塌箱問(wèn)題。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

煉鋼升級(jí)改造工程轉(zhuǎn)爐擋火板是固定在轉(zhuǎn)爐兩側(cè)的擋火裝置，其主要作用是轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)時(shí)防止鋼渣噴濺到轉(zhuǎn)爐平臺(tái)引發(fā)安全事故，保護(hù)煉鋼工的安全，改善煉鋼作業(yè)時(shí)的作業(yè)環(huán)境。擋火板與擋火門(mén)的不同之處在于在轉(zhuǎn)爐兌廢鋼、加鐵水時(shí)擋火門(mén)必須打開(kāi)，而兩側(cè)的擋火板是固定不動(dòng)的。為減輕重量，擋火門(mén)爐門(mén)板薄、小，尺寸規(guī)格在1 050 mm×400 mm×15 mm 左右，每塊重量小于100 kg；兩側(cè)的擋火板因固定不動(dòng)，設(shè)計(jì)的厚、大，大部分尺寸規(guī)格為1 626 mm×1 400 mm×40 mm，每塊重量在240 kg～380 kg，材質(zhì)為HT150.

擋火板采用消失模鑄造工藝生產(chǎn)，制作擋火板模型的材料是EPS，密度為18 kg/m3.為防止鑄鐵板變形，設(shè)計(jì)兩件一組，模型間距250 mm，模型中間設(shè)6 根40 mm×40 mm 工藝防變形拉筋，內(nèi)澆道截面積15 mm×50 mm，橫澆道50 mm×50 mm，直澆道φ50 mm.澆注系統(tǒng)設(shè)在模型一側(cè)（見(jiàn)圖1）.使用砂箱內(nèi)腔尺寸為2 370 mm×1 170 mm×1 100 mm，由于砂箱高度不夠，使用700 mm 高的箱套，箱套內(nèi)壁環(huán)一周負(fù)壓腔，埋箱工藝為一箱兩組四件，兩組并排放置，間距200 mm，每組模型中間插一根φ60 mm活動(dòng)管排增加型內(nèi)負(fù)壓（見(jiàn)圖2）.澆注溫度1 360 ℃，澆注時(shí)間28 s，澆注前負(fù)壓-0.060 MPa、澆注后負(fù)壓-0.05 MPa，澆一組后返爐再接鐵水，兩組澆后保壓8 min 后泄壓。按上述工藝過(guò)程，生產(chǎn)時(shí)塌箱廢品占比30%左右。

圖1 澆注系統(tǒng)位置

圖2 型內(nèi)負(fù)壓布置方式

2 原因分析

從澆注系統(tǒng)、澆注方式、負(fù)壓度、涂料四個(gè)方面分析塌箱的原因。

2.1 澆注系統(tǒng)

內(nèi)澆道的截面積直接影響澆注速度和流量，根據(jù)公式（1）[2]：

式中，A—內(nèi)澆道截面積，cm2；G—鑄件質(zhì)量，kg；t—澆注時(shí)間，s；Hp—澆口杯至內(nèi)澆道底高度，0.5×鑄件高度，cm.

因?yàn)橄沧⑾到y(tǒng)比砂型需增大20%，則A=7.11×（1+20%）=8.5≈9 cm2，每個(gè)內(nèi)澆道截面積為4.5 cm2.原澆注系統(tǒng)內(nèi)澆道總截面積為15 cm2，每個(gè)內(nèi)澆道截面積為7.5 cm2.與理論計(jì)算值比較偏大，流速過(guò)快。

2.2 澆注方式

原澆注方式為階梯澆注，兩個(gè)內(nèi)澆口垂直與鑄件上下排列，由于是實(shí)芯澆道，澆注時(shí)，鐵水流動(dòng)方向是先從上澆口流入再流向下澆口，容易造成“閃流”。

2.3 型內(nèi)負(fù)壓度

為檢測(cè)型內(nèi)負(fù)壓多少，在負(fù)壓表下面接一根φ20 mm 的鋼管，鋼管表面均布φ5 mm 孔用不銹鋼砂網(wǎng)纏繞。埋好箱后，將該裝置插入兩模型間，密封后開(kāi)啟負(fù)壓，總表負(fù)壓-0.06 MPa，測(cè)得模型間負(fù)壓-0.045 MPa～-0.035 MPa，型腔內(nèi)負(fù)壓偏低，固定型砂強(qiáng)度弱。

2.4 涂料配比及涂層厚度

涂料中高鋁礬與桂5#砂子質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比為10∶1，涂層厚度2.0 mm～2.5 mm，烘干3 天后，手感涂層強(qiáng)度偏軟，涂料黏結(jié)劑加入量偏少、涂層強(qiáng)度弱。

3 改進(jìn)工藝

3.1 澆注系統(tǒng)的改進(jìn)

根據(jù)理論校核，澆注系統(tǒng)中內(nèi)澆道總截面積偏大，流速過(guò)快，澆注過(guò)程中模型氣化速度快、瞬時(shí)產(chǎn)生大量氣體排不出型外造成型內(nèi)外壓差過(guò)大導(dǎo)致塌箱。為此，將內(nèi)澆道總面積改為9 cm2，每個(gè)內(nèi)澆道截面積為4.5 cm2，截面尺寸設(shè)計(jì)為10 mm×45 mm.

為防止?jié)沧r(shí)發(fā)現(xiàn)“閃流”現(xiàn)象，上部?jī)?nèi)澆道向上傾斜45°連接鑄件、下部?jī)?nèi)澆口垂直鑄件（見(jiàn)圖3），澆注時(shí)，鐵水首先從下部?jī)?nèi)澆口注入，下部鑄件鐵水注滿后才從上部?jī)?nèi)澆口注入，形成從下至上的注入順序，防止“閃流”現(xiàn)象發(fā)生。

3.2 型內(nèi)負(fù)壓值的改進(jìn)

經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)，由于模型的阻隔，型內(nèi)負(fù)壓值低于總表顯示值。單根活動(dòng)管排不能提高型內(nèi)負(fù)壓值，模型簇之間的負(fù)壓值因阻隔和無(wú)管排，負(fù)壓值更低。所以在模型簇間增加雙管排以整體提高型內(nèi)負(fù)壓值（見(jiàn)圖4），增強(qiáng)型砂固定強(qiáng)度。認(rèn)真檢查砂箱內(nèi)的負(fù)壓孔洞，不能有大面積的堵塞現(xiàn)象。

3.3 涂層強(qiáng)度的改進(jìn)

將模型涂層厚度由2.0 mm～2.5 mm 增加到2.5 mm～3 mm，涂料配比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）由高鋁釩土：桂林5#=10：1 調(diào)整為高鋁釩土：桂林5#=10：1.1，適當(dāng)增加黏結(jié)劑量和涂層厚度，提高涂層強(qiáng)度。

4 改進(jìn)效果

通過(guò)以上的工藝改進(jìn)，在后期生產(chǎn)擋火板時(shí)，澆注時(shí)間在33 s～35 s，注入鐵水平穩(wěn)，型內(nèi)外的負(fù)壓值在-0.06 MPa～-0.05 MPa 之間相差不大，烘干后的涂層手感強(qiáng)度較高，澆注塌箱現(xiàn)象得到解決。

5 結(jié)束語(yǔ)

塌箱缺陷是消失模鑄造常見(jiàn)的缺陷，通常出現(xiàn)在大平板件或內(nèi)腔封閉及半封閉的鑄件上。產(chǎn)生塌箱的原因，主要是澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理、型內(nèi)負(fù)壓度較低、涂層強(qiáng)度不夠等因素導(dǎo)致。進(jìn)行原因分析時(shí)要對(duì)各個(gè)工序進(jìn)行認(rèn)真的分析，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)要用理論數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，不能相差太大，能檢測(cè)的數(shù)值要想辦法進(jìn)行測(cè)定以便得到真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)作為工藝改進(jìn)的依據(jù)。本次工藝改進(jìn)中，從改進(jìn)澆注系統(tǒng)著手來(lái)調(diào)整鐵水流速、流向，防止?jié)沧r(shí)型腔內(nèi)外壓差過(guò)大和“閃流”的發(fā)生導(dǎo)致塌箱；從增加雙管排提高型內(nèi)負(fù)壓值，防止型內(nèi)干砂強(qiáng)度弱導(dǎo)致的塌箱；從增加涂層厚度和粘結(jié)劑的配比提高涂層強(qiáng)度，防止涂層強(qiáng)度弱導(dǎo)致的塌箱，多措并舉，取得了很好的效果。

圖3 澆注系統(tǒng)的改進(jìn)

圖4 型內(nèi)負(fù)壓布置方式改進(jìn)