消失模生產(chǎn)低碳鋼鑄鋼件的生產(chǎn)操作與控制措施

蘇繼勇，賈柏林，高源江

（1.運(yùn)城市關(guān)鋁設(shè)備材料有限公司，山西 永濟(jì) 044501；2.北方消失模技術(shù)咨詢服務(wù)公司，遼寧 白城 162401）

消失模鑄造作為“綠色鑄造項(xiàng)目”由于其屬于綠色環(huán)保的鑄造模式、鑄件光潔規(guī)則、產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)成本低、適用于鑄件的大批量生產(chǎn)及特殊鑄件生產(chǎn)的特性，而在國(guó)內(nèi)被越來越多的廠家企業(yè)認(rèn)可并采用。然而，二年來由于各廠家消失模生產(chǎn)線的建設(shè)狀況、生產(chǎn)工藝條件、技術(shù)參數(shù)等設(shè)置的限制，造成生產(chǎn)鑄鋼件時(shí)，鑄件表面增碳和低碳鋼（ZG25）鑄件含碳量超標(biāo)的現(xiàn)象較為普遍。從而引發(fā)了“消失模是否能生產(chǎn)低碳鋼鑄件”的爭(zhēng)論話題來。廣大鑄造行業(yè)的學(xué)者、工作者為解決消失模生產(chǎn)鑄鋼件的增碳問題，已作出了很多成功的試驗(yàn)與研究，取得了可喜的成績(jī)，并總結(jié)出了保貴的生產(chǎn)鑄造經(jīng)驗(yàn)。二年前，運(yùn)城市關(guān)鋁設(shè)備材料有限公司根椐行業(yè)各位學(xué)者、老師和工作者的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和方式方法，制定出了采用消失模生產(chǎn)低碳鋼鑄鋼件的生產(chǎn)操作控制方法進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)行控制，圓滿地完成了幾千噸的低碳鋼鑄鋼件（ZG25）生產(chǎn)銷售任務(wù)。并將低碳鋼鑄鋼件的生產(chǎn)運(yùn)行操作控制方法一直成功地沿用至今。

消失模生產(chǎn)鑄造中只要對(duì)生產(chǎn)工藝技術(shù)參數(shù)、生產(chǎn)工藝條件、生產(chǎn)運(yùn)行操作進(jìn)行嚴(yán)格的控制管理，是完全能生產(chǎn)出產(chǎn)品質(zhì)量完全合格的低碳鋼鑄鋼件的［1］。現(xiàn)將運(yùn)城市關(guān)鋁設(shè)備材料有限公司采用消失模鑄造生產(chǎn)低碳鋼鑄鋼件的生產(chǎn)操作控制方法、工藝技術(shù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，介紹給大家。供大家在用消失模生產(chǎn)線生產(chǎn)鑄鋼件，特別是生產(chǎn)低碳鋼鑄鋼件時(shí)參考。

1 消失模鑄鋼件含碳量高的原因分析

采用消失模鑄造工藝生產(chǎn)的鑄鋼件表面、體內(nèi)或局部表面碳的含量，因鑄件模樣的材質(zhì)、熔煉配料及澆注造型工藝等原因，會(huì)使含碳量超出鑄件產(chǎn)品質(zhì)量要求的數(shù)值。造成鑄件增碳、滲碳、碳超標(biāo)的鑄造缺陷。仔細(xì)研究分析，在采用消失模鑄造進(jìn)行鑄鋼件的生產(chǎn)過程中，造成鑄件含碳量超標(biāo)的原因主要有以下幾點(diǎn)：

1）鑄件的模樣材料選擇不合理

在鑄件白模模樣材料的選擇中，一是含碳量高；二是白模密度太高。從而造成鑄件模樣在澆注過程中的熱分解時(shí)含碳量高，使鑄件在澆注充型過程中液相及霧狀游離碳含量高，造成鑄鋼件的滲碳機(jī)率增大。

2）在鑄鋼件的生產(chǎn)熔煉配料中碳含量未嚴(yán)格控制

特別是各種廢鋼中的含碳量和各種廢鋼中是否存在有其他合金成分的材料不明，因?yàn)槿绻泻辖痄搹U料混入熔煉的配料中進(jìn)行生產(chǎn)熔煉時(shí)，合金元素將會(huì)促進(jìn)碳化物的形成，從而增加了碳在鐵液中的溶解度，一是將造成鋼液氧化脫碳的困難，二會(huì)產(chǎn)生明顯的增碳效應(yīng)［2］。

3）鑄件的模樣組合黏接面多

或模樣組合件質(zhì)量差、組合面不光滑平整，造成模樣在組合黏接時(shí)用膠量增大，則其熱分解產(chǎn)物的含碳量增高。從而促使了鑄件在澆注過程中的滲碳機(jī)率增大。

4）白模黏接劑選擇不合理

一是對(duì)黏接劑的材料質(zhì)量成分含量未做要求，采用了含碳量高的黏接劑；二是所選黏接劑的黏接能力差，造成白模組合黏接時(shí)的用膠量大；增大了澆注過程中黏接劑熱分解產(chǎn)物的含碳量，而增大了鑄鋼件的滲碳機(jī)率。

5）在鑄件的澆注系統(tǒng)設(shè)置中澆注充型設(shè)計(jì)不合理

因在生產(chǎn)低碳鋼鑄鋼件時(shí)，鑄鋼件產(chǎn)品的含碳量低，如果鑄件的澆注充型方式設(shè)計(jì)不合理，則鑄造模樣熱分解產(chǎn)物中碳擴(kuò)散到鑄件里去的機(jī)率增大，而造成滲碳、增碳現(xiàn)象的發(fā)生。

6）鑄造模樣的涂料層及澆注砂箱中的型砂透氣性差

將造成鑄件在生產(chǎn)澆注過程中，模樣及模樣組合黏接劑遇到澆注鋼液進(jìn)行模樣熱分解時(shí)的熱分解產(chǎn)物，不能迅速排出澆注型腔，而創(chuàng)造出滲碳、積碳的不利工況與條件來。

7）鑄鋼件的澆注系統(tǒng)設(shè)置不合理

特別是抽真空系統(tǒng)與澆注砂箱或鑄件澆注工藝造型的配置不合理，造成鑄件在澆注過程中，澆注砂箱內(nèi)的真空度不等、偏差過大，或?qū)嶋H真空度不足，而真空壓力表顯示又是符合技術(shù)參數(shù)要求的錯(cuò)誤數(shù)值，使模樣的熱分解產(chǎn)物無法迅速快捷地排出澆注型腔，造成鑄件的滲碳或積碳。

8）鑄件的澆注造型系統(tǒng)設(shè)置不合理

造成鑄件模樣在澆注時(shí)，一是模樣的氣化時(shí)間過長(zhǎng)，二是鑄件澆注時(shí)的充型方式設(shè)置不合理，造成模樣的熱分解產(chǎn)物不能順利進(jìn)入集渣腔或冒口中，延長(zhǎng)了熱分解產(chǎn)物中液相和固相的接觸反應(yīng)時(shí)間，從而增大了鑄件的滲碳機(jī)率。

9）鑄件的澆注條件設(shè)置不合理

如澆注充型的流程設(shè)置過長(zhǎng)，造成澆注過程中澆注鋼液溫度低，特別是對(duì)鑄件壁厚增大位置，澆注鋼液的凝固速度慢，造成液相—固態(tài)停留時(shí)間較長(zhǎng)，促使了鋼液與模樣熱分解產(chǎn)物的作用時(shí)間增長(zhǎng)，加大了鑄鋼件的滲碳與積碳量。

2 消失模生產(chǎn)低碳鋼鑄件的生產(chǎn)操作控制要點(diǎn)

針對(duì)消失模生產(chǎn)低碳鋼鑄鋼件時(shí)，各種可能造成含碳量超標(biāo)的原因分析歸納總結(jié)后，對(duì)消失模生產(chǎn)低碳鋼鑄鋼件的生產(chǎn)工藝技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改調(diào)整，營(yíng)造出一個(gè)合理可靠的低碳鋼鑄鋼件澆注工藝技術(shù)條件設(shè)置系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行模式，從而保證采用消失模生產(chǎn)合格的低碳鋼鑄鋼件產(chǎn)品的技術(shù)要求。在調(diào)整消失模生產(chǎn)低碳鋼鑄鋼件的生產(chǎn)操作控制工藝技術(shù)參數(shù)設(shè)置時(shí)，特別要注意以下幾個(gè)要點(diǎn)。

1）采用中頻熔煉，要嚴(yán)格控制熔煉碳素鋼的配料計(jì)算和實(shí)際配料、選料、投料的操作

因配料計(jì)算是保證熔煉出成分合格的鋼水及含有最少氣體與夾雜而鑄出優(yōu)質(zhì)鑄鋼件產(chǎn)品的關(guān)鍵所在。而配料、選料、投料的準(zhǔn)確，是鑄造出產(chǎn)品質(zhì)量合格與否的根本保證。因此，對(duì)回爐廢鋼必須進(jìn)行嚴(yán)格的分檢制度。特別是必須將合金鋼廢料和材質(zhì)不清楚的廢料挑除，保證熔煉配料材質(zhì)的成分符合鑄造工藝技術(shù)參數(shù)的要求，是消失模生產(chǎn)低碳鋼鑄鋼件操作控制中的第一要?jiǎng)?wù)。

2）選擇含碳量低的泡沫塑料或預(yù)發(fā)珠粒制作鑄件模樣

目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的聚苯乙烯泡塑EPS含碳量為92%；苯乙烯甲基丙烯酸甲酯共聚樹脂STmmAC含碳量為69.6%；可發(fā)性聚甲基丙烯酸甲酯EPmmA，含碳量為60.0%；用EPS材質(zhì)制作鑄件模具將使鑄件在澆注過程中，鋼水的含碳量增加0.1%～0.3%，而采用EPmmA或STmmA材料進(jìn)行鑄件模具制作時(shí)，鑄件在澆注過程中因模具材質(zhì)原因造成的增碳量低于 0.05%［3］。

3）選擇適宜的泡沫密度進(jìn)行鑄件模樣的制作

在保證模樣制作溫度技術(shù)要求和鑄件生產(chǎn)澆注時(shí)不出現(xiàn)因泡沫塑料質(zhì)量引起的其他缺陷時(shí)，制作鑄件模樣的泡沫密度越小、泡沫塑料越少，對(duì)減少鑄件的滲碳積碳現(xiàn)象越好。

4）提高鑄件模樣的制作質(zhì)量

鑄件模樣能整體制作時(shí)，不應(yīng)采用組合制作，要盡量減少鑄件模樣的黏接面。進(jìn)行模樣黏接結(jié)合時(shí)要保證模樣的黏接組合面光滑平整，盡量減少黏接用膠量，降低膠的熱分解產(chǎn)物量即降低了熱分解產(chǎn)物的含碳量。

5）選用含碳量低或無碳的黏接劑

即應(yīng)采用負(fù)壓鑄造黏接專用膠進(jìn)行模樣的組合黏接，而不使用含碳量高的低質(zhì)普通膠進(jìn)行黏接。并且在模樣組合黏接時(shí)，在保證膠的黏接溫度及黏接強(qiáng)度時(shí)，要盡量減少黏接劑的用量，從而降低黏接劑的熱分解產(chǎn)物。

6）選擇并確定合理的澆注系統(tǒng)

對(duì)鑄件的澆注工藝設(shè)計(jì)，要盡可能使鑄件在澆注過程中有加速模樣泡沫塑料的氣化作用，盡量減少及錯(cuò)開其熱分解產(chǎn)物中液相與固相接觸和反應(yīng)的時(shí)間，從而減少或避免鑄件的滲碳現(xiàn)象發(fā)生。

7）選擇并確定鑄件適宜的澆注溫度和澆注速度

因相同的鑄件如澆注工藝造型不同，在相同溫度澆注鋼液進(jìn)行鑄件澆注時(shí)其實(shí)際充型溫度是完全不相同的。如澆注溫度提高，澆注速度也提高，將造成鑄件模樣熱分解加快而不易完全氣化，使熱分解的產(chǎn)物在液相中的量增加，同時(shí)因鋼液與模樣的間隙較小，液相中的熱分解物常被擠出間隙后，被擠到模樣涂料層和金屬液之間，或鋼液流動(dòng)的冷角、死角，造成接觸面增加，碳濃度增加，滲碳量也將增大。同時(shí)特別要注意，如鑄件澆注工藝造型不合理，鋼液澆注溫度過高且澆注速度太快，將會(huì)造成冒氣、反噴的生產(chǎn)事故發(fā)生。

8）在模樣中添加阻燃劑，從而阻止模樣高溫時(shí)的裂解燃燒，使它不產(chǎn)生或少產(chǎn)生含碳的固態(tài)產(chǎn)物

如加入阻燃劑0.5%～3%氯化石蠟、三磷酸鹽、五溴二苯醚、三氧化二銻等。同時(shí)加入0.2%～0.5%的二苯酰過氧化物、二月桂酰過氧化物等，以加速含阻燃劑的模樣轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w，從而減少鑄件澆注過程中的滲碳工況與條件發(fā)生［4］。

9）在模樣涂料層的刷涂過程中，可添加防滲碳材料

在模樣涂料配制過程中加入某些抗增碳催化劑，如堿金屬鹽、石灰石粉進(jìn)行配置，使模樣在澆注后涂料層中能分解出足夠量的CO、CO2氣體進(jìn)行吸碳，從而防止鑄件滲碳；或在涂料中加入氧化劑，促使模樣熱分解后的C、H2氣體轉(zhuǎn)變?yōu)橹行詺怏w，從而使熱分解后的C與H減少滲入鑄件內(nèi)，造成增碳或氫脆現(xiàn)象的發(fā)生。

10）嚴(yán)格控制型砂的回用處理質(zhì)量

保證型砂生產(chǎn)使用時(shí)符合工藝技術(shù)參數(shù)的要求，特別是型砂中粉塵的含量必須嚴(yán)格控制，防止?jié)沧⑸跋涞耐笟庑砸蚍蹓m而降低，造成鑄件模樣的熱分解產(chǎn)物不能及時(shí)排出澆注型腔，而增大鑄件的增碳機(jī)率。

11）低碳鋼鑄件生產(chǎn)澆注時(shí)，要提高澆注砂箱的真空度

造型砂箱應(yīng)采用箱壁抽真空的結(jié)構(gòu)，在澆注時(shí)箱壁抽真空能加速熱分解物逸出涂層到型腔外，從而減少模樣熱分解產(chǎn)物的濃度和接觸時(shí)間，降低或避免鑄鋼件的滲碳、積碳現(xiàn)象。型砂粒度在20目～40目時(shí)， 鑄鋼件澆注時(shí)以 0.03 MPa～0.06 MPa 為宜。如果負(fù)壓度過大，將會(huì)引起鑄件粘砂及其他缺陷的發(fā)生。

12）對(duì)低碳鋼鑄件的澆注，應(yīng)盡可能采用底注式澆注方法進(jìn)行澆注，使?jié)沧撍某湫土鲃?dòng)平穩(wěn)，模樣熱分解產(chǎn)物能順利進(jìn)入集渣腔或冒口中，從而降低和減少模樣熱分解產(chǎn)物中液相和固相的接觸反應(yīng)時(shí)間，降低和消除增碳機(jī)率。采用雨淋式澆注系統(tǒng)對(duì)低碳鋼鑄件進(jìn)行澆注，將造成鑄件增碳、滲碳、積碳的工況和條件增大，使鑄件產(chǎn)生嚴(yán)重的缺陷而不宜使用。

3 結(jié) 論

1）消失模鑄造完全適用于生產(chǎn)鑄鋼件，采取有效的生產(chǎn)操作控制方法進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)行控制管理，并嚴(yán)格控制好鑄件的熔煉、配料計(jì)算和實(shí)際配料、選料、投料的操作質(zhì)量，盡量降低和消除澆注過程中的增碳、滲碳、積碳工藝條件與狀況，即可生產(chǎn)出完全合格的低碳鋼鑄鋼件產(chǎn)品。

2）采用中頻熔煉消失模鑄造低碳鋼鑄鋼件時(shí)，嚴(yán)格控制熔煉配料的含碳量，采用含碳量少、雜質(zhì)少的優(yōu)質(zhì)回爐料進(jìn)行熔煉鑄造，完全能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)低碳鋼鑄鋼件來。因?yàn)椋瑖?guó)內(nèi)外優(yōu)質(zhì)特種鋼材的生產(chǎn)熔煉絕大多數(shù)都是由優(yōu)質(zhì)回爐料組配熔煉鑄造出來的。

［1］陶杰.消失模鑄造方法與技術(shù)［M］.南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

［2］黃乃瑜，葉升平，樊自田.消失模鑄造原理及質(zhì)量控制［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2004.

［3］章舟.消失模鑄造生產(chǎn)及應(yīng)用實(shí)例［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［4］馬幼平，許云華，賈劉卡.負(fù)壓實(shí)型鑄造及鑄件質(zhì)量［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2002.