小型鋼錠模一型多件聯鑄鑄造工藝開發

王世鋒，楊晉娜，雷翠平，許曉明

（1.黃石新興管業有限公司，湖北 黃石 435005；2.蕪湖新興鑄管有限責任公司，安徽 蕪湖 241000）

黃石新興管業有限公司是離心球墨鑄鐵管的專業化生產廠家，公司擁有616m3高爐一座，年產鐵水總量為85萬噸，離心球墨鑄鐵管年產能為60萬噸，鐵水總量富余25萬噸。如何消化富余鐵水，保證高爐穩定、順行，追求效益最大化，是公司生產組織面臨的重要課題。鋼錠模是煉鋼廠模鑄生產所必備的、周轉使用較快的大宗鑄錠設備，在冶金工業中鋼錠模的需求量很大，它的產量甚至能占整個鑄鐵件產量的十分之一[1]。經公司領導研究決定，利用高爐富余鐵水，開發生產鋼錠模系列產品，是解決當前鐵水富余問題的有效途徑之一[2]。

3月份公司接到江油長祥φ300電極模生產計劃，單重1152kg，數量20件且客戶急需，φ300電極模結構示意圖見圖1。傳統鑄造鋼錠模采用（木質芯盒+木質外模）造型、制芯裝配工藝，僅模具制作需12天完成，費用約1.8萬元，折合成本增加781元/噸。且單件生產造型、制芯、起模效率低，按每天生產1件，則需要20天完成澆注，即滿足不了客戶要求又無法完成成本指標。

圖1 φ300電極模結構示意圖

針對以上難題實業部領導組織工藝人員經過反復討論，集思廣益、大膽創新，提出采用消失模實體模型+樹脂砂造型工藝，一型多件聯鑄進行生產試制。采用消失模模型且一型多件聯鑄工藝存在幾點風險需要考慮：1、白模變形問題，白模變形，鑄件也將變形，如果變形出現在內腔，則會導致鋼錠脫模困難，這種缺陷是致命的。2、起模問題，手工切割、拼裝的白模模型表面光潔度達不到模型要求，起模過程中白模易拔斷。3、澆注系統設置，如何設置合理的澆注系統使鐵液同時、平穩的注入每個型腔至關重要。綜上原因，公司決定將φ300電極模采用一型4件和一型6件聯鑄工藝進行生產試制，經過近一個星期的工藝試制，該種型號的小型鋼錠模一型4件和一型6件聯鑄首試成功，澆注出的產品外觀及內在質量完全符合客戶要求，目前小型鋼錠模系列產品已經實現聯鑄工藝進行批量生產。現將工藝控制要點簡述如下。

1 消失模模型制作

為解決造型過程中白模變形問題，制作鋼錠模的泡沫珠粒密度控制在24-26g/l。因鋼錠模鑄件對內腔的光潔度要求非常高，內腔采用整體熱絲切割工藝 。考慮到起模問題，將鋼錠模吊耳處設置成白模活塊，并在白模模型內、外壁均勻涂刷一層黑色醇基石墨涂料。

2 澆注系統設計

澆注系統采用雙層底注階梯式，消失模實型鑄造工藝設計使用全陶瓷澆注系統，解決鑄件夾渣、夾砂等缺陷[3]。階梯式澆注金屬液進入型腔是分層自下而上進行的，內澆道設置在橫澆道底部，且內澆道和橫澆道的底面在同一平面上；內澆道位于鑄件底部，金屬液充型平穩，對型、芯沖擊力小，金屬氧化小，有利于型腔內氣體排出；中注層能夠緩解因底注造成的鑄件下部溫度高，不利于補縮等對鑄件的影響。澆注系統的形狀及尺寸見布置圖（圖2，圖3）。

圖2 一型4件聯鑄工藝布置圖

圖3 一型6件聯鑄工藝布置圖

3 補縮、排氣冒口設計

鋼錠模壁厚較厚，熱節較大，工藝設計首先要解決厚壁問題和消除內壁的熱節[4]。要充分考慮到冒口的補縮作用，以防止產生縮松、縮孔等鑄造缺陷。在每件鋼錠模頂部設置1個大冒口φ80*400mm高用于補縮，2個φ60*400mm高小冒口用于排氣排渣。

4 造型、制芯工藝

圖4 造型制芯

為保證砂型剛性強度，樹脂加入量控制在1.1%-1.2%，為防止在起模過程中砂芯斷裂，造型前在底箱上焊接￠100*1700mm高砂芯芯骨，芯骨周身有φ20小孔間隔150-200mm均布，且與通氣道連通，芯骨頂部用鋼板封死，鋼板輪廓尺寸要大于芯骨外徑尺寸20mm，芯骨必須與底箱焊牢，芯骨定位布置參照布局圖（一型4件聯鑄工藝布置圖見圖1，一型6件聯鑄工藝布置圖見圖2）。造型過程中要求先造一層外模再造一層砂芯，再一層外模一層砂芯...直至造型制芯同時完成，要求砂型搗實邊角到位，鑄字清晰，通氣道暢通。現場造型制芯圖片見圖4。

5 涂料涂刷

為了防止粘砂、夾砂、砂眼等鑄造缺陷，獲得良好的鑄件表面質量，選用耐火度較高的鋯英粉醇基涂料，涂刷2次[5]，最后再涂刷一層黑色醇基石墨涂料。涂刷前將砂芯打磨修補平整，砂芯表面凹凸不能大于1.5mm。砂芯表面不允許有涂料坑、起皮現象；底箱上的多余涂料及時清理干凈，不允許有涂料堆積。涂料總厚度控制在2mm左右。涂刷時應注意前一遍涂料點火燃燒待冷卻后才能刷下一遍涂料。

6 合箱壓鐵

采用一型多件聯鑄工藝對壓箱鐵和合箱卡的要求較為嚴格，壓箱鐵的重心與鑄件重心重合，均勻放置，不允許放偏，且保證壓箱鐵重量由砂箱四周或筋板處承受，不允許壓箱鐵直接壓在砂型上，放置壓箱鐵重量設計為澆注重量的（0.45～0.5）倍。壓好箱后再打合箱卡，合箱卡的位置應對角對稱，中間兩箱卡間距500-700mm。

7 熔煉澆注

采用高爐+中頻爐雙聯短流程熔煉工藝，因高爐鐵水成分C含量偏高，Si、Mn含量偏低，故高爐鐵水作為主要原料在中頻爐中需要進行降C，增Si，增Mn。爐料成分采用：高爐鐵水+廢鋼+75SiFe+65MnFe+回爐料。客戶提供鋼錠模成分標準見表1。

表1 鋼錠模成分標準

具體加入比例根據高爐鐵水光譜樣成分進行合理調配。回爐料按照同牌號分類放置使用，成分影響忽略不計。75SiFe吸收率按80%，65MnFe吸收率按85%進行配制。

出鐵溫度控制在1380-1400℃，澆注溫度控制在1320-1330℃，澆注速度按照快澆-慢澆-快澆的原則進行，澆注完成后要對鑄件進行充分補澆。

8 結論

φ300電極模一型多件聯鑄新工藝一次性試制成功。從白模制作到成品入庫僅用時12天，生產效率提高6倍，消失模實體模型制作費用約2900元，折合成本126元/噸，僅模具費用成本降低655元/噸。澆注出的產品外觀質量好，沒有縮松、縮孔缺陷，圓滿完成該計劃，得到客戶好評。聯鑄工藝的試制成功為今后生產2t以下鑄件一型多件，實現產量、效率翻翻奠定了基礎，填補了我廠多件聯鑄工藝的空白。