鑄造軸橋冶煉工藝路線設計與生產實踐

江 濤，解澄劍

(中車長江銅陵車輛有限公司 安徽銅陵 244000)

軸橋是有軌電車關鍵部件，鑄造軸橋采用水玻璃砂造型工藝，從軸橋化學成分要求、力學性能要求、冶煉設備等方面分析，結合公司的生產現狀制定了工藝路線，現取得良好的經濟成果，合理的工藝參數選用對冶煉過程控制積累了寶貴經驗。

1 工藝路線設計

1.1 軸橋技術要求

1.1.1 化學成分

軸橋化學成分要求見表1。

表1 化學成分(%)

注：1、合金元素的添加以滿足材料機械性能為原則，不做強制性規定。2、CE≤0.54 CE=C+(Mn+Si)/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

1.1.2 力學性能

軸橋力學性能要求見表2。

表2 力學性能

1.2 冶煉設備分析

1.2.1 冶煉設備簡介

目前國內鑄造冶煉設備主要分為電弧爐冶煉和感應電爐冶煉，少數企業使用電弧爐加爐外精煉的冶煉方式。堿性電弧爐氧化法冶煉是最基本的冶煉方法，電弧爐是現代電爐煉鋼生產的關鍵設備，以電弧產生熱量熔化廢鋼，用來冶煉各種碳素鋼和合金鋼；LF爐是現代煉鋼生產的爐外精煉設備，采用氬氣攪拌、石墨電極埋弧加熱和爐渣精煉技術，主要承擔還原期的脫硫任務和調節成分，與電弧爐配合使用，縮短和調節冶煉周期[1]；而感應電爐通常是無鐵芯的，根據接入電源頻率，稱為中頻感應電爐簡稱中頻爐，是以電磁感應產生熱量熔煉金屬[2]。

1.2.2 冶煉方式分析

冶煉方式分析比較見表3。

表3 冶煉方式比較

1.3 工藝路線制定

由于鑄造軸橋水玻璃砂造型能力不足，可用砂箱數目為4個，因此根據鑄造軸橋質量技術要求、冶煉設備能力分析以及造型能力制定了以下的冶煉工藝路線。冶煉分為一次熔煉和二次熔煉，一次電弧爐氧化法冶煉兩次加料出約20t鋼水并采用漏包澆注，澆注4只軸橋，剩余鋼水澆注成鋼錠成為中頻爐冶煉爐料，二次中頻爐熔煉采用搖包澆注，澆注1只軸橋，冶煉工藝路線圖詳見圖1。

圖1 冶煉工藝路線圖

2 工藝參數設定

2.1 備料

一次熔煉采用電弧爐+LF爐冶煉方式，由于主產品為搖枕側架B+級鋼和車鉤E級鋼，均屬于中低碳低合金鋼，而軸橋化學成分中對鉻含量有要求，因此備料時不能使用主產品的返回料，應全部選用普通廢鋼，同時結合產品成分及氧化法熔煉需保證氧化期0.3%脫碳量的要求，備料時應保證配碳量在0.45%以上。

2.2 化學成分控制

二次熔煉采用中頻爐熔煉，經實際生產中對中頻爐全爐料熔清后取樣分析綜合比對，數據見表4。

表4 LF爐出鋼樣與中頻爐熔清樣對比表(%)

通過表4可以看出，元素損耗的主要是硅與錳，原因是由于熔化過程中元素易氧化以及燒損造成的。硅含量下降0.1%-0.15%，成分基本穩定在0.2%左右；錳含量下降0.7%，成分基本穩定在0.8%左右。因此中頻爐中需補加合金，由于添加合金牌號為硅鐵FeSi75和中碳錳鐵FeMn78C2.0，補錳后勢必造成一定量的增碳，因此需嚴格控制一次熔煉的LF爐出鋼碳含量。

補錳增碳量=(終點錳含量-熔清錳含量)/錳鐵錳含量*錳鐵碳含量

=(1.6%-0.8%)/78%*2%=0.02%

注：終點錳含量取產品規格成分中限1.6%，熔清錳含量取0.8%，收得率按100%計算。

由上式可知，中頻爐中由于補錳估算碳含量提高0.02%，為保證中頻爐鋼水碳含量合格，一次熔煉后LF爐出鋼鋼水含碳量必須控制在0.08%-0.12%，并且偏下限，同時要求電弧爐出鋼碳含量控制在0.05%-0.08%。

2.3 合金添加控制

錳鐵：中頻爐中錳鐵若一次性補加，添加量大會造成鋼水溫度下降幅度大，并且取樣化驗時間較長，易造成二次氧化收得率低，錳含量出鋼達不到成分要求。因此要求取熔清樣后立即添加前期估算增加量的2/3，后再根據化驗單按照實際情況添加余下的1/3，確保出鋼錳成分合格。

硅鐵：中頻爐中硅易氧化燒損，高溫熔煉時間長會造成收得率低。因此要求加入硅鐵后必須在7分鐘內出鋼[3]，保證高收得率的同時硅成分合格。

終脫氧鋁：加入量根據產品及一般鋼種對殘鋁量的要求為0.020%-0.080%。要求加入鋁總量的1/2隨鋼包烘烤，接鋼時鋼包內的鋁應呈液態，中頻爐出鋼前爐內插鋁脫氧，用量為總量的1/2。

2.4 中頻爐撈渣控制

根據中頻爐自身特性，保證鋼水純凈度，去除鋼水中夾雜，必須建立嚴格除渣制度，要求分三次撈渣。一次撈渣為熔清后加入除渣劑后撈除最少90%爐渣，隨后撒入除渣劑進行鋼水提溫；二次撈渣為達到出鋼溫度時，快速進行操作并隨后撒入少量除渣劑，同時將功率調整到保溫檔停置1分鐘，而后插鋁脫氧，待鋼包吊至出鋼位后，第三次撈凈爐渣出鋼。

2.5 澆注溫度控制

軸橋屬于低碳鋼，容易造成鋼水流動性差，結合產品外形尺寸特性，LF爐出鋼采用20t鋼包漏包澆注，因此為保證充型，要求出鋼溫度1590 ℃-1600 ℃，澆注溫度1585 ℃。而中頻爐出鋼時采用1 t鋼包搖包澆注，由于出鋼溫降及澆注鋼包烘烤、鎮靜時間等方面的影響，確定中頻爐出鋼溫度1620 ℃-1640 ℃，澆注溫度1585 ℃。

3 試制結果與分析

3.1 試制結果

中頻爐五個爐次的化學成分和熱處理后的試塊力學性能分別見表5、表6。

表5 化學成分(%)

3.2 試制分析

從表5和表6可以看出，試制爐次的鋼水化學成分及力學性能均達到軸橋技術要求。按照以上分析及措施，后續共完成了86件軸橋的熔煉澆注，非金屬夾雜物評級合格，鋼水合格率為100%。

4 結論

鑄造軸橋兩次冶煉工藝路線從理論上分析是具有可行性的，結合了不同冶煉澆注方式的優點，同時采取嚴格控制氧化法冶煉各階段的碳含量、合理選擇中頻爐合金添加量和添加時機、執行中頻爐撈渣制度凈化鋼水、控制澆注溫度等有效工藝控制措施，為實際生產的成功奠定了基礎，對因地制宜立足現有條件，積極開拓外部市場有著更加積極的意義，是一次成功的嘗試與探索。

表6 力學性能