鄧向陽 鄒文喜 劉紹康 任振海 李 健

(江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇214432)

我公司是一個(gè)以生產(chǎn)優(yōu)特鋼產(chǎn)品為主的特鋼企業(yè)，針對(duì)目前大型筒體、壓力容器、管板等核電、風(fēng)電產(chǎn)品市場(chǎng)需求量的擴(kuò)大形勢(shì)，我們?cè)谀壳癊BT+LF+VD真空處理的基礎(chǔ)上增加了真空澆注坑，用于生產(chǎn)50 t～100 t真空大鋼錠。為此，我們專門設(shè)計(jì)了與之相應(yīng)的鋼錠模。

1 鋼錠錠身的設(shè)計(jì)

鋼錠的質(zhì)量除了與鋼水和耐火材料的質(zhì)量有關(guān)外，還與錠模設(shè)計(jì)關(guān)系密切。合理的錠型能有效促進(jìn)夾雜物的上浮，減少二次縮孔出現(xiàn)的幾率，提高鋼錠的利用率，還可以保證鋼錠順利脫模，防止粘模等異常事故發(fā)生，提高錠模的使用壽命。

1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

1.1.1 所需變量的設(shè)定

為了便于敘述，先將鋼錠模設(shè)計(jì)過程的各個(gè)量的名稱、符號(hào)及各個(gè)量相互之間的關(guān)系列出：

鋼錠重量W=錠身重量WB+帽口重量Wh+錠尾重量Wb；

鋼錠體積V=錠身體積VB+帽口體積Vh+錠尾體積Vb；

鋼錠模內(nèi)腔內(nèi)切圓直徑D，上口直徑：Dt，下口直徑：Db；

鋼錠邊數(shù)N；

鋼錠模錠身部分高度h2；

鋼錠橫截面面積A，上口面積：At，下口面積：Ab；

凹面波半徑R，上口半徑：Rt，下口半徑：Rb；

棱角半徑r，上口半徑：rt，下口半徑：rb；

面積系數(shù)σ；

鋼比重γ。

1.1.2 基礎(chǔ)參數(shù)的選定

1)金屬分配：根據(jù)真空鋼錠的大小，我們一般取錠身WB占鋼錠總重的77%～80% 。

2)鋼的比重：鋼水澆入模中的總重量，是以鋼水在澆注溫度時(shí)的比重來計(jì)算的。根據(jù)鋼種，平均澆注溫度的比重為7.1 t/m3。

所以：W=7.1(VB+Vh+Vb)

而鋼錠錠身和錠尾的重量按照7.35 t/m3來計(jì)算，則帽口重量為：

Wh=W-WB-Wb

=7.1(VB+Vh+Vb)-7.35(VB+Vb)

3)高徑比C：根據(jù)真空鋼錠的大小不同一般取1.3～1.45。

4)錐度T：?jiǎn)蚊驽F度取3.5%。

5)鋼錠邊數(shù)：設(shè)計(jì)50 t～100 t鋼錠時(shí)我們?nèi)?6邊。

1.2 錠身主要設(shè)計(jì)步驟

1.2.1 選R/D、r/D或r、β(α)，求出面積系數(shù)σ；

表1 世界各國(guó)N、R、r和D的對(duì)比Table 1 Comparison of N, R, and D value in different countries

面積系數(shù)σ的確定：根據(jù)選定的R/D、r/D與N值，代入凹多邊形面積公式，即可求出面積系數(shù)σ，即A=σD2中的σ。

凹多邊形的面積求法很多，這里只介紹一種，如圖1所示。

圖1 凹多邊形面積的求法Figure 1 Area calculation of concave Polygon

由已知R，r及邊數(shù)N，先求出θ、β、α角。

α=β-θ

凹多邊形面積A=2N·ABFD=2N(AABC-ACDE+AAEF)

其中，ABFD是扇形BFD的面積，AABC是三角形ABC的面積，ACDE是扇形CDE的面積，AAEF是扇形AEF的面積。

所以

若R/D=K，r/D=k，代入上式可得：

A=2N[0.5(0.5+K)(K+k)sinα+π/360(βk2-αK2)]D2

令2N[0.5(0.5+K)(K+k)sinα+π/360(βk2-αK2)]=σ

1.2.2 求D

因?yàn)閃B=7.35VB=7.35σD2h2=7.35σD2CD=7.35σCD3

1.2.3 求h2

h2=CD

1.2.4 求上、下口直徑：Dt、Db

Dt=D+Th2

Db=D-Th2

2 保溫帽的主要參數(shù)

保溫帽用粘土磚作內(nèi)襯，澆注結(jié)束后立即加發(fā)熱劑及炭化稻殼進(jìn)行保溫。帽口有效工作容積一般為形成鋼錠空腔20%左右，考慮到保溫劑、鋼水溫度和澆注速度對(duì)鋼錠補(bǔ)縮的影響，同時(shí)考慮鋼錠大小不同我們?nèi)?7%～20%。為了保證脫模過程不粘帽，我們對(duì)帽口采用單邊12%左右的錐度。

3 錠尾設(shè)計(jì)

大鋼錠尾部結(jié)構(gòu)有球形和錐臺(tái)形，為了便于鋼錠的吊運(yùn)，錠尾采用錐臺(tái)形結(jié)構(gòu)，其重量約占鋼錠總重量的3%。

4 鋼錠模的外形與壁厚

1)錠模外形通常有圓形，多邊形，波紋形，我公司此次鋼錠模設(shè)計(jì)均采用波紋形外狀。

2)模壁厚度通常取錠身直徑的15%～20%，也可以按照模重與錠身重量之比，綜合考慮鋼錠模的傳熱及錠模的使用壽命來決定。我公司50 t～100 t鋼錠模厚度是按照模重比0.7～0.75來指導(dǎo)設(shè)計(jì)的。

按照上述設(shè)計(jì)思路，我公司50 t～100 t真空大鋼錠的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

表2 我公司50 t～100 t真空大鋼錠主要參數(shù)Table 2 Main parameters of our company's 50～100 tons big vacuum ingot

5 結(jié)語

1)通過這次真空澆注錠型的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使我公司的上注鋼錠系列化，提高了產(chǎn)品利用率，降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)極大的滿足了用戶對(duì)不同噸位錠型的需求。

2)通過合理分配鋼錠帽口、錠身和錠尾金屬的比例，同時(shí)通過對(duì)錐度、高徑比等參數(shù)的合理選擇，保證了鋼錠的質(zhì)量。加之選用合理的工藝參數(shù)和嚴(yán)格執(zhí)行工藝紀(jì)律，2010年以來我公司生產(chǎn)的真空大鋼錠到目前為止尚未出現(xiàn)探傷不合格的情況。

[1] 李金良.優(yōu)化錠型在生產(chǎn)中的應(yīng)用.大型鑄鍛件，2008(6).

[2] 王立功，等.大型鋼錠模的優(yōu)化設(shè)計(jì)與開發(fā).大型鑄鍛件，2005(2).