郭洪濤，管延科

（濟(jì)鋼集團(tuán)重工機(jī)械有限公司技術(shù)質(zhì)量部，濟(jì)南 250101）

高爐鑄鋼冷卻壁鑄造工藝改進(jìn)

郭洪濤，管延科

（濟(jì)鋼集團(tuán)重工機(jī)械有限公司技術(shù)質(zhì)量部，濟(jì)南 250101）

介紹高爐鑄鋼冷卻壁的鑄造工藝，特別是模板的制作、內(nèi)冷鐵的使用以及螺栓孔芯子的制作經(jīng)驗(yàn)。

高爐冷卻壁；鑄造工藝；內(nèi)冷鐵

高爐鑄鋼冷卻壁導(dǎo)熱性能好，使用壽命長，主要用在高爐工作環(huán)境較惡劣的爐腹部位，冷卻壁質(zhì)量的好壞直接影響高爐的利用系數(shù)與壽命。濟(jì)鋼集團(tuán)重工機(jī)械有限公司生產(chǎn)的鑄鋼冷卻壁單重3217kg，外形尺寸1800mm×737mm×620mm，材質(zhì) ZG200-400，是一種呈弧形結(jié)構(gòu)的厚實(shí)類低碳鋼鑄件。冷卻壁本體內(nèi)要鑄入四根?70mm×10mmU形水管，每根U形水管上又有兩個(gè)水管護(hù)管，護(hù)管也要隨水管一起鑄入冷卻壁本體內(nèi)，冷卻壁本體上要鑄出四個(gè)螺栓孔，冷卻壁熱面要鑄出鑲磚槽，形狀結(jié)構(gòu)如圖1所示。尺寸要求較高，進(jìn)出水管、螺栓孔的位置要求準(zhǔn)確，要確保和爐皮開孔位置對(duì)應(yīng)一致，鑄件不得有縮孔、氣孔等鑄造缺陷，冷卻水管鑄入冷卻壁本體內(nèi)，并且要求水管與本體要很好地冶金結(jié)合。

圖1 冷卻壁結(jié)構(gòu)圖

圖2 原工藝設(shè)置圖

原工藝采用平做平澆的方式，從一側(cè)設(shè)置?60mm內(nèi)澆道4道，設(shè)置腰型17號(hào)暗冒口2個(gè)（如圖2），采用水玻璃砂造型。鑄造過程中主要存在的問題：①由于采用平澆方式，上表面又設(shè)置冒口，鑄件表面表面質(zhì)量差；②磚槽底部粘砂較嚴(yán)重；③鑄件鑄出后，通球檢查時(shí)，不通球的水管較多；④由于在澆注過程中，鑄入的水管熔化導(dǎo)致鑄件報(bào)廢的較多；⑤磚槽尺寸不準(zhǔn)，超公差的較多。⑥螺栓孔內(nèi)清不出砂的較多，并且孔中心距也超差較多。

通過對(duì)冷卻壁結(jié)構(gòu)的認(rèn)真分析，并針對(duì)原工藝存在的問題，對(duì)原工藝方案進(jìn)行了如下改進(jìn)，收到很好的效果。

1 模板制作

如圖3所示，模板采用實(shí)樣木模，在模板上做出起模鼻，對(duì)稱4件。為保證螺栓孔位置精度，將下部螺栓孔芯頭加大，芯頭高度80mm，上部在模板表面刻出螺栓孔中心線，造型時(shí)將中心線引到砂型上，以方便下芯子時(shí)定位。上蓋箱做出定位芯頭，為防止合箱時(shí)碰壞芯子，上部定位芯頭斜度適當(dāng)加大。模板采用紅松木材，主體板厚50mm，木材含水率8%～12%；內(nèi)擋距300～350mm；要求模板表面粗糙度達(dá)到1級(jí)，并且棱角要分明。

圖3 冷卻壁模板結(jié)構(gòu)圖

2 芯盒及芯子

2.1 芯盒 為保證磚槽尺寸精度，達(dá)到圖紙精度要求，磚槽芯盒采用脫落式結(jié)構(gòu)，增加芯盒強(qiáng)度，防止制芯時(shí)尺寸脹大。磚槽芯子質(zhì)量直接影響鑲磚能否順利鑲進(jìn)磚槽內(nèi)，為此我們對(duì)芯子質(zhì)量進(jìn)行重點(diǎn)控制，增加了芯子緊實(shí)度，在磚槽底部及尖角處采用耐火度較高的鉻鐵礦砂，厚度為5～10mm，并將整體芯子表面涂刷醇基鋯英粉涂料一遍。

2.2 螺栓孔芯子確定 要在整體壁厚為262mm的冷卻壁內(nèi)鑄出?40mm的螺栓孔，用常規(guī)砂芯是不可行的，必須另辟蹊徑。經(jīng)合理考慮工藝參數(shù)，我們?cè)O(shè)計(jì)采用無縫鋼管與砂芯相結(jié)合的方法。圓孔部位采用無縫鋼管，內(nèi)部刷涂料后填水玻璃七○砂，在方孔部位采用芯子，芯子表層覆10mm厚鉻鐵礦砂，里層用水玻璃七○砂，從而克服了如此深的孔用常規(guī)鑄造方法難以實(shí)現(xiàn)的問題。

3 造型操作

為保證水管位置正確防止水管偏斜，專門設(shè)計(jì)造型撞箱樣板，如圖4所示。造型撞箱時(shí)，將樣板套在水管管棒上，防止水管管棒在撞箱過程中位置發(fā)生變化，從而保證水管尺寸正確。

4 冷卻水管制作

圖4 冷卻壁造型撞箱樣板圖

冷卻水管應(yīng)按圖紙彎曲成形，實(shí)際彎曲半徑與圖紙中所示名義的偏差允許為±2mm，彎曲處不允許有皺紋、凹扁、起皮和傷痕，且由于彎管引起的管壁變薄量應(yīng)小于原壁厚的15%。每根冷卻水管應(yīng)用整根鋼管由彎管機(jī)械冷彎而成，彎制完成后要進(jìn)行打壓、通球檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)壓力為1.6MPa，同時(shí)用0.75kg的木錘敲擊，經(jīng)30min的水壓試驗(yàn)無漏水、“冒汗”現(xiàn)象，壓力降不大于3%方可使用，通球的直徑為鋼管內(nèi)徑的80%，壓縮空氣正反向順理吹出為合格。

5 內(nèi)冷鐵設(shè)計(jì)

5.1 內(nèi)冷鐵重量

根據(jù)鑄造手冊(cè)，依據(jù)澆注鋼液溫度和MO（鑄件原始模數(shù)）/Mr（鑄件加入內(nèi)冷鐵后的模數(shù)）的比值，確定被冷鐵激冷部位單位體積鑄件所需要的內(nèi)冷鐵重量，乘以鑄件被激冷體積VO即可計(jì)算出內(nèi)冷鐵重量Gch。澆注溫度為 1550℃，MO/Mr為 1.4 時(shí)，Gch=0.23×VO≈78kg

5.2 內(nèi)冷鐵截面尺寸

內(nèi)冷鐵的設(shè)計(jì)不僅要考慮熔合內(nèi)冷鐵的重量，還要考慮熔合內(nèi)冷鐵的最大直徑。如果選擇的內(nèi)冷鐵直徑過大，會(huì)造成內(nèi)冷鐵熔合不良，降低產(chǎn)品的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，可能造成鑄件出現(xiàn)開裂。由于熔合內(nèi)冷鐵要求冷鐵表面的熔融時(shí)間與被冷鐵激冷部位鑄件的凝固時(shí)間相等，根據(jù)該原理并結(jié)合模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得出熔合內(nèi)冷鐵截面最大直徑為22.5mm。

5.3 內(nèi)冷鐵的結(jié)構(gòu)

內(nèi)冷鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅要遵循順序凝固及鑄件中心部位散熱慢的原則，還要考慮鑄件質(zhì)量要求以及表層與內(nèi)部允許的缺陷大小的不同，因此我們?cè)O(shè)計(jì)內(nèi)冷鐵時(shí)為了能使內(nèi)冷鐵與鑄件充分熔合，選用直徑?20 mm和?12mm兩種規(guī)格的近似材質(zhì)的圓鋼進(jìn)行組合，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成網(wǎng)格狀，從上到下由稀到密，靠近水管處用?12mm圓鋼，適當(dāng)密一些，并且擺放時(shí)要求內(nèi)冷鐵與型壁間保持合適的間距。

6 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

我們?cè)O(shè)計(jì)三種澆注系統(tǒng)方案如圖5，并利用模擬軟件，分別進(jìn)行充型模擬。從模擬充型結(jié)果得出第三種澆注系統(tǒng)效果最合理，金屬液自下而上進(jìn)入型腔，對(duì)型腔沖擊力小，充型平穩(wěn)，砂型不易產(chǎn)生局部過熱，同時(shí)高溫金屬液在型腔上部，有利于形成順序凝固和排氣。

圖5 澆注系統(tǒng)及冒口設(shè)置方案

7 計(jì)算機(jī)仿真模擬驗(yàn)證

根據(jù)各方面的綜合考慮，參照以上工藝方案進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真凝固模擬，模擬結(jié)果如圖6所示。從凝固模擬結(jié)果來看，縮孔都集中在冒口內(nèi)，冷卻壁本體內(nèi)無縮孔，鑄件內(nèi)部質(zhì)量良好，能夠滿足技術(shù)要求，此項(xiàng)工藝方案可行。

圖6 冷卻壁模擬凝固結(jié)果

8 合箱澆注

合箱時(shí)要檢查鑄型是否完好、冷卻水管等是否有碰壞歪斜、冷卻水管與砂箱的連接是否牢靠等，必要時(shí)可驗(yàn)箱，吹凈型腔內(nèi)及澆道內(nèi)散砂，對(duì)正箱泥號(hào)后合箱，打緊卡子，最后再將箱縫抹嚴(yán)。澆注溫度主要是考慮鋼液與水管的熔合，并且還要保證不熔化水管：如果鋼液溫度過低，則內(nèi)冷鐵與鑄件就不可能熔合好，鑄件易產(chǎn)生澆不足缺陷；但澆注溫度過高時(shí)，鋼液凝固時(shí)間過長，收縮量增大，產(chǎn)生縮孔、縮松及熔化管子的機(jī)會(huì)增加。綜合各方面的因素，并借助仿真充型凝固模擬結(jié)果，最終確定澆注溫度控制在1550～1570℃較為合適。為防止?jié)沧r(shí)鋼液熔化水管造成水管漏水和不通球缺陷，我們?cè)跐沧⑦^程中往水管內(nèi)通入氮?dú)?，?duì)水管進(jìn)行冷卻降溫，避免管子內(nèi)壁被空氣氧化。澆注時(shí)采取“先慢、后快、再慢”的原則，即先慢速開澆，當(dāng)鋼液接近冷卻水管位置時(shí)，加大澆速，讓鋼液快速包裹冷卻水管，當(dāng)鋼液液面超過冷卻水管時(shí)，再慢速澆注，至鋼液進(jìn)入冒口高度2/3時(shí)，改由冒口補(bǔ)注直到澆注結(jié)束。

9 結(jié)語

經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，采取上述工藝方案生產(chǎn)的冷卻壁鑄件，表面質(zhì)量良好，沒有粘砂、縮孔等缺陷，螺栓孔、水管、護(hù)管尺寸準(zhǔn)確，完全通過成品件樣板檢查，通過對(duì)附鑄試塊進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，為進(jìn)一步檢驗(yàn)內(nèi)在質(zhì)量，我們又對(duì)生產(chǎn)的冷卻壁隨機(jī)抽取一塊進(jìn)行剖開檢查驗(yàn)證，鑄件內(nèi)部無鑄造缺陷，水管與本體熔化良好，符合設(shè)計(jì)要求，鑄件剖開后的端面如圖7所示。該工藝對(duì)同類鑄件的工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)具有借鑒價(jià)值。

Foundry Technology Improvement on Steel Casting of Cooling Wall of Blast Furnace

GUO HongTao，GUAN YanKe
（Dept.technology Quality of Heavy Industrial Machinery Co.Ltd.Jinan Iron&Steel Works Group，Jinan 250101，Shandong China）

The foundry technology of blast furnace steel casting cooling wall has been introduced with emphasis on fabricating of pattern plate,use of inner chilling and making experiences of core of bolt hole.

Cooling Wall of Blast Furnace；Foundry technology；Inner chilling

圖7 鑄件剖開后的端面及管子熔合情況

TG 242.1；

B

1006-9658（2011）01-3

2010－08－17

2010－120

郭洪濤（1967-），男，高級(jí)工程師，主要從事鑄鋼、鑄鐵及有色金屬鑄件的鑄造生產(chǎn)技術(shù)工作