張劍云，李?yuàn)涿鳎煺h，趙延闊，徐貴寶

（南車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司，江蘇常州 213011）

小型鋼液澆包包襯的研制及應(yīng)用

張劍云，李?yuàn)涿?，朱正鋒，趙延闊，徐貴寶

（南車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司，江蘇常州 213011）

研制了一種適用于在鑄鋼件生產(chǎn)中的小型澆包包襯，并對(duì)其制備過程進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。與傳統(tǒng)的耐火材料包襯相比，使用壽命提高100%，降低了鑄件夾渣缺陷的幾率，提高了鑄件質(zhì)量。且破損后容易清理，不會(huì)使包壁變形。

包襯；耐火度；濕強(qiáng)度；制備方法

鑄鋼件在機(jī)車車輛工業(yè)中占有重要地位，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，約占總重量的85%[1-2]。在鑄鋼件的生產(chǎn)中，鑄鋼溫度較高，實(shí)際生產(chǎn)中的包襯如耐火度不夠，易出現(xiàn)起渣和穿包等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響鑄件的質(zhì)量和操作者的安全性[3]。目前廣泛應(yīng)用于小型鋼液澆包包襯多采用石英砂+耐火泥、石英砂+石英粉、鎂砂+耐火泥或鎂砂+鎂粉組成的耐火材料，使用水玻璃或硼酸作為粘結(jié)劑來提高包襯的濕強(qiáng)度。實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明，上述耐火材料組成由于添加了水玻璃或硼酸使包襯的濕強(qiáng)度確實(shí)得到提高，但由于水玻璃或硼酸的存在而降低了耐火度，使用過程中容易出現(xiàn)起渣和穿包現(xiàn)象，嚴(yán)重影響鑄件的質(zhì)量[4-5]。并且破損清理起來比較困難，增加了操作者的工作量，包壁也常因敲擊過度而變形。對(duì)于小型鋼液澆包包襯而言，高的耐火度和適當(dāng)?shù)臐駨?qiáng)度即可防止使用過程中出現(xiàn)起渣和穿包現(xiàn)象，如選用合適的耐火材料組成來提高耐火度和保證一定的濕強(qiáng)度，將可消除夾渣等缺陷，提高鑄件質(zhì)量，并且容易清理，提高工作效率。因此，制作一種具有較高耐火度，破損后容易清理，且使用壽命長的小型鋼液澆包包襯具有非常重要的實(shí)際意義。

1 包襯的設(shè)計(jì)

結(jié)合鋼液澆包在使用過程中各部位的工況條件，將包襯分為包身部位和包口部位，即包身部位需具有較高的耐火度和良好的潰散性，包口部位需保證足夠的濕強(qiáng)度以防止掉砂現(xiàn)象（圖1）。為避免因添加水玻璃或硼酸粘結(jié)劑而帶來的清理破損澆包困難的問題，在保證小型澆包包身部位所需濕強(qiáng)度的前提下，通過合理的制備和烘焙工藝來滿足使用性能要求。通過長期的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，選用鎂砂和鎂粉作為包襯材料，并采用水作為粘結(jié)劑時(shí)，其包襯的濕強(qiáng)度雖較添加水玻璃或硼酸等粘結(jié)劑的要低，但其耐火度高，具有足夠的高溫強(qiáng)度、抗高溫沖刷能力及抗渣性，在小型澆包包襯的應(yīng)用中，通過合理的制備工藝，其濕強(qiáng)度可滿足所需的工況條件，不易起渣和被穿透，破損后清理方便。為改進(jìn)澆包中易起渣的現(xiàn)象，結(jié)合其工況條件，在包口部位選用經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的石英砂和耐火泥，并通過添加水玻璃粘結(jié)劑來提高濕強(qiáng)度，保證澆包包口部位所需工況條件。包身部位和包口部位選用的材料組成及其所占重量百分比如表1所示。

圖1 澆包示意簡(jiǎn)圖

表1 包襯各部位選用的耐火材料組成及其含量

2 包襯的制備方法

包襯與鋼液直接接觸，其質(zhì)量對(duì)鋼液質(zhì)量有較大影響，如致密性高，其抗高溫沖刷能力及抗渣性也將提高。在其制備過程中，耐火材料的混制工藝、包襯的制備工藝和烘烤工藝對(duì)其質(zhì)量有較大影響。

2.1 耐火材料的混制工藝

將包身部位和包口部位所需耐火材料分別在兩個(gè)容器中混制。包身部位所用耐火材料的混制工藝為：（1）先加入全部電熔鎂砂在容器中；（2）加入2%的水與電熔鎂砂充分?jǐn)嚢柚粱旌暇鶆?；?）加入全部鎂粉和剩余的3%水，與步驟（2）中的混合物一起攪拌至混合均勻。包口部位所用耐火材料采用如下混制工藝：將石英砂、耐火泥和水玻璃一起放入容器中充分?jǐn)嚢柚粱旌暇鶆颉Ｔ诎聿课凰媚突鸩牧系幕熘乒に嚻渲?，步驟（2）先加入2%水的主要目的為使步驟（3）中的鎂粉能更好地與鎂砂均勻混合在一起，通過兩者粒度的差異來提高包襯的致密性。

2.2 包襯的制備工藝

在包襯的制備過程中，其主要目的是將包襯打得結(jié)實(shí)和均勻，以提高強(qiáng)度和致密性，并保證包襯所需尺寸。

（1）在澆包包底鋪50mm厚的包身部位用耐火材料，用平錘將其壓實(shí)，時(shí)間約為2 min ～3min。在采用平錘壓實(shí)過程中，要注意用力均勻，使包襯底部各部位強(qiáng)度等性能都滿足工況要求，如有某個(gè)部位不能達(dá)到要求，將使?jié)舶r報(bào)廢。

（2）在坩堝模型外表面均勻刷涂一層柴油以提高耐火材料和坩堝的潤滑性，具體的刷涂量可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況而定，但不宜太多，便于起模即可。

（3）將刷涂好柴油的坩堝模型放置在包底的正中心，并將壓鐵壓穩(wěn)坩堝以防錯(cuò)位和抬起。制作過程中注意包襯的厚度要均勻，坩堝不能出現(xiàn)大的偏移和抬起現(xiàn)象。

（4）將包身部位用耐火材料沿著坩堝舀在坩堝和澆包外壁的間隙中，并采用壓實(shí)工具壓實(shí)，每次壓實(shí)的高度為70mm～80mm，循環(huán)上述過程，直至總高度距離澆包包口50mm為止。制作過程中注意每次壓實(shí)的高度不能太高，否則將嚴(yán)重影響包襯的強(qiáng)度和致密性，壓實(shí)過程中也要用力均勻。

（5）將包口部位用耐火材料舀在坩堝和澆包外壁間隙的包口部位，并采用壓實(shí)工具壓實(shí)，做出包嘴形狀，將包口部位處耐火材料刮得平滑。包身部位和包口部位不需采用任何其它措施即可較好的粘結(jié)在一起。

（6）在包口部位的耐火材料表面均勻刷涂1mm厚的水玻璃層。通過刷涂一層水玻璃可提高包口部位的濕強(qiáng)度，但不宜太厚，刷涂均勻即可。

2.3 包襯的烘焙工藝

將包襯進(jìn)行烘烤，主要目的為烘干水分和提高包襯的強(qiáng)度，其進(jìn)爐烘烤工藝如圖2所示。其烘烤過程為：①將澆包在空氣中自然干燥超過12h。剛打制的澆包不宜以較快的干燥速度干燥，否則易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。②將澆包置放在煤油爐中以900℃的溫度保溫40min。包襯經(jīng)12h自然干燥后形成了一定強(qiáng)度，將其送入加熱器中進(jìn)行快速烘干可在不影響質(zhì)量的基礎(chǔ)上提高生產(chǎn)效率。一般來說，溫度太低，澆包烘不透；溫度太高，包襯易剝落，包壁易變形，烘焙溫度以包襯成暗紅色為宜。

圖2 澆包進(jìn)爐烘烤工藝曲線

3 工業(yè)應(yīng)用效果

該包襯在75kg鋼液澆包上試用，整個(gè)澆包的制備過程（除自然干燥和烘烤時(shí)間）只需30min，其中混料10min，包襯制作20min，澆包使用壽命都在100次以上。和之前使用的石英砂+石英粉+水玻璃的耐火材料組成的包襯相比，包身部位處耐火度有較大提高，包口部位處濕強(qiáng)度較好，使用過程中不易出現(xiàn)穿包和起渣現(xiàn)象，渣子量顯著減少，減少了鑄件夾渣缺陷，提高了鑄件質(zhì)量，使用壽命也得到提高。另外，該包襯潰散性好，采用木榔頭敲打后可較好的進(jìn)行清理破損后的包襯，不會(huì)使?jié)舶谧冃?，澆包包壁的使用次?shù)也提高了。該包襯也能應(yīng)用于鑄鐵的生產(chǎn)應(yīng)用中，現(xiàn)公司的鑄造部門及子公司普遍將此種澆包包襯應(yīng)用于小型澆包上，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語

將包襯的包身部位和包口部位采用不同耐火材料制作，滿足了各部位的工況要求。雖選用了較昂貴的電熔鎂砂，但由于包襯的使用壽命延長，澆包的單次使用費(fèi)用比前期采用石英砂+石英粉+水玻璃的耐火材料制備的包襯要低。該包襯的制備工藝簡(jiǎn)單，潰散性好，清理容易，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值，適用于100kg及以下的小型澆包，經(jīng)實(shí)際產(chǎn)生經(jīng)驗(yàn)證明，該包襯也能成功應(yīng)用于鑄鐵的生產(chǎn)應(yīng)用中。

[1] 徐貴寶，曹健峰，朱正鋒. 中國鐵路關(guān)鍵鑄鋼件生產(chǎn)質(zhì)量控制[J]. 鑄造，2010，59（9）：973-976.

[2] 王澤華，張濤，方學(xué)峰，等. 中國鐵路機(jī)車車輛鑄鋼件生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J]. 鑄造，2005，54（5）：415-419.

[3] 華德峻. 精鑄用耐用鋼液澆包[J]. 特種鑄造及有色合金，2003，（2）：53.

[4] 侯振東，劉大圈，靳秀禮，等. 一種鋼包永久襯澆注料的生產(chǎn)方法:中國, CN101973776 A[P]2011-02-16.

[5] 中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì). 鑄造手冊(cè):第五卷[M].2版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

Development and Application on Lining of Small Steel Ladle

ZHANG JianYun, LI LouMing, ZHU ZhengFeng, ZHAO YanKuo, XU GuiBao

( CSR QISHUYAN INSTITUTE Co.Ltd., Changzhou 213011, Jiangsu China)

The small ladle lining applied to application in steel casting has been develop ed and its preparation process been elaborated in details. The production has shown a two times longer service life than those conventional refractory ladle with quartz sand, quartz powder and water glass, and also there are many advantages such as easy to clean up after damaged, improvd quality of casting, and low probability with oxide slags, casting defects and deformation compared with the conventional ladle lining.

Ladle lining; Refractoriness; Wet strength; Preparation methods

TG232.7；

A；

1006-9658（2012）05-0024-3

2012－06－28

稿件編號(hào)：1206－075

張劍云（1975-），男，從事鑄造工藝設(shè)計(jì)方面研究