閆新飛

（共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川750021）

大型鑄鋼件嗆火機(jī)理及防嗆火措施分析

閆新飛

（共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川750021）

本文通過(guò)對(duì)鑄件嗆火機(jī)理的分析研究，闡述了鑄件嗆火過(guò)程細(xì)節(jié)。從模具設(shè)計(jì)（工藝設(shè)計(jì)）和現(xiàn)場(chǎng)操作中找出引起嗆火的各種因素，總結(jié)出在氣眼錯(cuò)偏、披縫過(guò)大和氣道外漏等情況下有效地防嗆火措施，進(jìn)一步提高了大型鑄鋼件產(chǎn)品的質(zhì)量。

大型鑄鋼件；嗆火機(jī)理；防嗆火措施

鑄件防嗆火是大型鑄鋼件造型過(guò)程控制的重點(diǎn)之一。嗆火會(huì)導(dǎo)致夾渣、氣孔等缺陷，嚴(yán)重嗆火也會(huì)導(dǎo)致鑄型變形，甚至出現(xiàn)鑄件不完整、跑火等重大質(zhì)量事故。模型尺寸和結(jié)構(gòu)、芯子出氣位置的設(shè)置、制芯和造型出氣道的鋪設(shè)不合理和合箱過(guò)程控制不到位等都會(huì)引起鑄件嗆火，本文總結(jié)近年鑄件生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，分析嗆火產(chǎn)生的原因，并提出相應(yīng)防止措施。

1 嗆火機(jī)理

嗆火在鑄造中是指金屬液在充型過(guò)程中，由于發(fā)生的大量氣體不能順利外排，發(fā)生液體翻騰的現(xiàn)象，即澆注后期金屬液從冒口（或排氣孔）噴出（或跳出、飛出）的現(xiàn)象[1]。

1.1 引起嗆火的因素

1）型砂中的有機(jī)物（樹(shù)脂、固化劑）在高溫下分解的N、H等氣體；

2）型砂及涂料中的水分，高溫轉(zhuǎn)變成水蒸汽；3）模具問(wèn)題及操作原因?qū)е職庋鄄粫惩ā?/p>

1.2 嗆火過(guò)程分析

嗆火過(guò)程可分為氣體形成聚集、增壓、侵入、噴出四個(gè)過(guò)程。氣體形成聚集可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是型腔本身發(fā)氣量很大，樹(shù)脂、固化劑和其他附加物分解形成氣體，水分汽化形成氣體；一類(lèi)是氣體排出通道阻塞，高溫下型砂中的氣體無(wú)法按照設(shè)定通道排出，氣體在沙粒間運(yùn)動(dòng)至砂型表面，氣體聚集越多形成壓力越大，就會(huì)突破涂料層滲透至鋼液與砂型界面。大量氣體聚集形成的強(qiáng)壓力使氣體進(jìn)入鋼液，氣體從侵入處開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)，一邊上浮一邊發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。上浮過(guò)程中相同的氣體聚集一起，形成氣泡，氣泡逐漸由小增大，每一個(gè)氣泡周?chē)芙饘僖旱膲毫ψ饔茫瑫r(shí)氣泡對(duì)金屬液存在反作用力，其中向上的反作用力稱(chēng)為浮力。當(dāng)浮力大于金屬液的壓力時(shí)，氣泡推動(dòng)金屬液向上運(yùn)動(dòng)，直到?jīng)_出冒口液面[2]。

金屬液中，氣體量越多，氣壓越高，冒口噴出物就越多，噴出液面的距離就越高。嗆火嚴(yán)重時(shí)，不但能看到金光閃閃的火星，還能聽(tīng)到響聲。

2 嗆火原因及改進(jìn)措施

2.1 合箱過(guò)程披縫太大

合箱過(guò)程中，由于分模、過(guò)程操作等問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致比較大的披縫，不容易密封。鋼液澆注時(shí)鋼液會(huì)填充到披縫中，同時(shí)型芯中沿著披縫釋放出氣體，氣體與鋼液接觸，急劇氣化，發(fā)生憋氣，最終導(dǎo)致嗆火。

合箱披縫太大的原因包括模型、芯盒尺寸錯(cuò)誤及操作不當(dāng)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的不斷積累，針對(duì)披縫過(guò)大可采取如下預(yù)防性措施。

1）改進(jìn)模型或芯盒的相關(guān)部位尺寸；

2）制芯或造型過(guò)程導(dǎo)致的分型面凸凹不平，或者制芯刮砂面不平整也會(huì)導(dǎo)致披縫過(guò)大，這就需要培訓(xùn)操作者，注意操作細(xì)節(jié)問(wèn)題；

3）披縫大小為3 mm～5 mm時(shí)，用φ8 mm坭條封住即可，披縫為5 mm～10 mm時(shí)就要增加坭條數(shù)量，確保厚度，然后再用石棉繩在坭條內(nèi)側(cè)加圍，當(dāng)披縫超過(guò)10 mm，在坭條內(nèi)側(cè)設(shè)置一道砂墻，且在型砂未硬化前進(jìn)行合箱。

如圖1所示，我公司生產(chǎn)的600 MW～1 000 MW蒸汽輪機(jī)外缸鑄件，吊胎與芯子弧面的間隙比較大，最初的工藝是向上排氣，氣體容易通過(guò)披縫進(jìn)入型腔，發(fā)生嗆火事件。后來(lái)改為芯子向下引氣，將芯子固定在型腔中，弧面處刷涂料，再也沒(méi)有發(fā)生過(guò)嗆火事件。

圖1 芯子設(shè)置示意圖

2.2 氣眼錯(cuò)偏

導(dǎo)致氣眼錯(cuò)偏的原因包括氣眼位置不正確及操作不當(dāng)。對(duì)氣眼錯(cuò)偏可采取必要的預(yù)防、改進(jìn)措施。

1）檢查模型和芯盒的出氣標(biāo)示，如有錯(cuò)誤及時(shí)改正；

2）發(fā)現(xiàn)氣眼錯(cuò)偏后，如果還有其他氣眼可以出氣，直接將錯(cuò)偏氣眼封死，保證出氣繩吃砂量在50 mm以上?；蛘咧匦略谏舷浠蛘咝咀鱼@開(kāi)一個(gè)出氣通道，通道內(nèi)插一個(gè)鋼管，并封堵錯(cuò)偏的的出氣通道，確保澆注過(guò)程排氣通暢[3]。

3）如果上下氣眼錯(cuò)位，并且距離冒口或型腔距離小于100 mm，則在合箱后用型砂填堵整個(gè)面，確保鋼水無(wú)法進(jìn)入氣眼。

公司生產(chǎn)核電機(jī)組用隔板外環(huán)類(lèi)鑄件的芯子有兩層，還外加上箱，要保證這些芯子出氣暢通，就必須保證芯子與芯子之間、芯子與上箱之間氣眼對(duì)正，但是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作過(guò)程經(jīng)常發(fā)生氣眼位置不合適的現(xiàn)象。生產(chǎn)中，在每個(gè)芯子上至少設(shè)置2個(gè)出氣眼，合箱時(shí)如果發(fā)生錯(cuò)偏，至少也能保證一個(gè)氣眼合格。如圖2所示，芯子上設(shè)置2個(gè)出氣眼，保證出氣暢通。

圖2 出氣眼設(shè)置

2.3 氣道外漏

氣道外漏主要是操作失誤導(dǎo)致的，將氣道外漏部位型腔或芯子表面挖開(kāi)，保證氣道吃砂量50 mm以上，再用型砂補(bǔ)修牢固。這類(lèi)現(xiàn)象在日常檢查和合箱前可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

2.4 型腔烘烤不到位

型腔烘烤不到位的原因包括烘箱管子擺放位置不合理及烘烤時(shí)間不夠?？刹扇〉母倪M(jìn)措施包括：

1）烘箱管子盡可能從直澆道口放入，氣流從內(nèi)澆口進(jìn)入，均勻流向型腔的各個(gè)部位，保證型腔每個(gè)位置都能被烘烤到；

2）嚴(yán)格按照規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行烘烤及撤烘箱，烘烤時(shí)間不滿(mǎn)足絕對(duì)不能澆注。

只要烘烤時(shí)間足夠，就能夠保證型腔內(nèi)的干燥程度適宜。

2.5 其他因素

陰雨天氣或者芯子放置時(shí)間太長(zhǎng)時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況實(shí)施應(yīng)急措施，對(duì)芯子和型腔進(jìn)行烘烤，保證澆注前型（芯）足夠干燥，澆注過(guò)程發(fā)氣量小。

3 結(jié)論

引起大型鑄鋼件嗆火的直接因素是型腔內(nèi)的氣體，因此，杜絕嗆火的發(fā)生，需要從減少氣體量和保證氣體順暢的排出通道入手。鑄造生產(chǎn)操作人員的經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心是杜絕嗆火發(fā)生的關(guān)鍵，要加大管理和日常的技能培訓(xùn)力度。鑄造生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜，一旦發(fā)生嗆火，就要從各個(gè)方面細(xì)致分析，找出主要原因，優(yōu)化改進(jìn)，這樣才能杜絕嗆火事件的持續(xù)發(fā)生，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

［1］張維業(yè).砂型鑄造的嗆火與爆炸［J］.工業(yè)安全與防塵，1995（10）：13-14.

［2］劉寧.用系統(tǒng)分析法解決后輪轂氣孔缺陷［J］.重慶重汽科技，2002（1）：12-15.

［3］馬德生.殼體類(lèi)、閥體類(lèi)鑄件嗆火缺陷的消除［J］.熱加工工藝，2003（4）：64.

Choking Mechanism of Large Steel Casting and its Anti-chocking Measures

YAN Xin-fei
（Kocel Steel Foundry CO.LTD，Yinchuan Ningxia 750021，China）

Through analyzing the casting choking mechanism，the choking process was elaborated.The chocking causes were found from the mold design（process design）and site operations，then the effective anti-chocking measures were summed up in the case of vent shift，over-large fash and airway outleakage and so on to improve the large steel products quality.

large steel castings，fire choking mechanism，anti-choking prevention measure

TG244

A

1674-6694（2015）05-0051-02

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2015.05.016

2015-05-12

閆新飛（1980-），男，工程師，研究方向：鑄造工藝及技術(shù)研究。