■ 肖恭林　曹松　姜偉航

?

高溫高濕環(huán)境下鑄鋼件質(zhì)量的控制

■ 肖恭林曹松姜偉航

摘 要：鑄鋼生產(chǎn)對(duì)環(huán)境條件有一定要求，高溫高濕期間的鑄件成品率低一直是行業(yè)內(nèi)的頑疾，通過(guò)近兩年的數(shù)據(jù)收集，對(duì)環(huán)境與生產(chǎn)要素間的關(guān)系進(jìn)行識(shí)別，制定改進(jìn)方案，從型砂準(zhǔn)備、模具維護(hù)、涂料操作等方面進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化，取得一定成效。通過(guò)對(duì)改良工作的總結(jié)，可對(duì)鑄鋼生產(chǎn)提供參考。

關(guān)鍵詞：高溫；高濕；鑄鋼件；質(zhì)量控制

鑄造生產(chǎn)中許多工藝要素與環(huán)境溫度濕度都有莫大關(guān)聯(lián)，在高溫高濕環(huán)境下，鑄件廢品率較平常會(huì)有明顯上升。受制于水玻璃的高吸濕性，在高溫高濕環(huán)境下鑄件的氣孔缺陷率明顯提升。中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司處于長(zhǎng)三角區(qū)域，每年7、8月的梅雨及高溫高濕天氣都對(duì)鑄鋼生產(chǎn)造成極大影響，從往年水平來(lái)看，7—8月期間的鑄件廢品率較其他月份提高5%～10%，氣孔類缺陷是報(bào)廢主因。收集近兩年高溫高濕環(huán)境期間的質(zhì)量數(shù)據(jù)，并在2015年采取了多項(xiàng)舉措對(duì)造型工序和熔煉工序進(jìn)行改良。

1　高溫高濕環(huán)境對(duì)鑄鋼生產(chǎn)的影響

中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司主要產(chǎn)品是制動(dòng)夾鉗、牽引車鉤、軸箱體等，應(yīng)用于動(dòng)車、高鐵上，對(duì)產(chǎn)品的內(nèi)在、外觀質(zhì)量和尺寸要求非常高，綜合考慮，采用酯硬化水玻璃砂工藝。在高溫高濕環(huán)境時(shí)，水玻璃和有機(jī)酯反應(yīng)后形成硅酸凝膠，使型砂形成膠結(jié)強(qiáng)度，而空氣中的高濃度水蒸氣對(duì)該反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生極大阻礙，促使硅酸凝膠水解，最終導(dǎo)致型砂強(qiáng)度瓦解，給鑄件帶來(lái)夾砂、夾渣等缺陷。高溫條件下，型砂反應(yīng)速度加快，導(dǎo)致型砂可使用時(shí)間大大降低，容易出現(xiàn)分層問(wèn)題，砂模報(bào)廢傾向加大。

2　優(yōu)化過(guò)程控制

（1）水玻璃砂改良。高溫高濕期間，水玻璃模數(shù)需要適當(dāng)降低至2.2～2.4，有機(jī)酯采用慢酯，這是常規(guī)手段，但型砂條件的改良遠(yuǎn)不止于此。設(shè)備保障方面，要確保再生系統(tǒng)中冷卻設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，以充分降低回收砂的砂溫，將回收砂的溫度控制在不高于室溫5 ℃；原材料進(jìn)料方面，新砂在運(yùn)輸過(guò)程中要做好隔熱措施，否則砂溫可以高達(dá)40～50 ℃，而且降溫極慢。

（2）鉻鐵礦砂改良。以往鉻鐵礦砂的準(zhǔn)備方式為手工混制，水玻璃和有機(jī)酯加入量難以控制，經(jīng)常出現(xiàn)水玻璃加入過(guò)量的問(wèn)題。水玻璃吸濕能力很強(qiáng)，同時(shí)鉻鐵礦砂相比于普通石英砂蓄熱系數(shù)較高，利于空氣中水分子粘附，造成鉻鐵礦砂在高濕環(huán)境中極易吸潮，成為澆注過(guò)程中氣體缺陷的來(lái)源。通過(guò)前幾年的數(shù)據(jù)查詢，發(fā)現(xiàn)使用鉻鐵礦砂的產(chǎn)品在高溫高濕期間的廢品率是正常水平的2～3倍。對(duì)鉻鐵礦砂的混制方法進(jìn)行改良，采用碗型混砂機(jī)進(jìn)行混制，將每天用量分為A、B兩等分，A組分僅加入水玻璃充分混制，B組分僅加入有機(jī)酯混制，混制完成后單獨(dú)存放，使用時(shí)將加入同等質(zhì)量的兩種組分，混勻。以上做法實(shí)現(xiàn)了水玻璃、有機(jī)酯加入量的精確控制。

3　模具準(zhǔn)備

觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)空氣濕度超過(guò)75%，鋁模表面殘留水玻璃的吸濕性明顯提高，若不做處理就按照正常工序流轉(zhuǎn)，待型砂硬化后會(huì)發(fā)現(xiàn)砂型表面穩(wěn)定性極差，原因在于有機(jī)酯與水玻璃反應(yīng)的產(chǎn)物硅酸凝膠在富水環(huán)境下極易重新水解喪失粘結(jié)強(qiáng)度，導(dǎo)致型砂強(qiáng)度瓦解。具體表象為：采用拇指指腹磨蹭砂型表面即出現(xiàn)砂粒脫落現(xiàn)象，脫落層在3～5 mm，在砂型涂刷過(guò)程中，涂料刷的粘砂情況較重，待點(diǎn)燃干燥后，涂料層出現(xiàn)夾砂情況。此種情形會(huì)帶來(lái)兩種常規(guī)的失效模式，遠(yuǎn)離澆道區(qū)域相應(yīng)的鑄件表面產(chǎn)生粘砂缺陷，澆道附近區(qū)域型砂成為其他部位夾砂的來(lái)源。

高溫高濕環(huán)境中，模具使用幾次后，表面殘留水玻璃和有機(jī)酯較多，極易吸收空氣中的水蒸氣而變得潮濕。實(shí)際生產(chǎn)中按以下方法進(jìn)行模具管理：（1）尺寸較小的砂模，當(dāng)天下班前可以先造型一模，第二天上班時(shí)起模；（2）尺寸較大的砂模，每天造型完成后采用拋光機(jī)對(duì)模具表面進(jìn)行打磨處理，去除表面殘留的水玻璃等雜質(zhì)，并刷脫模劑；（3）當(dāng)天造型結(jié)束后，將塑料薄膜袋覆蓋在模具表面，避免模具暴露在潮濕空氣中；（4）提高模具清理頻次，對(duì)于日生產(chǎn)量大的模具每天進(jìn)行清理，刷脫模劑。

4　冷鐵管理

在高溫高濕環(huán)境中，冷鐵由于其蓄熱系數(shù)較大，表面處于較低溫度，極易成為高溫水蒸氣的粘附據(jù)點(diǎn)，對(duì)冷鐵的處理和使用進(jìn)行了嚴(yán)格控制：（1）冷鐵拋丸后放置在存有石灰的容器中，降低其吸濕傾向；（2）銹蝕的冷鐵堅(jiān)決棄用。

5　涂料刷涂

實(shí)際觀察中發(fā)現(xiàn)冷鐵在高濕度環(huán)境中吸潮很快，涂料刷涂后無(wú)法正常點(diǎn)燃，即使經(jīng)過(guò)表干處理后，冷鐵表面的涂料板結(jié)性非常差，極易成為澆注過(guò)程中的缺陷來(lái)源。實(shí)際控制中，當(dāng)涂料點(diǎn)燃完成后隨即采用煤氣噴燈對(duì)冷鐵表面進(jìn)行烘烤，幫助冷鐵表面涂料的燃燒，實(shí)現(xiàn)涂料的常溫固化。高溫高濕環(huán)境下，水玻璃奪取空氣中水分子的能力很強(qiáng)，當(dāng)濕度高時(shí)，水玻璃砂表面的穩(wěn)定性急劇下降，原因在于鈉水玻璃重新發(fā)生水合作用，基體中Na+和OH-吸收水分并侵蝕基體，最后使Si-O-Si斷裂重新溶解，大大降低鈉水玻璃砂粘結(jié)強(qiáng)度。在沒(méi)有針對(duì)型砂進(jìn)行改良時(shí)，最好的方法便是在砂模自硬化完成后盡快刷涂料，在型腔與大氣間建立一道屏障，減緩表層型砂的吸濕速度。

6　表干處理控制

在高溫高濕環(huán)境中，要充分利用表干爐的作用，表干時(shí)間需要比正常季節(jié)提升30%，表干溫度控制在180～200 ℃，利于砂模內(nèi)部水分的蒸發(fā)和逸出，盡量降低澆注過(guò)程中型腔的發(fā)氣性。坭芯較多的產(chǎn)品需要將坭芯單獨(dú)進(jìn)行表干，否則會(huì)造成型腔中的水汽無(wú)法順利排出，特別是鉻鐵礦砂較多的坭芯，必須進(jìn)行單獨(dú)表干。對(duì)一些嚴(yán)格限制氣孔類缺陷的產(chǎn)品，采用熱風(fēng)機(jī)對(duì)型腔進(jìn)行烘烤加熱是一個(gè)很好的措施。傳統(tǒng)鑄鋼生產(chǎn)中，表干處理的有效性缺乏系統(tǒng)性驗(yàn)證，僅依靠甄別鑄件表面氣孔缺陷的多寡來(lái)評(píng)價(jià)。實(shí)際生產(chǎn)控制中，非常關(guān)注表干操作的實(shí)際效果，采用試驗(yàn)方式進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)定。對(duì)同一澆注批次的產(chǎn)品進(jìn)行差異化試驗(yàn)，選擇表干時(shí)間作為試驗(yàn)因子，其余表干操作參數(shù)保持一致，采用射線探傷的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，來(lái)確定高溫高濕環(huán)境下適用于產(chǎn)品的表干參數(shù)。事實(shí)證明，有針對(duì)性的試驗(yàn)可以帶來(lái)質(zhì)量的穩(wěn)定可控。

7　澆注場(chǎng)地管理

合箱澆注區(qū)域的下方砂床也是一個(gè)值得注意的地方，產(chǎn)品澆注過(guò)程中，水汽會(huì)滲透入下方砂床，第二天砂模放置在砂床上后，水汽會(huì)侵入型腔中給鑄件帶來(lái)氣孔缺陷，對(duì)于底箱吃砂量較少的砂模影響更大。高溫高濕環(huán)境中，建議每?jī)芍芨鼡Q一次澆注區(qū)域的砂床。

8　熔煉澆注控制

高濕度環(huán)境下，確保鑄件在合箱后12 h內(nèi)進(jìn)行澆注。高濕度環(huán)境對(duì)鋼水轉(zhuǎn)移到鋼包的過(guò)程也會(huì)造成一定影響，鋼水中的含氧量有明顯提升，導(dǎo)致鑄件氣孔缺陷的產(chǎn)生?？梢酝ㄟ^(guò)沉淀脫氧來(lái)抑制空氣中高濃度水蒸氣的影響：將脫氧鋁加入量提高10%，并將10%的鋁量加入鋼包中，盡可能降低鋼水轉(zhuǎn)包過(guò)程中的卷氣。

9　實(shí)施效果

將以上措施進(jìn)行逐項(xiàng)落實(shí)，經(jīng)歷2015年高溫高濕環(huán)境的檢驗(yàn)后，收到的質(zhì)量數(shù)據(jù)比往年有了明顯改觀，幾種產(chǎn)品的氣孔缺陷問(wèn)題得到了很好緩解。將有效的改進(jìn)措施分解到具體工藝文件中，為下一個(gè)周期做好預(yù)防準(zhǔn)備。

10　參考文獻(xiàn)

[1] 樊自田．水玻璃砂工藝原理及應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004．

[2] 李遠(yuǎn)才．鑄造涂料及應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007．

肖恭林：中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司，高級(jí)工程師，江蘇 常州，213011

曹 松：中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司，工程師，江蘇 常州，213011

姜偉航：中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司，助理工程師，江蘇 常州，213011

責(zé)任編輯 高紅義

中圖分類號(hào)：U260.6；U270.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-061X（2016）02-0028-02