大型铸钢件生产工艺的探讨

摘要：随着我国经济的快速发展，推动了铸钢件产量的快速增长，在未来的10～20年中，铸钢行业的发展方向是以生产高质量、附加直高及特殊材质及性能的大型铸钢件为主，文章主要探讨了轧钢机机架大型铸钢件铸造工艺，以供参详。

关键词：机架；大型铸钢件；铸造工艺

1.生产工艺

1.1.造型材料

Z1451机架铸件的型砂、芯砂均采用酯硬化水玻璃石英砂，内窗口圆角及毛面部位放60～80mm厚铬铁矿树脂砂。酯硬化水玻璃石英砂属于自硬砂，与CO2硬化水玻璃石英砂相比，酯硬化水玻璃石英砂流动性、透气性好，强度高，硬化后起模，尺寸稳定，铸件精度高，可回收性好。铬铁矿砂具有更高的耐热性，而且热导率比硅砂大几倍，所以在毛面及热节较大处覆铬铁矿砂有利于防止粘砂及裂纹缺陷的产生，有利于提高铸件质量。

1.2.木型工艺

Z1451机架的实样制作成脱皮实样，由于脱皮实样不存在拔模斜度，满足铸件尺寸精度要求，节约钢液，造型脱模简单，砂型质量得到保证。木型制作时，长度方向缩尺1.8%，宽、高方向缩尺均为2.0%。

1.3.冶炼工艺

钢液采用EBT电弧炉粗炼+LF精炼工艺。机架总钢液量是140t，需3包，分别为65、45及30t钢液。30、50t电弧炉完成熔化、氧化任务，40、60t精炼炉完成精炼、脱气任务。电弧炉冶炼加强脱P操作，出钢时采用留钢工艺，保证氧化渣不进入钢液中；精炼炉精炼过程中通过氩气搅拌，达到除气、去夹杂目的。

1.4.造型工艺

Z1451机架采用地坑手工造型，要求打好硬砂床，保证砂型的紧实度，做好排气措施。针对Z1451机架结构的特殊性及车间外冷铁规格不全，车间小件工段生产繁忙的现状，采用在局部位置用内冷铁代替外冷铁，内外冷铁并用的工艺。

图1为Z1451机架铸造工艺简图。如图放置内冷铁部位最高1300mm，是铸件最大热节所在，如果单纯依靠外冷铁激冷，需要造型时上下箱均放置外冷铁，并在圆角处配合使用专用外冷铁，生产准备时间长；若只在下箱放置外冷铁，则上面要设置冒口补缩，由于热节较大，必须保证冒口足够大，由于该处放置冒口的面积有限，所以要额外增加冒口补贴，这样不但浪费钢液，而且增大后续清理的工作量，延长生产周期，不利于提高铸件表面质量。综合以上利弊，选用熔合内冷铁代替外冷铁。由于只设置很少量的内冷铁，在制作时做好除锈及清渣，完全能满足无损探伤要求。图2所示为求熔合内冷铁重量的列线图[4]。该机架的浇注温度1550OC，M0/Mr为1.4，由图2可知 为0.28kg/dm3，乘以补缩部位的体积1830dm3，得到熔合内冷铁质量512kg。

图2求熔合内冷铁的重量Gch

d=12mm圆钢做内冷铁，间距为100mm，冷铁总重量约480kg，小于计算得出的内冷铁重量。所以如图1所示设置内冷铁，能保证全部熔合。

Z1451机架 调整中间2#冒口的位置，并选用 腰形冒口，加大补缩距离。经计算后，机架工艺出品率为64.3%，符合一般大型铸钢件生产标准。根据各冒口的补缩距离并结合车间实际生产情况，外冷铁尺寸定为 ，共4块，分别位于机架立柱内外窗口对称位置，如图4所示。这样放置的内冷铁和外冷铁形成两处人为末端区，保证机架各部位补缩充分。

图4Z1451机架浇注系统示意图

Z1451机架毛重90t，总钢液量达到140t。为使钢液平稳地注入铸型，浇注系统采用开放式，如图4。钢包包孔直径80mm，4道直浇口用Φ140mm耐火砖管，横浇道及7道内浇道全部用Φ120mm火砖管砌成。通过计算，其各浇道截面积之比 ，符合开放式浇注系统 的要求。为了防止过热，内浇口均设在冒口下部，

有利于提高冒口补缩效率。经过北京恒力有限公司铸造模拟软件及韩国Anycasting铸造模拟软件对工艺进行模拟，无缩松、缩孔等铸造缺陷。

1.5.浇注工艺

对于ZG270-500材质，Z1451机架浇注温度设为15500C。浇注时，先将45t钢液包及65t钢液包4个包孔同时打开，使钢液快速平稳地充满型腔，两包浇完后，钢液恰好上升到冒口200mm左右。此时，用30t钢液包从专用浇口进行点冒口。由于该机架壁厚较大，容易产生严重的区域偏析，冒口处含碳量一般比平均含碳量高0.1%左右，所以30t钢液包的碳含量应控制在0.25%左右。这样既能保证铸件冒口处的含碳量，又可以减少切割冒口时产生裂纹的倾向。

2 .生产结果

（1）Z1451机架炉后化学成分见表2，与表1列出的标准成分相比，化学成分合格，最终钢液中[N]≤45×10-4%、[O]≤40×10-4%、[H]≤2×10-4%。Z1451机架正回火热处理后的力学性能见表2，与表1标准性能相比，完全合格，表明热处理工艺基本合理。

表3Z1451机架本体试样化学成分和力学性能

（2）外观检查，Z1451机架铸造表面质量良好，无大面积粘砂或气孔缺陷，加工后无明显缺陷。

（3）按技术要求对Z1451机架分别进行了超声及磁粉无损检测，无超标缺陷，符合标准，内窗口圆角处无任何铸造缺陷。

Z1451机架是大重量的铸件。采用此工艺生产大大缩短了生产准备时间，为整套产品按时交货奠定了良好的基础。Z1451机架的试制成功标志着新铸钢车间技术准备，包括工艺、冶炼、造型已经基本完成，具备了生产大型铸钢件的能力，为以后的生产积累了宝贵的经验。

参考文献：

[1]田世江.铸钢件附加值高，对谁都好）关于我国铸钢业发展及核心目标的探讨[J].铸造，2010，59（3）：263-265.

[2]中国机械工程学会铸造分会.铸造手册）造型材料[M].北京：机械工业出版社，2007.

[3]鲍状，李敏阳，鲍猛，等.冷连轧机架铸造工艺及组织性能浅析[J].热加工工艺，2008，37（19）：45-48.

[4]刘炀.大型轧钢机机架的铸造工艺[J].铸造，2004，53（8）：626-628.