浅析铸钢工艺的常见问题

浅析铸钢工艺的常见问题

摘要：在当今发展社会，铸钢冷却壁越来越被人们关注，技术也在不断的改进和创新。铸钢冷却壁作为换代高炉冷却壁，它与铸铁冷却壁相比有着本质上的性能提升。本文主要介绍了铸钢冷却壁铸造过程中各工序的要点，并从模样制作及造型方面进行了分析探讨。

关键词：模样制作；铸钢冷却壁；铸造工艺；高炉冷却设备

1 模样制作

1.1 模样材质及缩尺的选择

在高炉中使用的冷却壁，一般一层的数量大约是40块，适合小批量手工生产。本厂在铸钢冷却壁的生产中使用CO2水玻璃砂造型，要求木模强度高，尺寸精确且不易变形，确保能满足一个批量的生产。

一般来说，在凝固过程中，冷却壁本体和冷却壁内水管的收缩是不一致的。根据本厂的生产经验，冷却壁本体的收缩要稍大于冷却水管。冷却壁本体的收缩和冷却壁的结构、内部冷却水管的分布状况等因素有关；而冷却水管的收缩和水管的壁厚、水管在浇注过程中的防熔穿措施等因素有关。本厂在试制的时候冷却壁本体选用20‰的缩尺，冷却水管选用18‰的缩尺，然后根据试制结果及时修正各种参数。

1.2 砖槽部位的模样设计

冷却壁热面镶耐火砖用的砖槽部位是铸造难点之一，砖槽部位的砂型造型方法一般有两种。第一种是将砖槽部位的齿状砂型设计成砂芯，通过下芯的方式来形成砖槽型腔，如图1。但是该方法有以下缺点：大多数冷却壁的热面都是锥面，每条砖槽芯的曲面半径和长度都不一样，工人在下芯的时候不易区分，影响造型效率；且在浇注过程中，砖槽芯容易被钢液推倒造成铸件报废。第二种方法是，做木模整体实样，将砖槽处阻碍起模的部分做成活块，如图2。但缺点是活块较薄，容易吸湿变形，对木模的制作要求较高。生产中可以根据冷却壁的结构采用最合适的方法。

2 造型

2.1 砖槽部位砂型

热面砖槽是铸钢冷却壁的铸造难点之一，如果处理不当，会使砖槽处出现热粘砂、气孔等缺陷。缺陷难以清理，使砖槽尺寸难以保证，甚至导致铸件报废。所以本厂在造型的工序中，在砖槽部位使用10 mm左右的铬铁矿砂作面砂，这样可以有效地防止热粘砂，并且易于清理，使砖槽部分表面光洁，尺寸精确。

2.2 浇注系统

浇注系统的设置非常重要，铸钢冷却壁的浇注系统是由耐火砖管组成，采用开放式的浇注系统，保证钢液平稳充型、不会从浇注系统中喷射出来。一般从冷却壁侧面或底面引进内浇道，如图3。内浇道在埋设的时候要注意，不要使内浇道口直接对着冷却水管，避免钢液冲刷冷却水管导致其熔穿。

2.3 冷却水管的防熔穿措施

在铸钢冷却壁的铸造过程中，防止冷却水管熔穿，并使其“熔而不化”，是铸造工艺中的最大难点。防熔穿措施主要有两种。

（1） 从外部防止冷却水管熔穿。从外部防止冷却水管熔穿，可以在水管外焊制一层随型内冷铁笼，或在水管外表涂刷隔热涂层。此类方法虽然可以从一定程度上防止水管熔穿，但是如果设计不当，将会严重影响冷却水管和冷却壁本体之间的熔合率，使水管的散热能力极大地降低，这也削弱了铸钢冷却壁导热性能好的优势。

2） 从内部防止冷却水管熔穿。从内防止水管熔穿，可以在冷却水管内部通入气体/固体冷却介质。通气可以使用氮气或者其他稀有气体，通气能够防止水管内壁在浇注过程中被氧化，并且保护冷却水管使其“熔而不穿”。几乎所有形状的冷却水管都可以用通气的方式来冷却，但是通气需要额外的通气设备，并且通气时的气压、流速等诸多参数需要根据具体情况，反复摸索才能得出。通入（灌入） 固体冷却介质到冷却水管中是一种比较简易并且可靠的方法，对灌入的固体介质的要求是：蓄热能力大，有较强的激冷作用；热膨胀系数小，热稳定性好；不发生化学反应，不生成气体；不熔化、不粘连管壁、易清理。通常使用多种材料混合而成。但是，这种方法只适用于形状简单的冷却水管，如“U”形管。对于形状复杂的“W”形管、“S”形管，灌入、导出固体冷却介质都十分麻烦，增加了清整的难度。另外，固体冷却介质成本较高，应该及时回收利用。在生产过程中，可以根据不同情况，将两种思路结合运用，达到防止冷却水管熔穿的目的。

3 熔炼与浇注

熔炼与浇注是铸钢冷却壁铸造过程中的决定性环节，其中主要有以下几方面的因素需要重视。

3.1 成分控制

本厂生产的铸钢冷却壁的材质大部分属于ZG230-450，冷却水管的材质为20 G。冷却壁的材质与冷却水管的材质相近，并且可以满足一般高炉内的工况要求，在熔炼时须保证钢液成分符合牌号要求。

3.2 浇注温度

要使冷却水管在浇注过程中“熔而不穿”，关键是控制浇注温度。要做好浇注时温度的控制，从出钢时就要开始着手。出钢时测定温度，如果温度过高，可以通过延长出钢时间、出钢后钢包静置一段时间等方法来降低钢液温度，确保浇注时温度合适。本厂在浇注时使用红外线测温仪Raytek Marathon MR来监控钢液温度，确保浇注温度在工艺规定的范围内。

本厂生产的某型号单层“4进4出”U型冷却水管的冷却壁，材质为ZG230-450，本体壁厚135 mm，冷却壁本体连同浇注系统和冒口共重1.8 t左右。工艺规定浇注温度在1 580~1 0 ℃，浇注时一个钢包连续浇注6块冷却壁，钢包至少装载11 t钢液。开始浇注第一块冷却壁的同时测温，及时反馈钢液温度并做出调整直到浇注结束，保证整个浇注过程中钢液的温度在规定范围内。

从生产结果看来，在温度范围内浇注出来的冷却壁内部冷却水管“熔而不穿”，如图4。外表面光洁无热粘砂。

3.3 浇注速度控制

在浇注开始时，要避免钢液流速过快，从内浇道喷射出冲刷冷却水管、以致熔穿水管的情况。在整个浇注过程中要遵守“先慢后快”的原则：浇注开始时，要求钢液平稳充型；等砂型型腔内的钢液液面达到一定高度时可以逐渐加大浇注速度，迅速充型，直到浇注结束。如果浇注速度过慢会导致上型坍塌等铸造缺陷。

4 清整

由于在铸件难以清理的部位使用了铬铁矿砂，清砂时易剥离，所以清整工序

相对简单。冷却壁本体上要合理设置工艺吊把，方便冷却壁的吊运以及倒出冷却水管内的固体冷却介质，避免冷却水管在吊运时被刮伤、撞弯。

铸件在粗清整后，进行退火热处理。在退火时，要做好冷却水管的防氧化措施。亦有文献指出，可以通过利用高炉烘炉来消除冷却壁铸造内应力，如果可以通过该工艺消除铸造应力，那么可以无须设计繁杂的热处理工序，大大节约冷却壁制作成本并提高质量延长其使用寿命，进而使高炉的寿命进一步提高。

5 结束语

通过合理的模样设计以及在难清整的部位放置铬铁矿砂，可以使铸钢冷却壁尺寸准确、外表光滑；在冷却水管内部通入冷却介质、在冷却水管外设置冷铁或刷隔热涂层可以有效的保护水管不熔穿、不变形。并且能够顺利的通过水压、通球试验；严格控制浇注温度和浇注速度可以保证冷却壁内冷却水管不被熔穿，达到“熔而不化”的临界状态，使冷却水管和冷却壁本体熔合紧密，保证铸钢冷却壁导热性能好的优势。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看