35 t空心钢锭的制造

2012-09-27任振海邓向阳刘绍康邹文喜

大型铸锻件 2012年3期

关键词：钢锭冒口脱模

任振海邓向阳刘绍康邹文喜李健

(江阴兴澄特种钢铁有限公司，江苏214432)

空心钢锭可以用于生产筒体、大型风电法兰环、石油等化工产品的输出管道以及电站用产品。与普通实心钢锭相比，采用空心钢锭有以下优点：

(1)采用空心钢锭生产一些产品可省去冲孔等锻造工序，不仅节省了台时，也降低了对锻造压机的能力要求，同时提高了材料的利用率。

(2)由于钢锭是空心的，这样材料在锻造前的加热速度就相对较快，不仅节省了加热时间，提高了生产效率，也节约了能源。

(3)生产空心钢锭时，钢液的凝固是通过钢锭的内外壁同时冷却实现的，因此增大了钢锭激冷层区面积，极大程度减少了钢锭的成分偏析、缩孔等低倍缺陷。

虽然空心钢锭具有很高的推广价值，但是我国空心钢锭的生产特别是大规模生产的技术还很不成熟，随着我国工业经济的飞速发展，海洋风电、石油天然气等化工产品的管道输送、核能发电等项目的大量建设，对此类产品的需求量越来越大，规格要求也越来越大，所以研发空心钢锭具有极为重要的现实意义。

1 实验工装设计

生产空心钢锭的主要工装设备有：钢锭外模、芯筒和底盘。针对这三类工装我们制定了以下详细的试验设计方案。

1.1 外模的选用

根据锻造产品尺寸的各项要求，此次生产的35 t空心钢锭，需选用我公司现有的用于生产50 t实心钢锭的钢锭模，此模为16边的梅花形钢锭模，其主要尺寸参数如表 1所示。

表1 外模主要参数表Table 1 Main parameters of ingot external mold

1.2 芯筒的设计

与实心钢锭相比，空心钢锭的核心技术即生产难点就在于钢锭芯筒的制造，包括芯筒结构形式的设计，芯筒材质的选择，芯筒内冷却介质的选择及参数的制定等。芯筒一般应满足以下几个条件：

(1)芯筒要便于生产、安装；

(2)避免芯筒被钢锭抱住，要易于脱模、脱芯；

(3)芯筒及冷却介质的冷却能力应当适宜，冷却能力既要达到防止钢锭发生二次缩孔、成分偏析等内在缺陷的强度，又要防止因为冷却强度过大，导致钢锭内壁出现表面裂纹。

(4)芯筒要有足够的耐热度及一定的强度，防止铸造过程芯筒出现热损或开裂。

为解决上述问题，国外曾研究设计了多种形式的空心钢锭芯筒制造方案，结合国内外的参考文献，我们设计了用于35 t空心钢锭试验的专用芯筒。35 t空心钢锭的内腔直径为860 mm，因钢锭凝固以及冷却后会有一定的收缩，因此芯筒设计直径需加大30 mm，设计尺寸为890 mm。考虑到钢锭收缩时芯筒易导致钢锭内部产生应力裂纹，所以将芯筒设计成活动芯筒，浇注结束后抽出。并且芯筒材质采用灰口铸铁，外壁涂上一定厚度的锆英粉耐火涂料，内腔用钢板隔离，里面通压缩空气进行强冷，芯筒的上口外壁再套上专用绝热板，在钢锭坯壳达到一定厚度时，将中心芯筒吊出。具体结构如图 1所示。

空心钢锭的内壁也就是心部的冷却凝固非常关键，而心部的冷却能力与芯筒的结构及冷却介质的特性有关。我们通过模拟计算显示出不同的冷却阶段采用不同的压缩空气压力与流量能满足这一特殊要求。

1.3 底盘的设计

为了保证注流平稳均匀上升，专门为浇注空心钢锭的底盘设计了对称的双上升孔。

图1 芯筒设计及浇注工装安装结构图Figure 1 The drawing of core tube design and casting tools installation structure

2 浇注工艺参数

为防止钢水温度过高使得芯筒受损，导致难以脱芯，此次在浇注空心钢锭时将过热度在实心钢锭的基础上降低了10℃，而且由于空心钢锭的冒口容积相对较小，则要求提高冒口钢水对锭身的补缩能力，因此我们开发了专门的冒口用绝热插板，安装于钢锭模及芯筒的上端，并在浇注过程中不断往钢液面添加保护渣，浇注结束后在冒口处加入发热剂，加强冒口的补缩作用。其各项浇注工艺参数如表 2所示。