大型炼钢用渣盆经济快捷性制造技术研究

2018-12-05战庆文申凤英朱永新

中国铸造装备与技术 2018年6期

战庆文，申凤英，李伟，朱永新

（1.山东钢铁莱钢集团设备检修中心，山东莱芜 271104；2.山东省东平县银山镇人民政府，山东泰安 271513）

1 研制背景

在5～20m3炼钢用渣盆的制造过程中，传统的生产方式一般为渣盆敞口端朝上、底部在下的铸造工艺和砂箱+模型的制造方法，该方法砂耗高、占地面积大、生产效率低，而且产品使用寿命不高。伴随着钢铁行业每况愈下的经营形势，各大钢厂对渣盆等消耗件采购成本的控制到了苛刻的程度，并颠覆性的提出了利用其富余钢水、在炼钢有限的现场直接浇注制造渣盆的需求。为了最大限度的适应客户的需求，我们对非铸造现场生产铸件的“环境特点”进行了认真分析研究，进行了简易水玻璃砂型经济性生产炼钢渣盆的研制。

渣盆铸件上的“运行”耳轴和“倾翻”吊环主要有锻制和铸态两种结构，现以10m3炼钢渣盆的生产为主（详见图1），介绍该研制过程的主要内容。

2 渣盆铸件的工艺设计

在常规铸造生产工艺形式下，从模型制作、生产工装制作、安全生产、品种搭配等方面综合考虑，炼钢渣盆的浇注位置多为渣盆开口端朝上的铸造方式，采取多次翻箱、修型、合箱传统的生产工艺（详见图2）；但在炼钢有限的现场“寻机生产”，必须充分压缩生产场地，减少或杜绝砂箱的过程翻转，控制砂耗等，以尽可能的减少炼钢现场行车设备的“借用”，因此，颠覆性的更新了渣盆的铸造工艺，即选择渣盆开口端朝下的浇注位置，并创新性的进行了渣盆的模型与生产工装的结构设计，详见图3和图4。

3 渣盆铸件的模型制作

3.1 模型基本结构设计

渣盆铸造生产时的模型多为钢制整体结构，一般情况下既可作为外模型，又可同时兼作芯盒使用。在有所借鉴的情况下，为了形成制作内部型腔砂型时的填砂通道，本次研制的模型创造性的在其底部预留了制作“内部砂型”的“沉盖与开口”部分，这是研制模型设计的核心技术。

开口位置的设计原则，一是保证模型底部圆弧过渡结构处的完整性；二是确保通过该开口能顺利填砂和进行型砂的紧实操作；三是在此基础上“开口”要尽量大，详见图5和图6。

图1 10m3渣盆结构简图

图2 10m3渣盆传统铸造工艺简图

图3 10m3渣盆（锻制轴、环）新型铸造工艺简图

图4 10m3渣盆（铸态轴、环）新型铸造工艺简图

图5 10m3渣盆钢制模型结构设计简图

3.2 渣盆模型“开口”尺寸的确认

渣盆模型的“开口”尺寸，依据图6、图7进行“反复推理确定”。

首先，按“第4.1”款确认仿形“钢制砂胎”的尺寸；然后，按照图“7”的关系要求，在满足“1线”和“2线”符合的情况下，依据第“2”线定出模型“开口”的初步位置尺寸（A1、A2），在确保钢制模型圆弧R完整的前提下，应使A1、A2的尺寸尽量大，最后确定出模型“开口”的最大尺寸 A1、A2、B1、B2；第三，按以上设计，若不能确保钢制模型圆弧R的完整性时，应在钢制模型的顶部进行“分模”（如图“分模线”所示），并相应减小 A1、A2、B1、B2的尺寸，最后以手工方式完成圆弧R处的型砂紧实。

3.3 渣盆模型“沉盖”的设计要领

渣盆模型底部设计沉盖的目的，主要是内部型腔砂型制作完毕后，形成完整的渣盆外部模型。沉盖的设计要领，一是与底部开口的周边间隙要小，二是其上吊装钩尽量选在渣盆的冒口位置，详见图5。

3.4 渣盆模型的制作

渣盆钢制整体模型（具体参数选择）的制作，自图5中很容易看出，无需简述。

4 渣盆铸件的生产工装制作

4.1 下砂箱的设计与制作

下砂箱的设计，除了常规结构之外，特设了减少内部砂型砂量的仿形“钢制砂胎”，这是砂箱设计的关键技术，详见图7、图8。

仿形“钢制砂胎”等关键尺寸的确认步骤如下：

图6 10m3渣盆钢制模型开口结构结构设计简图

图7 10m3渣盆仿形“钢制砂胎”和模型“开口”的位置与尺寸关系图

图8 10m3渣盆下砂箱基本结构简图

首先，依据图7选定渣盆铸件各关键部位壁厚处对应的“吃砂量”，按常规（查表）确定a、b、h三处对应的最小吃砂量分别为（a1）、（a2）、（b1）、（b2）、（h1）；其次，再考虑起出渣盆毛坯的过程中 -既减少钢制仿形砂胎变形、又容易出坯的刚性“缓冲砂量厚度”（经验值约 80～160mm），亦即 a1＝（a1）＋（80～160mm）、a2＝（a2）＋（80～160mm）、b1＝（b1）＋（80～160mm）、b2＝（b2）＋（80～160mm）、h＝（h1）＋（80～160mm）,这样，即可初步确定出“钢制砂胎”结构中的基本尺寸（C1、C2、H），进而确定出钢制“仿形砂胎”的其它尺寸。

下砂箱为常规钢结构制作，具体参数和制作过程略。

4.2 上部砂箱的设计与制作

上部砂箱的设计，除了常规结构之外，进行了如下创新。其一：砂箱内部依据渣盆的外壁随形设计，其二：根据渣盆的高度和型砂紧实的难易程度等，上部砂箱分上、下两层设计（也即为中砂箱和上砂箱），分段填砂后外砂型整体成型，做到开箱起模时上砂型（或上铸型）不必翻转，这也是砂箱设计的关键技术，详见图9。

上部砂箱为常规钢结构制作，具体参数和制作过程略。

图9 10m3渣盆外部砂型成型示意图

4.3 其他辅助生产工装的制作

为了使模型、砂箱、各类辅助工装在非铸造生产时间方便的聚集于一偶，水玻璃采用专用容器直接配送，原砂采用含泥量较低的袋装砂，现场借用了原水玻璃砂混砂机（系统），设计制作了型砂简易皮带输送机等。

5 渣盆铸件的快捷制造

渣盆的生产为传统的（上、下）砂箱造型，其铸型装配采用定位销定位和螺栓紧固等，详见图9、图10、图11。渣盆铸件的快捷制造，简述如下。

首先，舂制下砂型。

其次，舂制内砂型（亦即砂芯）。将钢制模型放置于下砂型上，调整合适后自模型开口处填砂，顶部型砂最后使用平板刮平压实，砂芯制作完成；然后，将沉盖放入模型开口处，形成完整的外部模型。

第三，舂制外砂型。将预先制作的靠近模型的下砂型表面(150～200mm)划松,然后放入中砂箱，加砂紧实，并适时放入浇注系统的浇道砖，完成外砂型之中砂型的舂制；将中砂型上表面划松，然后放入上砂箱，加砂紧实，并接续放入浇注系统的浇道砖和冒口等，完成外砂型之上部砂型的舂制；将中、上砂箱扒紧，使之联接成一个整体，实现外砂型整体成型。