小型钢锭模一型多件联铸铸造工艺开发

王世锋，杨晋娜，雷翠平，许晓明

（1.黄石新兴管业有限公司，湖北 黄石 435005；2.芜湖新兴铸管有限责任公司，安徽 芜湖 241000）

黄石新兴管业有限公司是离心球墨铸铁管的专业化生产厂家，公司拥有616m³高炉一座，年产铁水总量为85万吨，离心球墨铸铁管年产能为60万吨，铁水总量富余25万吨。如何消化富余铁水，保证高炉稳定、顺行，追求效益最大化，是公司生产组织面临的重要课题。钢锭模是炼钢厂模铸生产所必备的、周转使用较快的大宗铸锭设备，在冶金工业中钢锭模的需求量很大，它的产量甚至能占整个铸铁件产量的十分之一[1]。经公司领导研究决定，利用高炉富余铁水，开发生产钢锭模系列产品，是解决当前铁水富余问题的有效途径之一[2]。

3月份公司接到江油长祥φ300电极模生产计划，单重1152kg，数量20件且客户急需，φ300电极模结构示意图见图1。传统铸造钢锭模采用（木质芯盒+木质外模）造型、制芯装配工艺，仅模具制作需12天完成，费用约1.8万元，折合成本增加781元/吨。且单件生产造型、制芯、起模效率低，按每天生产1件，则需要20天完成浇注，即满足不了客户要求又无法完成成本指标。

图1 φ300电极模结构示意图

针对以上难题实业部领导组织工艺人员经过反复讨论，集思广益、大胆创新，提出采用消失模实体模型+树脂砂造型工艺，一型多件联铸进行生产试制。采用消失模模型且一型多件联铸工艺存在几点风险需要考虑：1、白模变形问题，白模变形，铸件也将变形，如果变形出现在内腔，则会导致钢锭脱模困难，这种缺陷是致命的。2、起模问题，手工切割、拼装的白模模型表面光洁度达不到模型要求，起模过程中白模易拔断。3、浇注系统设置，如何设置合理的浇注系统使铁液同时、平稳的注入每个型腔至关重要。综上原因，公司决定将φ300电极模采用一型4件和一型6件联铸工艺进行生产试制，经过近一个星期的工艺试制，该种型号的小型钢锭模一型4件和一型6件联铸首试成功，浇注出的产品外观及内在质量完全符合客户要求，目前小型钢锭模系列产品已经实现联铸工艺进行批量生产。现将工艺控制要点简述如下。

1 消失模模型制作

为解决造型过程中白模变形问题，制作钢锭模的泡沫珠粒密度控制在24-26g/l。因钢锭模铸件对内腔的光洁度要求非常高，内腔采用整体热丝切割工艺 。考虑到起模问题，将钢锭模吊耳处设置成白模活块，并在白模模型内、外壁均匀涂刷一层黑色醇基石墨涂料。

2 浇注系统设计

浇注系统采用双层底注阶梯式，消失模实型铸造工艺设计使用全陶瓷浇注系统，解决铸件夹渣、夹砂等缺陷[3]。阶梯式浇注金属液进入型腔是分层自下而上进行的，内浇道设置在横浇道底部，且内浇道和横浇道的底面在同一平面上；内浇道位于铸件底部，金属液充型平稳，对型、芯冲击力小，金属氧化小，有利于型腔内气体排出；中注层能够缓解因底注造成的铸件下部温度高，不利于补缩等对铸件的影响。浇注系统的形状及尺寸见布置图（图2，图3）。

图2 一型4件联铸工艺布置图

图3 一型6件联铸工艺布置图

3 补缩、排气冒口设计

钢锭模壁厚较厚，热节较大，工艺设计首先要解决厚壁问题和消除内壁的热节[4]。要充分考虑到冒口的补缩作用，以防止产生缩松、缩孔等铸造缺陷。在每件钢锭模顶部设置1个大冒口φ80*400mm高用于补缩，2个φ60*400mm高小冒口用于排气排渣。

4 造型、制芯工艺

图4 造型制芯

为保证砂型刚性强度，树脂加入量控制在1.1%-1.2%，为防止在起模过程中砂芯断裂，造型前在底箱上焊接￠100*1700mm高砂芯芯骨，芯骨周身有φ20小孔间隔150-200mm均布，且与通气道连通，芯骨顶部用钢板封死，钢板轮廓尺寸要大于芯骨外径尺寸20mm，芯骨必须与底箱焊牢，芯骨定位布置参照布局图（一型4件联铸工艺布置图见图1，一型6件联铸工艺布置图见图2）。造型过程中要求先造一层外模再造一层砂芯，再一层外模一层砂芯...直至造型制芯同时完成，要求砂型捣实边角到位，铸字清晰，通气道畅通。现场造型制芯图片见图4。

5 涂料涂刷

为了防止粘砂、夹砂、砂眼等铸造缺陷，获得良好的铸件表面质量，选用耐火度较高的锆英粉醇基涂料，涂刷2次[5]，最后再涂刷一层黑色醇基石墨涂料。涂刷前将砂芯打磨修补平整，砂芯表面凹凸不能大于1.5mm。砂芯表面不允许有涂料坑、起皮现象；底箱上的多余涂料及时清理干净，不允许有涂料堆积。涂料总厚度控制在2mm左右。涂刷时应注意前一遍涂料点火燃烧待冷却后才能刷下一遍涂料。

6 合箱压铁

采用一型多件联铸工艺对压箱铁和合箱卡的要求较为严格，压箱铁的重心与铸件重心重合，均匀放置，不允许放偏，且保证压箱铁重量由砂箱四周或筋板处承受，不允许压箱铁直接压在砂型上，放置压箱铁重量设计为浇注重量的（0.45～0.5）倍。压好箱后再打合箱卡，合箱卡的位置应对角对称，中间两箱卡间距500-700mm。

7 熔炼浇注

采用高炉+中频炉双联短流程熔炼工艺，因高炉铁水成分C含量偏高，Si、Mn含量偏低，故高炉铁水作为主要原料在中频炉中需要进行降C，增Si，增Mn。炉料成分采用：高炉铁水+废钢+75SiFe+65MnFe+回炉料。客户提供钢锭模成分标准见表1。

表1 钢锭模成分标准

具体加入比例根据高炉铁水光谱样成分进行合理调配。回炉料按照同牌号分类放置使用，成分影响忽略不计。75SiFe吸收率按80%，65MnFe吸收率按85%进行配制。

出铁温度控制在1380-1400℃，浇注温度控制在1320-1330℃，浇注速度按照快浇-慢浇-快浇的原则进行，浇注完成后要对铸件进行充分补浇。

8 结论

φ300电极模一型多件联铸新工艺一次性试制成功。从白模制作到成品入库仅用时12天，生产效率提高6倍，消失模实体模型制作费用约2900元，折合成本126元/吨，仅模具费用成本降低655元/吨。浇注出的产品外观质量好，没有缩松、缩孔缺陷，圆满完成该计划，得到客户好评。联铸工艺的试制成功为今后生产2t以下铸件一型多件，实现产量、效率翻翻奠定了基础，填补了我厂多件联铸工艺的空白。