下注转子钢锭模的设计与研究

2020-09-17王意平陈培红

山西冶金 2020年4期

李越，王意平，陈培红

（太原重工股份有限公司，山西太原030024）

受市场形势的影响，近年来钢锭市场竞争压力较大，为适应市场需求同时也是为了企业的生存，降本增效成为很多企业的选择。转子类钢锭探伤要求相对较严，超声波探伤普遍达到Φ1 mm以下。太原重工股份有限公司（以下简称太重）过去的钢锭模设计理念，主要是基于当时的炼钢水平及产品质量要求所设计的，以前的钢锭模设计受限于炼钢水平的影响，钢水洁净度较差，钢锭冒口占比普遍偏高达到14%～15%，钢锭模锥度、高径比等参数的选择也不太符合当下的主流产品。

基于近几年炼钢水平的不断提高，高洁净钢的生产工艺不断成熟，对下注转子钢锭模重新进行了优化设计，将冒口占比降低至11%～13%，钢锭利用率提高至75%以上，并重新针对性的调整了钢锭模锥度、高径比、轮角数等参数的选择。

1 钢锭模设计

1.1 设计原则

钢锭的品质除了与钢水洁净度有关外，还与钢锭模的设计有关，锥度和高径比是钢锭模设计的两个重要参数，决定了钢锭模的设计方向。钢锭模设计一般分为“细长型”和“矮粗型”两种，“细长型”钢锭模设计即锥度小高径比大，所浇注的钢锭中心缩孔问题相对比较突出，因此一般用于浇注轴类锻件、筒类锻件等对钢锭中心质量要求不高的产品；“矮粗型”钢锭模设计即锥度大高径比小，所浇注钢锭中心缩孔相对较少，因此一般用于浇注转子类锻件、饼类锻件等对钢锭中心质量要求较高的产品。本文主要就21～23 t钢锭模的设计进行了探讨。

1.2 确定钢锭形状

从锻造角度看，免去倒棱，要求钢锭为圆形最好，但圆形钢锭的周长最小，钢锭表面积也最小，传热最慢，组织生产较困难；而多边形钢锭的传热较快，不易产生热裂纹[1]。综合考虑，采用了12棱设计。

1.3 锥度的设计

锥度大对防止缩孔缺陷有利，保证钢锭中心部分致密，同时也有利于夹杂物上浮。但锥度太大，会使柱状晶过于粗大而影响锻造性能。综合考虑锥度选择在9%～12%。

1.4 高径比的设计

尽可能增大高径比，这样才能有效提高锭身的利用率。由于下注钢锭凝固过程特有的特点，控速浇注、边浇边凝，并且随着控制钢水精炼纯净度的水平不断提高，因此近几年下注钢锭沉积堆的影响已经基本可以忽略，增大高径比不会对钢锭的质量带来影响[2]，高径比选择在1.40～1.80之间。

1.5 钢锭体积计算

为了方便计算，钢锭锭身体积可以采用经验公式来计算，进而推算出锭身的主要尺寸参数，然后利用SolidWorks软件来进行验算，既能够简化计算量又能够提高体积计算的准确性，钢锭锭身示意图如下页图1所示。

锭身体积经验公式如下：

式中：λ为体积修正系数，根据计算，钢锭模形状为8棱时，λ选择0.88；钢锭模形状为12棱时，λ选择0.83；钢锭模形状为16棱时，λ选择0.82。H为锭高；D为锭的直径。

图1 钢锭锭身示意图

锭身体积计算根据冒口占比、锭身占比计算，以21～23 t钢锭模为例，浇注的最小钢锭为21 t，冒口占比为12%，锭身占比为87%。

冒口钢水的作用是用于补缩，钢水在液态下会有一部分钢水补缩到锭身中去，补缩体积经验公式如下：

冒口横截面积：

钢锭模棱角数N=12，绝热板厚度σ绝热板=60 mm，从而结合钢锭冒口质量可以计算出冒口高度。21～23 t钢锭模浇注钢锭最大为23 t，最小锭型为21 t时锭身质量为18.2 t，下注钢锭模通过调节上口的绝热板插板高度来改变锭身质量，则可以推算出浇注23 t钢锭时绝热板浮动段锭身质量为1.8 t，进而推算出绝热板拉高。