12m3渣包工艺设计及生产方案优化

刘文华 宋令芹

（烟台恒邦泵业有限公司，烟台 264100）

12m3渣包工艺设计及生产方案优化

刘文华 宋令芹

（烟台恒邦泵业有限公司，烟台 264100）

针对12m?渣包的尺寸、形状、重量及使用要求，利用凝固模拟软件进行工艺设计，结合现有生产条件，设计芯铁、砂箱减少树脂砂用量，改造浇包、两炉合浇、分体造型，减少投资改造，引风排气减少放炮，成功完成铸件的生产。

渣包凝固 模拟芯铁 熔炼浇注 渣包是有色冶炼企业用于盛放、转运熔炼渣、铜琉的必用容器，盛装物最高温度1300℃，渣包必须满足装满熔渣后运至缓冷场900℃左右缓冷的技术条件，即渣包必须有较高的耐热疲劳性能，满足忽冷忽热的工作条件;内表面要平整、光滑，外壁无夹渣、夹砂、裂纹、冷隔、气孔等铸造缺陷；无缩松、缩孔，渣包试压，无渗漏、冒汗；12m3渣包单重27吨左右。

1 设计12m3渣包铸造工艺设计

图1 12m3渣包的三维图片

1.1 工艺设计

分析：渣包口朝上，利于铸件补缩[1]，但因为渣包尺寸大，砂芯φ3240×2850难固定，铸件又不能使用铸物卡，并且浮力很大，需要压重很大；渣包口朝下，渣包底部的致密性需要保证，也不利于排气，但操作简单，安全性高。

确定工艺方案：渣包口朝下。

（1）铸件缩尺径向采用2.15%、轴向采用2%。根据12m3渣包的尺寸、形状、重量、底坑高度确定分型面，分箱造型，设计浇冒系统形状、尺寸、分布，通过magma软件凝固模拟分析，修正、再模拟，确定各参数。

浇注系统：直浇道采用φ120瓷管，横浇道、内浇道采用φ100瓷管，分三层注入[2]，通过反复模拟，确定在直、横浇道上均增加弯头，以减缓飞溅，保证按顺序注入。

冒口采用：中间放置φ900mm，高1200mm主冒口，缠绕60mm厚保温发热板，6地脚上各加2只φ200mm，高200mm的保温发热冒口。

（2）包耳为35钢锻打件，预先加工好，采用镶铸工艺。包耳车制矩形环，铸造时包熔良好。

图2 横浇道不加弯头（初步）

图3 内浇口为φ70（变更）

图4 横浇道加弯头，内浇口为φ100（确认）

图5

（3）内部大芯用钢板卷筒，做成随型中空芯铁，留出气孔，向内排气，砂层厚度在200mm左右；既保证砂芯强度，便于排气，又节约树脂砂。芯铁缠绕草包，既挡砂，防止树脂砂进入芯铁，又便于浇注烧结后，留出空隙，便于大芯铁取出。

图6

（4）反变形量：内腔径向单边+20mm，用于抵消草包燃烧后变量。

1.2 造型、制芯

采用碱酚醛树脂砂造型[5]。

1.3 熔炼、浇注

（1）采用电弧炉熔炼+LF炉精炼的熔炼工艺；

（2）光谱分析仪跟踪检测钢水化学成分；

（3）采用底注式滑板浇包，用前开启煤气发生炉对浇包烘烤，从主浇口浇注，至钢液充满铸型后，快速移动浇包，从中间主冒口进行慢速补浇，直至，钢液面不再下移，填满冒口，浇注完成。剩余钢水注入事先准备好的渣盆中；

浇注温度控制在1545～1555℃，浇注时间3分钟左右，补浇时间7分钟左右。

1.4 铸件后处理

（1）铸件随箱冷却72小时后，拆箱取件，气割浇冒口，抛丸、打磨光滑，检查铸件尺寸，填写“铸件尺寸检验报告”，用超声波探测仪检查包耳及其根部、包底，填写“铸件超声波检验报告”；

（2）铸件进行水压试验，将渣包注满水，放置4小时以上，检查是否渗漏、冒汗；

（3）铸件进煤气发生炉进行高温退火处理[4]，缓慢升温至650℃，保温1.5小时，再升温至900℃，保温4.5小时，随炉冷却至400℃以下出炉空冷。

2 12m3渣包生产方案优化

生产12m3渣包需要解决的问题：

（1）大件车间现有熔炼能力不能满足：电弧炉最多提供28吨钢水，底注浇包最多盛装28吨钢水，而浇注12m3渣包至少需要钢水33吨；

（2）底坑深度2米，不能满足12m3渣包造型高度；（3）砂箱不合适，吃砂量大，浪费严重：

（4）浇注时产生放炮声响，影响铸件成品率。

2.1 熔炼方案

大件车间电弧炉可以熔化28吨钢水，钢锭车间有5吨中频炉可以熔化6吨钢水，但距离较远。吊运衔接可以电动平车过渡，电弧炉熔化的28吨钢水先进LF炉升温、精炼，中频炉熔化的6吨钢水过来后再倒入已盛28吨钢水的浇包，进LF炉再升温、精炼，满足渣包需钢水34吨的要求。需要控制好两炉开炉时间、出炉温度。对策：

（1）底注浇包加高300mm，内壁耐火材料单边减薄20mm，保证能盛钢水34吨并满足精炼造渣高度要求；LF精炼炉炉盖抬高300mm，保证底注浇包能够进入精炼工位；

（2）调运配合演练，计量挂包、转运、合钢水的时间，精确两炉的开炉时间，确定两炉的温度控制指标；

（3）两跨车间的两炉按时差顺序开炉，电弧炉熔化28吨钢水，5吨中频炉熔化6吨钢水。

2.2 改变造型高度方案

共七节砂箱加底部400槽钢，总高近5000mm，现有底坑到机头只有3750mm。加深底坑、太高机头，均需较大投资，皮带送砂或砂斗吊砂，均需时间，树脂砂可能已先期固化，影响整体铸型强度，并且操作麻烦。

对策：设计制作木型时模型分上下两体，造型至2/3时，即第四节砂箱造型充分固化，将第四节砂箱连上节木型吊至型板上再造剩余部分，上节模型与砂箱要固定，防止模型脱落或移位。即采用分离造型方法解决了机头与底坑高度不够的问题。

2.3 设计砂箱，减少吃砂量

渣包形状是下部类似圆台体上部球体，下大上小，差别较大，原有的2副砂箱为上下一样大的7节方砂箱，用此套砂箱作第一件12m3渣包时，用树脂砂67吨，设计制作1副塔式砂箱，单件用砂46吨。同时，对原有2副砂箱进行改造，考虑到以后其它铸件使用，在其内部，用铁板围框，减少吃砂量。

图7 塔式砂箱

图8 内围框砂箱

2.4 引风排气，减少放炮

大铸件在浇注过程中产生大量气体，压力瞬间升高，遇高温明火，会产生较大放炮声，震动砂箱，型砂易脱落、砂芯移位等，造成铸件缺陷或报废；卡箱螺栓松动，造成炮火等安全事故。

对策：底箱用400槽钢垫空，浇注时，用引风机通过底砂箱从中空大芯铁帮助排气，减少放炮现象的发生。

图9 引风排气

渣包精清后称重26.76吨，尺寸、超声波、水压等检验均合格，20件如期交货，截止目前，客户已使用一年多，没有任何质量问题。

12m3渣包铸造成功，成为我公司渣包生产单重最大铸件；后续，又为其它客户生产25件，已交付使用；目前，已列为我公司定型产品，产生了较好的经济效益。

3 结束语

（1）从生产的铸件看，计算确定的铸件缩尺、反变形量及利用计算机软件凝固模拟确定的浇冒系统参数较为合理；