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1、书书书第 7 卷第 2 期2 0 1 1 年 4 月沈阳工程学院学报(自然科学版)Journal of Shenyang Institute of Engineering(Natural Science)Vol.7 No.2Apr 2011收稿日期:2010 12 25作者简介:包宏(1962 )，男，辽宁新民人，高级工程师，工程硕士槽帮钢消失模铸造及二次精炼工艺包宏，钟志民(铁法煤业(集团)有限责任公司，辽宁 调兵山 112700)摘要:刮板运输机中部槽槽帮钢(以下简称槽帮钢)是刮板机制造中的重要部件 而槽帮钢铸造工艺是槽帮钢制造的关键环节，通过采用消失模铸造及钢包底吹氩气搅拌二次精炼工艺，
2、使槽帮钢铸造质量取得了突破性进展，槽帮钢质量得到了保证，为刮板运输机中部槽制造打下良好基础 详细介绍了消失模铸造及钢包底吹氩气搅拌二次精炼工艺关键词:消失模铸造;二次精炼;氩气搅拌;槽帮钢中图分类号:TG249.5文献标识码:A文章编号:1673 1603(2011)02 0181 04中部槽是矿用重型刮板运输机的主要部件，工况恶劣，受力复杂 其主要失效形式是中板磨损;耳子断裂、端头断裂 而中部槽一旦发生断裂，将使整个生产被迫停止 另外，中部槽的维修不仅消耗大量的人力物力，而且难度非常大，因而提高中部槽质量和可靠性非常重要之前普遍采用普通砂型铸造工艺制造刮板运输机中部槽，试验表明，使用该工艺制
3、造的槽帮钢缺陷多，机械性能达不到要求，外观质量差，无法进行批量生产 分析认为，该工艺在浇注过程中，钢水内部及飘浮的杂质难以清除 这些杂质随着钢水被浇入型腔进入铸件，导致铸件内杂质也较多 同时钢水内部的化学成分不均，也影响铸钢件的质量和性能 因而提高槽帮钢质量的关键是如何在浇注前将钢水中的杂质清除，并使其获得均匀的化学成分据此确立采用包底吹氩气搅拌的二次精炼方法及消失模铸造工艺，把以往的槽帮钢正火处理改为调质处理，使槽帮钢制造取得了成功 经检验材质化学成分、机械性能均达到标准，为槽帮钢批量生产打下良好基础1新工艺概述1 1钢包底吹氩气搅拌二次精炼底吹氩气是通过安装在钢包底部的透气砖吹氩气，通过惰
4、性气体氩气将钢水充分搅拌精炼，使杂质上浮到钢液表面的最简单的炉外精炼方法，如图 1 所示图 1钢包底吹氩气精炼法这种精炼方法可以均匀钢水温度，去除夹杂物，可以脱碳、脱气(氮气、一氧化碳、氢气)、脱氧、脱硫，且设备简单，操作方便，不需占用固定操作场地，可在出钢过程或运输途中吹氩气 吹氩气后，气流搅拌钢液，可以改善冶金反应动力学条件，强化反应体系的传质和传热，加速冶金反应，有利于夹杂物聚合长大和上浮排出 在充分考虑了工艺性能、车间场地以及生产成本等多方面因素的情况下，优先采用了这种炉外塞杆包底吹氩气搅拌二次精炼的方法进行钢水的二次净化1 2消失模铸造消失模铸造是把涂有耐火材料的泡沫塑料模样放入砂箱
5、，模样四周用干砂充填紧实，浇注时高温金属液使其热解“消失”，并占据泡沫塑料模所退出的空间而最终获得铸件的铸造工艺方法 消失模铸造具有工艺操作简单、材料消耗成本低、表面光洁、尺寸精度高、环境污染少等优点，此项工艺在我国 20 世纪 90 年代末182沈阳工程学院学报(自然科学版)第 7 卷期获得了大力推广和应用 在近几年，铁法煤业(集团)有限责任公司已经逐步用消失模铸造取代了传统的砂型铸造2槽帮钢铸造工艺过程2 1消失模模样制备2 1 1前期准备1)用可发性聚苯乙烯(EPS)原材料通过发泡工艺制出符合要求的两端端头，同时对整体模样的密度进行检查，模样内部不允许有夹杂物，要求密度在 17 24 g
6、/cm3之间2)对新的模样要进行烘干，要求烘干室的室温在35 50 之间，保温 2 7 天，消除水分及模样内部的结晶水，然后模样刷涂料3)模样要有一定的强度和刚度，以保证在取模样、熟化、组模样、运输、上涂料、填砂、装箱、震实过程中模样不变形和损坏4)模样的生产工艺流程如图 2 所示图 2消失模模样生产流程2 1 2组对成型1)端头发泡 用模具发泡后的两端头进行组型配合，检查每部分尺寸，保证尺寸无误2)粘接 模样的各面要求平直，在粘接时要求接缝严实、无间隙，各圆角要修出3)尺寸控制 对于要求各部件的相对位置准确、控制困难的可制作安装样板4)手工割型 在试制阶段除两端头外其余全部采用手工制作模样
7、采用 1 mm 厚的电木板制作，要求尺寸精度在 0.3 mm 以内5)铸尺选择 下料时要保证其尺寸，其模型长度和宽度方向采用铸尺为 25下料，保证其尺寸精度在0.5 mm 以内6)消失模模型挂涂料 在模型、浇口、冒口、浇道等挂涂料前，应对模型进行再次检查，验看各部尺寸是否符合要求，各圆弧和倒角是否制出，对有缺陷的模型进行修整，必要时可制作样板进行修整，检验合格后进行挂涂料 刷涂料时，要使模型表面涂料均匀，无堆积、无未刷到处 刷完涂料后，要静置3 10 min，模型表面不得有白色区域存在 涂料的配制如表 1表 1水基涂料成分配比wt%名称锆英粉膨润土乳白胶CMC酚醛树脂水含量1003 4335适
8、量7)消失模模型烘干 将刷完涂料的模型放到干燥室进行干燥，干燥过程中，必须保证模型摆放平直(有条件的可以进行吊挂)，防止因放置不符合要求而使模型变形 不得与加热器接触，并且保证干燥室温度在50 60 之间，不得超过 60，并保温 48 96 h 成品消失模如图 3 所示图 3待浇注模样2 2铸造工艺过程2 2 1装箱1)装箱前准备工作 装箱前保证消失模用砂的温度和室温相近，筛选出对铸造有害的杂质 检查槽帮钢模样的完整性=、涂层是否够厚，装箱要轻拿轻放，最终保证涂层的完整性2)浇冒口粘接 对连接的浇、冒口部位的面，浇注系统后连接部位，要保证平、严，并用胶条封好 保证基本吃砂量 150 mm，震实
9、时间不少于 20 min，装砂震实要分 3 次进行，上表面覆砂量不能小于 400 mm3)后续工作 直浇道与浇口杯的连接处要用圆环件围套，配置好的石英砂应填实并吹干 浇口杯要坐正、坐稳，并吹干净浮砂 浇注后，要在15 min 左右停泵2 2 2出钢、浇注1)出钢温度及准备工作 当炉中钢水的化学成分符合出钢要求，温度达到 1 600，即可出钢 出钢时要求每 t 钢水包中脱氧用铝量为 0.6 0.8 kg，钢水倒入前塞杆包底氩气阀门打开，开始吹氩气 底吹氩气很容易消除钢包中的温度梯度和浓度梯度，在控制的气压下，经过 5 min 就可以达到均匀化效果2)吹氩 吹氩后要对钢水进行镇静 3 10 min
10、，再进行浇注，浇注温度为 1 550 1 580 3)真空要求 浇注前应保证箱内是密封的，而且真空泵要开启，随时备用4)浇注速度 浇注速度控制在 4 kg/s 左右，在浇第 2 期包宏，等:槽帮钢消失模铸造及二次精炼工艺183注过程中，要不断调整箱内的真空度，保证其真空度在0.02 0.04 MPa 之间 浇注后期，可适当降低浇注速度5)浇注后处理 浇注结束后，要保持真空状态10 min 以上，以保证铸件凝固2 2 3冷却浇注后的铸件要在砂箱内保持 120 300 min，之后再进行翻箱，以保证其凝固2 2 4清理、检验及后期调质处理1)清理 对于翻箱后的铸件，应观察其表面的质量，对符合要求的
11、进行切冒口、清理2)检验、抛丸 根据铸件的要求，对其尺寸进行检验 按图纸要求进行检验，无图纸要求的按 GB/T6414-1999 铸造公差 CT12 13 进行检验，对于合格的进行抛丸处理，清理后的槽帮钢如图 4 所示图 4清理后的槽帮钢铸件3)调质处理 槽帮钢调质处理要求 880 保温4 h淬火，之后 440 回火 完成槽帮钢成品3结果分析3 1化学成分分析在原工艺生产的槽帮钢上截取分析试样进行化学成分分析，结果如表 2表 2各试样化学成分wt%CSiMnPS标准025 035060 080110 14000200020成品样03107512600130017取样 1036077130001
12、30016取样 203007312500120017取样 302406812000140018从表 2 可以看出，浇注前的成品样完全符合化学成分要求，但在成品槽帮钢中截取的 3 个试样，C、Si、Mn 都发生显著偏析，成分偏差很大，偏析严重，不能满足铸造工艺要求同时在新工艺生产的槽帮钢上截取分析试样进行化学成分分析，材质化验数据如表 3 经分析发现 Si、Mn、S、P 的含量，与冶炼过程中的成分化验出入不大，但是有表面增碳现象，增碳原因是可发性聚苯乙烯遇钢水燃烧分解出的游离碳侵入钢水 经过多次化验，发现增碳有一定的规律，可以实现过程控制 成品表面增碳严重，随着取样的加深增碳逐步减少，中心部位几
13、乎不增碳，离内浇道越远，增碳越严重，但是各部位的化学成分都在槽帮钢材质 ZG30MnSi 要求的化学成分范围内表 3各试样化学成分wt%CSiMnPS标准025 035060 080110 14000200020成品样03007311400110018取样103207211300100016取样203107311300090015取样3030073114001000153 2金相分析在原工艺生产槽帮钢上截取金相试样，用 4%硝酸酒精溶液侵蚀，得到如图 5 的金相 可以看到，正火状态的槽帮钢显微组织主要以铁素体及珠光体为主由于支晶偏析未被消除，铁素体及珠光体的分布呈明显的树枝状，晶粒比较粗大，而
14、且存在轻微的魏氏组织，致使槽帮钢的综合力学性能下降，尤其是塑性和韧性显著降低图 5原工艺生产的槽帮钢放大 400 倍的金相同时，在新工艺生产的槽帮钢成品上截取金相试样，用 4%硝酸酒精溶液侵蚀，得到如图 6 的金相 之后在金相显微镜上观察，发现魏氏组织及枝晶已经消除，调质后组织得到均匀的回火屈氏体组织，由 相和与其无共格联系的细粒状渗碳体组成 相成分已达平衡，形态仍保持原马氏体的片状，达到标准的ZG30MnSi 调质工艺组织形态，组织合格3 3力学性能分析在原工艺与新工艺生产的成品槽帮钢上，分别用锯床截取 3 个拉伸试样与 3 个冲击试样，加工成标准试样，进行拉伸力学性能与冲击测试，得到如表
15、4 的数据 从结果可以看出，原工艺槽帮钢由于工艺方法不184沈阳工程学院学报(自然科学版)第 7 卷当，各项力学性能全部低于标准值，不能满足生产需求 新工艺浇注的槽帮钢各项力学性能均比原工艺浇注的槽帮钢有很大的提高，且全部达到了工艺要求，塑性、韧性与强度良好，可以确定，新工艺生产出的槽帮钢能够满足井下的高强度工作环境图 6新工艺生产的槽帮钢放大 400 倍的金相4结语通过整个生产过程的工艺调整，采用塞杆包底吹氩气搅拌的二次精炼方法及消失模铸造工艺，代替以往的普通冶炼、翻包浇注、砂型铸造工艺;把以往的槽帮钢正火处理改为调质处理，使槽帮钢的整体机械性能得到了显著提高 通过材质分析，各部位化学成分虽
16、略有不同，但符合铸造显微材质偏析的实际情况，且消失模增碳量不是很大 实际数据表明，通过调整冶炼过程中的碳含量，材质完全可以控制在符合槽帮钢材质要求的范围之内 从槽帮钢上截取的金相试样、拉伸试样与冲击试样看，经检测其金相组织和各力学性能指标均达到工艺要求 综上，采取新工艺试制的槽帮钢已达到各方面性能要求，可以进行小批量试生产表 4槽帮钢的力学性能标准钢号热处理方式温度/S/MPab/MPa/%/%ak/J cm230MnSi淬火870 880400650143050回火400 450原工艺试样13345531055522试样23205421156218试样33255451126320新工艺试样1
17、430659153258试样2425672173555试样34286771753653参考文献 1 中国机械工程学会铸造分会 铸造手册(铸钢)M 北京:机械工业出版社，2002 2 黄天佑，黄乃瑜 吕志刚 消失模主杂品技术 M 北京:机械工业出版社，2007 3 贾光义，俞卫全 消失模工艺在铸钢件上的应用 J 造型材料，2005(2):35 36 4 崔春芳，邓宏运，赵琦 消失模铸造技术机应用实例 M 北京:机械工业出版社，2007New casting process of scraper conveyor channel steel castingBAO Hong，ZHONG Zhi-mi
18、n(Tiefa Coal Industry(Group)Limited Liability Company，Tieling 112700，China)Abstract:Channel steel of scraper conveyor middle trough(hereinafter short for channel steel)is important parts inmanufacturing of scraper conveyor and the casting process of channel steel is the key step in channel steel man
19、ufac-ture Lost foam casting and ladle secondary refining by argon bottom-blowing is used to manufacture channel steel，thecasting quality and casting parts get breakthrough progress，lay a good foundation to manufacture middle trough ofscraper conveyor The new process of lost foam casting and ladle secondary refining by argon bottom-blowing will beintroduced in this paperKey words:lost foam casting;secondary refining;argon stirring;channel steel(责任编辑刘珂)