整体钢锭模生产锻造钢锭工艺的试验研究
(磐安三鑫金属制品厂)

摘要: 根据凝固理论,采用整体钢锭模镶绝热冒口套生产锻造镇静钢锭。整体钢锭模解决了钢锭悬挂裂纹问题,减少两道操作工序,防止了穿钢包模现象的发生,绝热冒口套良好的绝热保温性能使冒口钢水冒容比大大降低,提高了锭身质量,节约大量钢水。

锻造钢锭的生产一直沿用传统的分体方式,即钢锭模与保温帽分体。采用粘土质保温板砌保温帽,粘土质板导热系数较高,使保温帽部分钢水补缩效果很差。随着汽轮机部件工作条件的提高,锻件的先天不足如缩孔、疏松、偏析、内裂纹及夹杂等缺陷都直接影响着部件的质量,危及机组的安全运行。哈尔滨汽轮机有限责任公司从解决锻造镇静钢锭的生产入手,采用整体钢锭模镶绝热冒口套这一先进生产手段,根据锭子小的特点,重新改进设计,摸索出稳定适用的工艺参数,采用新型的耐火保温材料,获得了良好的镇静钢锭,提高了钢锭质量。

1 试验的基本原理及目的

1.1 基本原理

镇静钢锭通常采用下注法生产,钢液自下而上顺序凝固,锭身下部钢液产生的体积收缩不断得到上部液态钢水的填充,最终使锭身内部的缩孔和疏松充分集中在冒口线以上。
钢液冷却变成钢锭的缩孔、疏松量:
Xv总= Xv液+ Xv凝+ Xv固
式中　Xv总— — 浇注钢锭体积总收缩量
Xv液— — 液态钢水降温时体积收缩量
Xv凝— — 钢水凝固时体积变化量
Xv固— — 固态钢锭降温时体积收缩量
由上式可知,缩孔和疏松的形成发生在固态收缩前,它只决定于钢的Xv液和Xv凝,Xv固不能产生缩孔和疏松。
根据文献[1 ] , 钢锭产生的Xv液+ Xv凝≈3% ～ 5% (体积百分数) , 由此可见, 缩孔、疏松所需钢水填充量很小,保温帽内的钢水只有三分之一起了补缩作用。关键是设法保证钢水在尽可能长的时间内保持液态,使之起到补缩作用。

1.2 试验的目的

采用较好的绝热保温材料,最大限度减小钢水补缩量,同时保温帽与锭模连为一体,减少锭身悬挂裂纹,避免穿钢包模,减少操作工序,减轻操作者的劳动强度,节约资金,降低成本。

2 工艺试验

试验时使用绝热冒口套,试验锭型选用哈尔滨汽轮机有限责任公司生产的550kg钢锭。改进前后的钢锭模如图1所示。

2.1 绝热冒口套的性能指标

绝热冒口套是一种轻质不烧结耐火材料,由飘珠、纤维和结合剂组成。漂珠是具有薄壁、中空、封闭型玻璃珠状体,其成分列于表1。绝热冒口套在使用时内壁与钢水接触的瞬间形成一层粘度较大的硅酸盐玻璃相,阻止钢水的侵蚀,脱锭时冒口套呈片状脱落,无大阻力。

2.2 冒口最大缩距的测定

浇注冒口高度在150mm以上时进行了17炉次的试验,测试数据列于表2, 浇注冒口高度在120mm时进行了5炉次的试验,测试数据列于表3。

从表1可以看出,比较稳定的最大缩距为30mm; 从表2可以看出,最大平均缩距为34mm。可见,采用绝热冒口套后,冒口缩距能稳定在30mm左右,并且冒口收缩情况明显好于改进前。

2.3 试验数据分析

从改进后的冒口收缩情况看出,冒口收缩呈浅碟型,说明补缩非常充分,收到了良好的补缩效果。消除了钢锭冒口线下部因悬挂而产生的裂纹。
冒口形状如图3所示, 根据钢锭冒口实测情况,得到典型的工艺参数如下:

3 结 论

1. 新设计的采用整体钢锭模生产锻造钢锭工艺,将传统的钢锭模与保温帽合为一体,减少了两道操作工序,减轻了劳动强度,提高了生产率;

2. 使用新型保温耐火材料,保温补缩效果较传统工艺有了很大提高,保证了锭身质量;

3. 消除了钢锭悬挂裂纹和二次缩孔,减轻了偏析程度,提高了钢锭的内在质量;

4. 钢锭冒容比由原来的17% ～ 18% 降至11. 2% ,节约大量钢水。