高爐銅冷卻壁工藝孔聯(lián)合芯撐鑄造工藝

目前，很少有使用銅冷卻壁的使用。高銅冷卻壁仍采用手工鉆探法制作。但對于形狀復(fù)雜的銅冷卻壁,機加工無法實現(xiàn)。本文通過采用工藝孔聯(lián)合芯撐的工藝方法,成功為日本日新制鋼株會社6EF電爐鑄造了弧形鑄銅冷卻壁。1me272標(biāo)準(zhǔn)鑄件化學(xué)成分w:Cu≥99.5%;電導(dǎo)率≥80%IACS。鑄件表面不得有裂紋、粘砂結(jié)疤、飛刺等表面缺陷。鑄件X射線探傷,按ASTME272標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ級以上為合格,水壓試驗0.45MPa,保壓30min不滲漏。氣密試驗0.4MPa,保壓15min,以壓降≤0.016MPa為合格。工作面不允許焊補。射線探傷面積占總面積的30%。我廠是制作高爐風(fēng)口、渣口等串水冷卻件的專業(yè)生產(chǎn)廠,由于受產(chǎn)品規(guī)格、批量的限制,造型、制芯均采用手工操作,造型有粘土砂和樹脂砂兩種形式,制芯全部采用樹脂砂,采用中頻爐熔煉。2工藝設(shè)計2.1出水孔分型面考慮到鑄件的使用實際及澆冒口系統(tǒng)的布置,將工作面朝下,進(jìn)、出水孔朝上,分型面選擇在本體與進(jìn)、出水孔、固定凸臺接合面處,見圖1。砂芯采用吊芯。2.2工藝孔的設(shè)計該種結(jié)構(gòu)鑄件單靠進(jìn)、出水孔,砂芯的固定、支撐、排氣、出砂顯然是不夠的,但工藝孔的設(shè)計必須要考慮芯頭的密封,以防因芯頭密封不合格使金屬液鉆入而導(dǎo)致出氣不暢,從而造成鑄件氣孔缺陷而報廢,在兼顧操作方便的情況下,確定了5個?32mm工藝孔,位置如圖1所示。2.3工藝參數(shù)的確定為達(dá)到圖紙尺寸公差要求,結(jié)合純銅生產(chǎn)經(jīng)驗,確定采用加減壁厚法的起模斜度,鑄造收縮率外模取2.0%,砂芯1.5%。2.4直澆道的分配根據(jù)純銅的鑄造工藝特點,確定采用開放式澆注系統(tǒng),并采用擋渣與在澆注系統(tǒng)對銅液進(jìn)行過濾相結(jié)合的措施。F直=19.0cm2,F橫=20.0cm2,F內(nèi)=25.0cm2,F直∶F橫∶F內(nèi)=1∶1.2∶(1.5～2.0)。具體分配是:設(shè)一個直澆道,兩個橫澆道,每一個橫澆道設(shè)計4個內(nèi)澆道。冒口采用?80mm瓶頸式冒口,共設(shè)置13個,具體位置如圖1所示。2.5類型、芯的生產(chǎn)和加工2.5.1造型面砂整理針對鑄件的具體形狀,設(shè)計了相應(yīng)的造型底板。造型時在鑄件工作表面熱節(jié)處加放外冷鐵,下箱造型面砂采用鉻鐵礦砂,厚度不小于50mm,背砂采用普通樹脂砂。2.5.2砂芯的支撐和加強砂芯這種結(jié)構(gòu)鑄件僅僅依靠砂芯本身的強度很難抵御澆注時銅液強大的浮力、熱作用力,必須在砂芯中加入芯骨來支撐和加強砂芯。芯骨采用￠8mm～￠10mm的圓鋼焊制而成,與砂芯隨形,并沿芯骨綁透氣繩,通過芯頭向外引氣。根據(jù)對砂芯受熱條件要求比較高的實際情況,砂芯全部采用鉻鐵礦砂,并且采用鋯英粉涂料。2.5.3封火墊的設(shè)置為了保證砂芯產(chǎn)生的氣體順利排出,在外型工藝孔處設(shè)置了出氣針,與砂芯內(nèi)設(shè)置的排氣通道相通,為防止銅液從芯頭配合處鉆入砂芯內(nèi)的排氣通道,在關(guān)鍵部位安放了封火墊。3砂型砂芯密度的確定由于鑄件工藝孔的設(shè)計受到限制,必須設(shè)置芯撐來補充。為了使芯撐與鑄件很好熔合,設(shè)計了專用芯撐結(jié)構(gòu)(圖2),并對芯撐進(jìn)行表面處理。芯撐的計算:芯撐所受壓力F=[AρgVa2(h-h1)]/(S3h3)+A(h-h1)ρg+AB(ρ-ρ′)g(N)式中A——砂芯水平面的投影面積,A=1584cm2;ρ——銅液密度,ρ=8.3g/cm3;V——從砂芯底面到型腔頂面的空間容積,V=Sh3=11536cm3;a——內(nèi)澆道與型腔連接的截面積,a=7.8cm2;S——型腔的水平截面積,cm2;h——從內(nèi)澆道重心到澆口杯頂面的高度,h=36cm;h1——從內(nèi)澆道重心到砂芯底面的高度,h1=4cm;h2——從內(nèi)澆道重心到型腔上面的高度,cm;h3——從砂芯底面到型腔上面的高度,h3=h2-h1=5cm;B——砂芯高度,B=3cm;ρ′——砂芯密度,ρ′=4.3g/cm3;g——重力加速度,取g=10m/s2。計算得F=4309.24N型砂抗壓強度按0.7MPa計算,需承壓總面積:4309.24/0.7=6156(mm2)=61.56cm2安全系數(shù)取1.5,需芯撐面積為61.56×1.5=98.5(cm2)芯撐板取D=30mm,則每個芯撐的面積為706.5mm2共需芯撐個數(shù)為:98.5/7.065=14(個)。考慮到有4個工藝孔,所以設(shè)計10個芯撐。4覆蓋活性炭的制備采用500kg中頻爐在大氣下熔煉,原料為標(biāo)準(zhǔn)陰極銅,為了防止銅液氧化和吸氣,保證銅液的純凈度,在熔煉及澆注過程中采取了以下一些措施:整個熔煉過程在烘干過的木炭覆蓋保護(hù)狀態(tài)下進(jìn)行,覆蓋劑用量以銅液不外露為原則,一般覆蓋層厚度80～100mm。熔煉過程遵循“快速熔化”原則,控制熔煉溫度1350～1300℃,出爐溫度1330～1300℃,澆注溫度1180～1140℃。銅液與覆蓋木炭一同出爐