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钢锭模

钢锭模是炼钢厂模铸生产必备的、周转使用的大宗铸锭设备,它对钢锭的表面和内部质量以及钢锭成本有重要影响。钢水借以凝固成型的铸铁模型。钢锭模寿命(次)或钢锭模消耗(kg/t钢)是炼钢生产的一项主要技术经济指标。 [1]

按钢锭模纵断面形状可分为上大下小带保温帽或豁口挂绝热板钢锭模和上小下大敞口或瓶口式钢锭模。前者传统上用于浇注镇静钢钢锭,习惯上称为镇静钢钢锭模,现在也用于浇注沸腾钢钢锭,后者传统上用于浇注沸腾钢,习惯上称为沸腾钢钢锭模,现在也广泛用于浇注镇静钢。按钢锭模内腔横断面形状可分为方形、矩形、圆形和多角形等类型。按钢锭模内壁形状可分为凸边形、凹边形、直边形及波纹边形等类型。。图1为几种常用钢锭模的实物照片。

决定钢锭大小及断面形状的钢锭模几何尺寸。主要参数有钢锭重量、断面形状及尺寸、钢锭高度或高宽比、钢锭锥度、模壁厚度或模锭重量比、转角半径及底部形状等。

钢锭重量 在炼钢和初轧设备条件允许的前提下,尽量选择满足较大倍定尺的钢锭重量。大钢锭整模、浇注、脱模等作业较简单,钢锭热送温度提高,生产能力和成坯率也较高。如φ1150初轧机轧制的扁锭多数在15~20t之间,方锭在8~13t之间。

断面形状及尺寸 钢锭模的断面形状依钢锭用途而定。用以轧制型材、管材、线材的多采用方锭,轧制板材的多采用扁锭或矩形锭,圆形钢锭则用于轧制车轮、轮箍等,制作大型锻压件多采用多角形钢锭。就铸锭生产能力和生产难度而言,矩形锭优于方形锭,方形锭优于圆形锭。条件允许时,以矩形锭代替方形锭,有利于改善钢锭质量和提高成坯率。还应考虑到钢锭模内壁形状对钢锭质量的影响:直边模壁易使钢锭表面内凹,且边长愈长,凹陷愈重,钢锭模也易变形,往往造成卡锭而过早报废;凹面模壁可得到表面微凸的钢锭,有利于提高成坯率和钢锭模寿命;波纹形模壁的棱在钢锭凝固过程中起加强筋作用,有利于减少表面裂纹。钢锭模的最大尺寸应与轧机能力相匹配,而最小断面尺寸决定于生产高质量产品所必须的压缩比(一般≥8)。

锭高及高宽比 增加锭高(H)有利于提高轧机生产率,但于内部质量不利。5~8t钢锭的高宽比(H/D)在2.5~3.0为宜,1~5t钢锭H/D可为3.0~3.5。

锥度 锥度过大增加钢锭局部悬挂的几率,也不利于轧制,而锥度过小不利于脱模。且钢锭内部质量欠佳。锥度一般选择在0.8-~4.2-之间,高质量钢趋高限。

模壁厚度及模锭重量比 模壁厚度应能保证钢锭模有足够的强度,有时还要在其上端或下端加厚,以增加抗碰撞能力。通常模壁厚度在50~160mm之间,大钢锭取上限;模锭重量比在0.8~1.2之间,大钢锭取下限。球墨铸铁钢锭模的模锭比一般取1.0为宜。模壁上口或外侧还要配置耳环或耳铁,以便于列模和脱模操作。

转角半径 是影响钢锭角部裂纹的重要参数。转角半径过大或过小都易使钢锭产生角部裂纹。适宜的转角半径为钢锭模内腔断面平均水力学直径的8-~15-,碳素钢趋下限,合金钢趋上限。

底部形状 决定着钢锭开坯后的坯尾形状,是影响钢锭成坯率的重要参数。由于钢锭开坯时,表面的变形量大于心部的变形量,角部的变形量大于面部中央的变形量因此坯尾通常呈“鱼尾”形(有时也呈舌形),需加以切除。钢锭模底部的形状,应能保证钢锭开坯时产生的鱼尾尽可能小,以减少切尾损失。钢锭底部形状有平底、半球形、截锥形等多种类型(图2),其钢锭开坯切尾率顺次减小。最佳底部形状的尺寸通常是通过冷轧模拟或计算机模拟后再经反复修正而确定。

1.吊盘时,必须挂四个吊把。翻完盘后,要放平吊回,不准立着吊。

2.安放模子和中注管时,要挂双绳套,并先在旁边落到适当高度,然后停车,再对准管砖慢慢落下。

3.安放冒口时,须先搭好作业台,不准在潮湿或有水的地坑安放模子。

4.吊模,脱模时要注意来往行人,模子立稳后再摘绳。人躲开后,再起吊。立吊4寸,6寸扁平模子时,操作者要站在棋子小面一侧。

5.吊运粘模钢锭时,不准大头朝下吊。

6.立放钢锭模时,要注意地面平整,不准斜放。4寸、6寸模子不准单个立放。立放二层以上模子时,一定要放平,不准斜靠。

7.工作现场要保持整洁,通道畅通。钢锭模冒口及各种材料应放在指定地点。

8.不准吊带模子的钢锭撞东西。

9.使用压缩空气要将接头把紧。吸吹钢锭模前,要观察好周围环境,出风口严禁对着人。

影响钢锭模使用寿命的主要因素有钢锭模的材料、冶铸条件及工作面的质量等,下面分别讨论这些因素的影响。

一、钢锭模材料的影响

钢锭模的材料是影响其寿命的内在因素。钢锭模工作条件苛刻,工作时受到温差应力、相变应力、残余应力和机械应力等的共同作用,内表面易产生微小网状裂纹,随着使用次数的增加,微裂纹扩展,形成龟裂,进一步发展为掉肉、纵裂和横裂,致使钢锭模失效报废。

铸铁中的石墨球化或蠕化后,钢锭模的使用寿命大幅度提高、模耗大大降低。这是由于蠕虫状或球状石墨能减少O2的渗入,降低内氧化,提高铸铁的抗氧化性和高温强度。

蠕墨铸铁的强度接近球墨铸铁、而导热性接近灰铸铁,具有良好的热疲劳性能,包括抗龟裂、耐开裂和抗变形能力,特别适合钢锭模的工况条件。球墨铸铁具有高强度,但导热性比蠕墨铸铁低,所以其寿命相对较低、模耗也稍高,通常用在10t以下的钢锭模(方锭模),以控制可能产生的变形。

除铸铁钢锭模外,前苏联试用钢质钢锭模,有Cr钢、Mn钢和GCr30钢,使用寿命较灰铸铁提高近一倍。钢质钢锭模试用过程中没有铸铁钢锭模中常出现的裂纹与烧坏现象,其报废主要是翘曲所致,但其铸造性能差,易产生缩孔缩松缺陷,且生产成本高,因此在国内很少研究。

二、铸铁中各种元素的影响

Cr、Mo、Si等元素能强化铸铁基体,增强铸铁的抗塑性变形能力,提高钢锭模的使用寿命。同时,Cr和Si的氧化物能提高钢锭模表面氧化膜的致密性,减缓铸铁的高温氧化。铁液中加入RE,可脱O2、脱S,净化铁液,降低白口倾向,改善钢锭模的组织,提高钢锭模的抗氧化性。而Pb在钢锭模中是非常有害的元素,必须严格控制。

三、冶铸条件的影响

高炉冶炼铁液具有温度高、杂质含量少的优点,采用高炉铁液生产的钢锭模抗热冲击性能明显优于冲天炉铁液钢锭模。但高炉铁液w(C)高,在制造大型钢锭模时易产生石墨漂浮缺陷。因此,需采取相应的措施防止石墨漂浮,通常在转包过程中吹入N2和Ar进行搅拌,均匀铁液温度、调节铁液成分。另外,铸造工艺也对钢锭模的质量有着重要的影响。

四、工作面质量的影响

钢液和钢锭模的内模壁(工作面)具有很强的润湿能力,凝固后钢锭在钢锭模间的粘附力较强,不易脱模,脱模后钢锭表面易出现大的结疤、裂纹及氧化皮等缺陷,降低钢锭模的成材率。目前主要采用2种途径来提高钢锭模工作面的质量,一是通过开发新型的涂料,改善钢锭模工作面的质量。另一种是采用浸渗技术制备金属陶瓷复合工作面,陶瓷表面可以抵抗铸铁的氧化、提高钢锭模的使用寿命。同时,使用复合钢锭模生产的钢锭表面质量好,钢锭内在质量符合产品标准要求。

钢锭模寿命与材质、构造、铸造质量及管理和使用等因素有直接关系。建立健全合理的管理制度,加强对钢锭模的技术管理,做到正确使用、合理周转、适时修补是提高钢锭模寿命、降低钢锭模消耗的重要途径。新钢锭模使用前要烘烤至80~120℃。列模操作应轻吊轻放,上升孔对中,避免浇高温钢,尽量缩短注毕至脱模的时间,脱模后不要在红热状态下打水急冷。钢锭模在使用过程中一旦出现较大的裂缝、掉耳或内壁凹坑和烧蚀网(龟裂)等缺陷,应及时修补。按破损情况可采用不同的修补方法。对纵、横裂缝,采用厚钢板铆补,其缝隙用铸铁焊条焊接填充;对模耳破损者用铸铁焊条层层堆焊或用厚钢板铆补和焊接相结合;焊补后的钢锭模可增加使用寿命20~30次。对内壁缺陷,可选用一种混合耐火材料(如30-铁粉,20-耐火泥,20-石墨粉,15-铬铁矿和15-水玻璃的混合料)于模温在80~120℃时趁热抹补,抹补后可使用4~5次。不能修补的破损钢锭模应适时判废。 [2]

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