高炉铜冷却壁工艺孔联合芯撑铸造工艺

高炉铜冷却壁工艺孔联合芯撑铸造工艺

目前，很少有使用铜冷却壁的使用。高铜冷却壁仍采用手工钻探法制作。但对于形状复杂的铜冷却壁,机加工无法实现。本文通过采用工艺孔联合芯撑的工艺方法,成功为日本日新制钢株会社6EF电炉铸造了弧形铸铜冷却壁。1me272标准铸件化学成分w:Cu≥99.5%;电导率≥80%IACS。铸件表面不得有裂纹、粘砂结疤、飞刺等表面缺陷。铸件X射线探伤,按ASTME272标准Ⅲ级以上为合格,水压试验0.45MPa,保压30min不渗漏。气密试验0.4MPa,保压15min,以压降≤0.016MPa为合格。工作面不允许焊补。射线探伤面积占总面积的30%。我厂是制作高炉风口、渣口等串水冷却件的专业生产厂,由于受产品规格、批量的限制,造型、制芯均采用手工操作,造型有粘土砂和树脂砂两种形式,制芯全部采用树脂砂,采用中频炉熔炼。2工艺设计2.1出水孔分型面考虑到铸件的使用实际及浇冒口系统的布置,将工作面朝下,进、出水孔朝上,分型面选择在本体与进、出水孔、固定凸台接合面处,见图1。砂芯采用吊芯。2.2工艺孔的设计该种结构铸件单靠进、出水孔,砂芯的固定、支撑、排气、出砂显然是不够的,但工艺孔的设计必须要考虑芯头的密封,以防因芯头密封不合格使金属液钻入而导致出气不畅,从而造成铸件气孔缺陷而报废,在兼顾操作方便的情况下,确定了5个⌀32mm工艺孔,位置如图1所示。2.3工艺参数的确定为达到图纸尺寸公差要求,结合纯铜生产经验,确定采用加减壁厚法的起模斜度,铸造收缩率外模取2.0%,砂芯1.5%。2.4直浇道的分配根据纯铜的铸造工艺特点,确定采用开放式浇注系统,并采用挡渣与在浇注系统对铜液进行过滤相结合的措施。F直=19.0cm2,F横=20.0cm2,F内=25.0cm2,F直∶F横∶F内=1∶1.2∶(1.5～2.0)。具体分配是:设一个直浇道,两个横浇道,每一个横浇道设计4个内浇道。冒口采用⌀80mm瓶颈式冒口,共设置13个,具体位置如图1所示。2.5类型、芯的生产和加工2.5.1造型面砂整理针对铸件的具体形状,设计了相应的造型底板。造型时在铸件工作表面热节处加放外冷铁,下箱造型面砂采用铬铁矿砂,厚度不小于50mm,背砂采用普通树脂砂。2.5.2砂芯的支撑和加强砂芯这种结构铸件仅仅依靠砂芯本身的强度很难抵御浇注时铜液强大的浮力、热作用力,必须在砂芯中加入芯骨来支撑和加强砂芯。芯骨采用￠8mm～￠10mm的圆钢焊制而成,与砂芯随形,并沿芯骨绑透气绳,通过芯头向外引气。根据对砂芯受热条件要求比较高的实际情况,砂芯全部采用铬铁矿砂,并且采用锆英粉涂料。2.5.3封火垫的设置为了保证砂芯产生的气体顺利排出,在外型工艺孔处设置了出气针,与砂芯内设置的排气通道相通,为防止铜液从芯头配合处钻入砂芯内的排气通道,在关键部位安放了封火垫。3砂型砂芯密度的确定由于铸件工艺孔的设计受到限制,必须设置芯撑来补充。为了使芯撑与铸件很好熔合,设计了专用芯撑结构(图2),并对芯撑进行表面处理。芯撑的计算:芯撑所受压力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积,A=1584cm2;ρ——铜液密度,ρ=8.3g/cm3;V——从砂芯底面到型腔顶面的空间容积,V=Sh3=11536cm3;a——内浇道与型腔连接的截面积,a=7.8cm2;S——型腔的水平截面积,cm2;h——从内浇道重心到浇口杯顶面的高度,h=36cm;h1——从内浇道重心到砂芯底面的高度,h1=4cm;h2——从内浇道重心到型腔上面的高度,cm;h3——从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。计算得F=4309.24N型砂抗压强度按0.7MPa计算,需承压总面积:4309.24/0.7=6156(mm2)=61.56cm2安全系数取1.5,需芯撑面积为61.56×1.5=98.5(cm2)芯撑板取D=30mm,则每个芯撑的面积为706.5mm2共需芯撑个数为:98.5/7.065=14(个)。考虑到有4个工艺孔,所以设计10个芯撑。4覆盖活性炭的制备采用500kg中频炉在大气下熔炼,原料为标准阴极铜,为了防止铜液氧化和吸气,保证铜液的纯净度,在熔炼及浇注过程中采取了以下一些措施:整个熔炼过程在烘干过的木炭覆盖保护状态下进行,覆盖剂用量以铜液不外露为原则,一般覆盖层厚度80～100mm。熔炼过程遵循“快速熔化”原则,控制熔炼温度1350～1300℃,出炉温度1330～1300℃,浇注温度1180～1140℃。铜液与覆盖木炭一同出炉