真空钢包内衬可以解决浇注时的这些问题！
浙江武精机器制造公司是中国铸造行业综合百强企业之一, 以生产高锰钢铸件及矿山破碎整机设备为主, 其中仅铸件产品就有1.4万多种, 单件重从十几公斤到十几吨, 铸件年产量3万多t。随着生产产量的需求, 中频炉容量从原先的3 t和5 t加大到5 t和10 t。出于每晚冶炼总炉次及浇注人员数量、行车及场地原因, 一般都用一只漏底包一次性出完钢液吹氩镇静后浇注。造成一只漏底包要浇注铸件大小不一的十几箱铸件, 有时因成分原因要浇注近20箱铸件。从出钢液到浇注完毕需要近20 min, 由于高锰钢浇注温度一般低于1 400℃以下, 随着浇注接近末期, 钢液降温造成冻包或出现铸件浇不足、铸字不清晰现象时有发生, 严重影响了车间正常生产。如何提高钢水包保温, 其保温性能的好坏直接影响钢液液浇注温度的控制水平。
2016年, 我们听取了沈阳铸造研究所真空包建议, 针对公司旧有空闲钢水包, 提出把7 t钢水包改为5 t钢水包, 对多出的内部容量部分设计出具有真空保温内衬套, 对有钢液接触部位除了水口砖和吹氩部位外, 全部用真空内衬隔离传热。
1 研制真空包
1.1 增加真空保温层钢水包结构
因利用旧原有空闲钢水包, 更改结构后如图1。
1.2 真空内衬的结构组成
选用不锈钢板焊接真空室, 对所有受力处焊缝做了两边开坡口焊接, 对大曲面处进行加筋增强处理, 防止在高温使用时受力变形或漏气。加高压气体对所有焊缝进行漏气检测及焊补后, 接真空表并抽真空, 放置48 h测试真空密封是否合格。
图1 带真空内衬钢水包
2 试验结果及分析
2.1 加真空内衬钢水包测试
真空内衬钢水包做好自然干燥后再预热使用, 连续测试2炉钢液 (因中频炉冶炼炉次间隔1 h左右, 期间钢水包一直用天然气烘烤预热) , 具体测试数据如表1。
表1 真空内衬钢水包使用测试（点击放大看原图）
2.2 普通钢水包测试
普通钢水包上一个班使用后, 停用约16 h后经维护预热投入下一班使用, 连续测试2炉钢液 (因冶炼炉次间隔1 h左右, 期间钢水包一直用天然气烘烤预热) , 具体测试数据如表2。
表2 普通钢水包使用测试（点击放大看原图）
2.3 钢水包外壁温度对比分析
从钢包外壳温度和钢液温降速度两个方面来验证钢包的保温性能, 从表1、表2看出, 真空包连续浇注2包后, 外壳温度只有41.5℃, 总升温不到10°。普通钢水包连续浇注2包后, 外壳温度提高到201℃, 总升温121℃。同时, 从吹氩期间钢液降温对比, 普通包降温幅度平均要3℃/min以上。
现假设真空包整晚连续多包浇注外壳平均温度为50℃, 普通包连续浇注外壳平均温度220℃, 以室温为25℃计算, 不同钢包由外壳 (侧面和底面) 损失的热量分别如下。
真空包表面积S真空总≈7.6 mm2。
外表面散热量Q=a (tw-to) S。
计算可得Q真空=7 600 w。
1 min散热总量q=Qt。
计算可得q=456 000 J。
计算可得真空包Δf=0.198℃。
同理计算可得普通包Δf=1.24℃。
通过上述计算表明, 装5 t钢液的真空内衬钢水包, 仅钢包侧壁和底部对外界散失的热量造成钢液降温约0.198℃/min, 而普通包由钢包侧壁和底部对外界散失热量造成钢液降温约1.24℃/min, 两者保温性能相差达近6.3倍。如果计算上不同钢包本体升温高低吸收的热量差别, 保温性能差距还会进一步加大。
3 结论
带有真空内衬的钢水包, 因保温性能良好, 与普通钢水包相比, 浇注过程中每分钟可因包体保温相对提高钢液温度1℃, 如浇注过程为10 min计算, 浇注末期相对包内钢液可比普通包高出10℃, 即延长了可浇注时间, 也因低温的钢水包外壁, 给浇注人员带来了良好的操作环境。
梁伟武、朱晓畅、郑晓峰
浙江武精机器制造有限公司