提高铸铁机设备运行可靠性的实践

吕彦斌

（莱芜钢铁集团银山型钢有限公司炼铁厂，山东 莱芜 271104）

经验交流

提高铸铁机设备运行可靠性的实践

吕彦斌

（莱芜钢铁集团银山型钢有限公司炼铁厂，山东 莱芜 271104）

针对铸铁机存在模具质量不稳定、链带纠偏设计缺陷及分流槽设计缺陷等问题，采取铸铁模具结构优化、铸造工艺改进、应力消除、链带纠偏装置改造、分流槽结构及浇注料材质优化等措施，提高了铸铁机设备运行稳定性，日铸铁量达到3 300 t以上。

铸铁机；铸铁模具；分流槽；纠偏装置

铸铁机系统属间断性作业工艺辅助设备，但在铁水大量富余，铸铁量较大的情况下，要求设备运行稳定可靠，如出现非正常停机事故，则会对高炉生产造成较大影响。由于国内钢铁市场形势严峻，炼钢限产，高炉铁水大量富余，铸铁量大大增加。为保证高炉生产形势的稳定，莱钢银山型钢炼铁厂57 m铸铁机连续作业，这种情况下，铸铁机在生产过程中暴露出较多缺陷，这些缺陷对铸铁机的生产效率产生影响较大。由于铸铁机系统在设计上国内并没有严格的规范要求，针对这种情况，为提高铸铁生产的连续性，结合铸铁生产工艺实际特点，对铸铁设备设施进行了相应的改造。改造后，铸铁机系统运行稳定性有明显提高，为高炉生产顺行创造了条件。

1 制约铸铁机稳定运行的因素分析

1）铸铁模具使用寿命较低。在铸铁过程中，高达1 500℃的高温铁水流入铸铁模具内，铸铁模具因急剧受热而受到热应力的作用，在铁块冷却过程中，铸铁模具又受到急剧冷却而产生的冷应力的作用，在双重应力的作用下，铸铁模具极易出现裂纹。在铸铁过程中，铁水钻入裂纹内，造成铁块无法顺利脱模，脱模率不足80%，远低于规定值98%。同时，掉落的铁块频繁砸坏喷浆设施，且在链带下方堆积后，阻碍链带运行，造成链带掉道、链板断裂等生产设备事故，不仅对铸铁生产造成较大影响，也增加了职工劳动强度。

2）铸铁机链带在运行过程中，传动轴及链带衬套磨损，由于链带轴套间隙增大，造成链带在运行过程中发生倾斜、扭曲，进而出现链带掉道事故。

3）铸铁机分流槽在外形设计上存在缺陷。分流槽角度与流槽本体夹角偏小，在铸铁过程中，铁流较大时易出现铁流溢流到链带链板上，造成链带烧损事故发生，同时，易出现链带下方滑轨粘渣现象。

2 改进措施

2.1 对铸铁模具进行优化

1）原铸铁模具在受热及冷却过程中，因模具内部圆角过渡半径较小（R=20），造成模具厚度不均，在隔断根部和顶部均流槽处厚度偏小，此处应力变化较大，属应力集中区，极易造成隔断根部和顶部均流槽处产生裂纹。为提高铸铁模具的使用寿命，对铸铁模具的外形结构进行重新设计，隔断圆角过渡半径提高到30。

2）消除应力对铸铁模具的影响。为降低冷热应力对铸铁模具寿命的影响，提高铸铁模具材质的均匀性与韧性，对铸铁材质进行改进，由原来的废钢制造改为35#钢，统一钢材来源，控制杂质含量，保证钢材质量。其相关力学性能：屈服强度0.2 MPa，抗拉强度500 MPa，伸长率18%，收缩率25%。

同时，由于铸件在凝固时会发生偏析，造成成分及组织的不均性，因此，为保证铸铁模具在铸造后晶粒细化、消除内应力、减少变形与裂纹倾向、消除组织缺陷，对铸铁模具采取完全退火处理。退火质量应符合JB/T 10175—2008热处理质量控制要求相关规定。

3）退火工艺。加热速度120℃/h，最终加热温度835℃，冷却速度随炉冷却到350℃，然后空冷。保温时间的选择。模子的纵向截面尺寸为780 mm，根据1.5～2 mm/min的保温时间计算，最长保温时间需要26 h，考虑到模子的横向截面和壁厚尺寸较小，保温时间定为24 h。

4）改进铸造工艺。在铸造过程中，遵循高温出炉、低温浇注的原则，以确保夹杂物的彻底融化、熔渣上浮，便于清渣和除气，减少铸铁模具中的夹渣和气孔缺陷。同时，采用较低的浇注温度，则有利于降低金属液中的气体溶解度和高温金属液对模具表面的烘烤，避免产生气孔、粘砂和缩孔等缺陷，确保铸铁模具的质量。

2.2 纠偏挡轮优化设计

纠偏挡轮由上部挡轮本体和支架构成，挡轮本体上安装有可旋转的心轴。安装时，挡轮心轴嵌入支架上的轴孔内，并在支架底部用螺栓固定。原纠偏挡轮设计存在的缺陷：1）挡轮本体在长期使用的情况下，与链带接触侧面磨损严重，磨损量达到4 mm左右。如发生链带跑偏现象，无法起到纠偏作用。2）心轴仅靠底部螺栓进行固定，在长期运转的情况下极易松动，由于挡轮在矫正链带跑偏过程中受到的挤压力较大，造成挡轮在使用过程中频繁发生挡轮支架变形或心轴弯曲和磨损现象，造成挡轮倾斜、损坏，无法起到纠偏链带的作用。

针对以上存在不足，对纠偏挡轮进行优化改进。1）在挡轮本体与链带接触面增加耐磨衬套，衬套材质选用ZG270-500铸钢，并调质处理，提高衬套硬度及耐磨度。2）对纠偏挡轮心轴进行改造，在心轴上部与挡轮本体接触处增加凸台设计，保证装配后更加紧密，防止心轴损坏的情况发生，消除因挡轮损坏造成的链带掉道事故。

2.3 分流槽外形结构优化设计

1）分流槽原设计左右流嘴与流槽本体夹角为65°，左右流嘴外侧钢板与铁水冲击处钢板夹角为150°，由于角度偏小，造成分流槽宽度增加，在铁水向铸铁模具内流淌时铁流过大，易从铸铁模具内溢出到链板上，进而造成链板烧损，同时造成机头小滑轨粘铁，严重情况下易发生链带掉道事故。因此，通过对铸铁过程的观察，对分流槽进行优化设计，把左右分流嘴与流槽本体夹角改为75°，左右流嘴外侧钢板与铁水冲击处钢板夹角改为165°，同时把分流槽与流槽本体衔接一侧长度缩短20 mm，确保在铸铁过程中，铁水不易流到外侧链板上而烧损链板。分流槽在改造焊接过程中，要确保焊缝均匀，无夹渣、裂纹等缺陷。分流槽改造后，杜绝了在铁水流量较大时铁水溢出铸铁模具烧损链板及小滑轨粘铁现象，提高了铸铁机链带运行稳定性

2）铁水自流槽主沟流入分流槽时，冲击分流槽后向两侧分流，在分流过程中，由于铁水的反作用力，造成此处浇注料因急剧冲刷作用而损坏，出现铁水烧穿分流槽侧面钢板造成漏铁事故。为降低铁水流入分流槽后的冲刷程度，在流槽投入使用前，用炮泥及高铝水泥混拌均匀后在此处修砌高约100 mm的防冲刷挡墙。采取此方式后，提高了分流槽的使用寿命，消除了因浇注料损坏而造成的漏铁事故。

3）提高流槽内衬浇注料的抗冲刷强度。铸铁流槽浇注料采用Al2O3+SiC+C质快干浇注料，从材质上分析，此浇注料适合于铸铁流槽。但从使用方面观察，流槽内衬浇注层在铸铁量达到3万t左右时，就会出现裂纹及剥落等现象。流槽设计铸铁吨数为6万t，使用寿命仅达到实际使用寿命的50%。通过对浇注层进行拆检，发现造成这种现象的原因有以下几点：①浇注料理化指标达不到标准，Al2O3含量偏低，Si粉和金属Al粉加入量较少，造成浇注后衬体的气孔率偏高，降低了衬体抗侵蚀性，同时，也造成浇注料强度的下降。②浇注时混料不均匀，浇注料产生颗粒偏析，造成浇注后的衬体整体性强度较差，受冷热应力的作用而出现裂纹。

针对以上原因，做以下优化改进。①浇注料材质改进，Al2O3含量达到62%以上，Si粉和金属Al粉含量达到6%～9%，以提高浇注料的强度及抗冲刷性。②浇注过程中，混料过程进行优化，加水量控制在4.5%～5.5%，同时要保证混料均匀，防止产生颗粒偏析现象，提高衬体的整体性，减少或消除使用过程中裂纹的出现。

3 实施效果

1）通过对铸铁模具外形结构、退火工艺、铸造工艺优化改进，模具内裂纹现象减少，使用寿命由改进前的10个月提高到18个月左右，同时，提高了铁块脱模率，达到98%以上。

2）对链带纠偏挡轮材质及构造进行优化后，纠偏挡轮的使用寿命提高了50%左右，运行更加可靠，降低了链带掉道事故发生率。

3）对分流槽外形结构及浇注料材质进行优化后，减轻了铁水对流槽耐材的冲刷，通铁量由原来的3万t达到8万t左右。

4 结语

通过一系列的优化改造，提高了铸铁机连续生产能力，在铁水大量富余的情况下，由原来的日铸铁量2 400 t左右提高到3 300 t以上，加快了铸铁生产节奏，满足消耗高炉富余铁水的需要。降低了铸铁机设备及工艺事故故障率，每月相应减少铸铁机生产过程中非正常停机时间约15 h，提高了铸铁机设备运行稳定性，为高炉生产形势的稳定创造了条件。减少了因工艺不合理造成的工艺件及备件消耗量，年可节约工艺及备件成本约90余万元。

TG233

B

1004-4620（2015）04-0064-02

2015-04-16

吕彦斌，男，1980年生，2005年毕业于鞍山科技大学材料科学与工程专业。现为莱钢型钢炼铁厂工程师，从事炼铁工艺技术工作。