真空鋼包內襯可以解決澆注時的這些問題

　　浙江武精機器制造公司是中國鑄造行業綜合百強企業之一, 以生產高錳鋼鑄件及礦山破碎整機設備為主, 其中僅鑄件產品就有1.4萬多種, 單件重從十幾公斤到十幾噸, 鑄件年產量3萬多t。隨著生產產量的需求, 中頻爐容量從原先的3 t和5 t加大到5 t和10 t。出于每晚冶煉總爐次及澆注人員數量、行車及場地原因, 一般都用一只漏底包一次性出完鋼液吹氬鎮靜后澆注。造成一只漏底包要澆注鑄件大小不一的十幾箱鑄件, 有時因成分原因要澆注近20箱鑄件。從出鋼液到澆注完畢需要近20 min, 由于高錳鋼澆注溫度一般低于1 400℃以下, 隨著澆注接近末期, 鋼液降溫造成凍包或出現鑄件澆不足、鑄字不清晰現象時有發生, 嚴重影響了車間正常生產。如何提高鋼水包保溫, 其保溫性能的好壞直接影響鋼液液澆注溫度的控制水平。

　　2016年, 我們聽取了沈陽鑄造研究所真空包建議, 針對公司舊有空閑鋼水包, 提出把7 t鋼水包改為5 t鋼水包, 對多出的內部容量部分設計出具有真空保溫內襯套, 對有鋼液接觸部位除了水口磚和吹氬部位外, 全部用真空內襯隔離傳熱。

　　1 研制真空包

　　1.1 增加真空保溫層鋼水包結構

　　1.2 真空內襯的結構組成

　　選用不銹鋼板焊接真空室, 對所有受力處焊縫做了兩邊開坡口焊接, 對大曲面處進行加筋增強處理, 防止在高溫使用時受力變形或漏氣。加高壓氣體對所有焊縫進行漏氣檢測及焊補后, 接真空表并抽真空, 放置48 h測試真空密封是否合格。

　　2 試驗結果及分析

　　2.1 加真空內襯鋼水包測試

　　真空內襯鋼水包做好自然干燥后再預熱使用, 連續測試2爐鋼液 (因中頻爐冶煉爐次間隔1 h左右, 期間鋼水包一直用天然氣烘烤預熱) 。

　　2.2 普通鋼水包測試

　　普通鋼水包上一個班使用后, 停用約16 h后經維護預熱投入下一班使用, 連續測試2爐鋼液 (因冶煉爐次間隔1 h左右, 期間鋼水包一直用天然氣烘烤預熱)。

　　2.3 鋼水包外壁溫度對比分析

　　從鋼包外殼溫度和鋼液溫降速度兩個方面來驗證鋼包的保溫性能, 從表1、表2看出, 真空包連續澆注2包后, 外殼溫度只有41.5℃, 總升溫不到10°。普通鋼水包連續澆注2包后, 外殼溫度提高到201℃, 總升溫121℃。同時, 從吹氬期間鋼液降溫對比, 普通包降溫幅度平均要3℃/min以上。

　　現假設真空包整晚連續多包澆注外殼平均溫度為50℃, 普通包連續澆注外殼平均溫度220℃, 以室溫為25℃計算, 不同鋼包由外殼 (側面和底面) 損失的熱量分別如下。

　　真空包表面積S真空總≈7.6 mm2。

　　外表面散熱量Q=a (tw-to) S。

　　計算可得Q真空=7 600 w。

　　1 min散熱總量q=Qt。

　　計算可得q=456 000 J。

　　計算可得真空包Δf=0.198℃。

　　同理計算可得普通包Δf=1.24℃。

　　通過上述計算表明, 裝5 t鋼液的真空內襯鋼水包, 僅鋼包側壁和底部對外界散失的熱量造成鋼液降溫約0.198℃/min, 而普通包由鋼包側壁和底部對外界散失熱量造成鋼液降溫約1.24℃/min, 兩者保溫性能相差達近6.3倍。如果計算上不同鋼包本體升溫高低吸收的熱量差別, 保溫性能差距還會進一步加大。

　　3 結論

　　帶有真空內襯的鋼水包, 因保溫性能良好, 與普通鋼水包相比, 澆注過程中每分鐘可因包體保溫相對提高鋼液溫度1℃, 如澆注過程為10 min計算, 澆注末期相對包內鋼液可比普通包高出10℃, 即延長了可澆注時間, 也因低溫的鋼水包外壁, 給澆注人員帶來了良好的操作環境。