提高薄板大銅瓦使用壽命的探討

　　　　　　　　　　　　　安鋼集團(tuán) 吳天良 高英民 段安生 

　　摘要：本文首先分析了影響薄板廠大銅瓦使用壽命的原因，介紹了制作過程中的冶煉、鑄造工藝的特點(diǎn)和提高改進(jìn)的部分。 

　　一．問題的提出： 

薄板大銅瓦是薄板廠軋機(jī)的重要零件，它的使用壽命直接影響著該廠的薄板產(chǎn)量。攻關(guān)前，薄板廠每月需要更換40塊左右大銅瓦，嚴(yán)重影響了 薄板的正常生產(chǎn)，所以提高大銅瓦使用壽命就成了關(guān)鍵問題，降低銅瓦使用鑄命就成了關(guān)鍵問題，降低銅瓦消耗迫在眉睫。 

　　二．影響大銅瓦壽命的原因分析 

　　通過多次在現(xiàn)場取得的調(diào)查結(jié)果分析，我們發(fā)現(xiàn)在影響大銅瓦的使用壽命的眾多原因當(dāng)中，有幾個原因是主要的，需要作為重點(diǎn)來解決。 

　　1．大銅瓦使用當(dāng)中報廢的原因主要是碎裂，出現(xiàn)碎裂的原因是鑄件脆性高、抗沖擊韌性較差，在強(qiáng)大的外力作用下發(fā)生脆性碎裂或產(chǎn)生裂紋。 

　　2．軋機(jī)在軋制鋼材過程中，銅瓦受到強(qiáng)烈的沖擊和強(qiáng)大的壓下力，壓下力在兩千噸左右。銅瓦除了要有高的抗沖擊韌性外，還必須有較高的抗壓強(qiáng)度。在這種惡劣的條件下，微小的內(nèi)在缺陷或組織結(jié)構(gòu)的不盡合理，都會造成銅瓦使用壽命的大大降低。 

　　3．銅瓦本身鑄造質(zhì)量不是很穩(wěn)定。這種合金含有熔點(diǎn)較高的錳、鐵等元素，還含一定數(shù)量的鋁（錳12%、鋁8%、鐵3%）。在熔煉、澆注過程中，鋁在高溫下極易氧化，形成的氧化物很不容易去除，附在鑄件表面影響鑄件的表面粗糙度及表面質(zhì)量，夾雜在鑄件當(dāng)口的部分大大降低了鑄件的機(jī)械性能，從而降低了使用壽命。所以必須加強(qiáng)熔煉操作，提高銅瓦質(zhì)量的穩(wěn)定性。 

　　4．銅瓦在鑄造過程中，鑄件表面由于受鑄型的激冷作用，其表層金相組織細(xì)密，綜合性能高，但加工銅瓦時這一層都被加掉了，影響到了組織的強(qiáng)度和韌性。所以必須提高鑄造金屬型尺寸精度，減少加工余量，盡量保留表層附近的金相細(xì)密組織層。 

　　5．這種合金結(jié)晶范圍較小，形成層狀凝固，體收縮較大，易形成集中縮孔。降低了銅瓦的抗壓強(qiáng)度和抗沖擊韌性。所以應(yīng)采取更合理的鑄造工藝，設(shè)置更合理的澆冒口系統(tǒng)，提高鑄件內(nèi)在質(zhì)量。 

　　三．采取的措施 

　　1．改進(jìn)金屬型尺寸精度。金屬型導(dǎo)熱性好，散熱快，可以得到細(xì)小、致密的結(jié)晶組織，提高鑄件的力學(xué)性能。表層附近的金相組織細(xì)密，為了減少銅瓦的加工余量，盡量保留表層附近的金相細(xì)密組織層，必須提高鑄造金屬型的尺寸精度。由于用純加工的辦法制造金屬型是很復(fù)雜的，也很困難，同時也不經(jīng)濟(jì)。只有用鑄造成形的辦法生產(chǎn)金屬型內(nèi)腔，內(nèi)腔的形狀就是銅瓦毛坯的外形。這就是用到兩次鑄造手段生產(chǎn)出銅瓦毛坯。其間必須解決好兩次鑄造尺寸的變化。首先，按照銅瓦毛坯各部尺寸計算生產(chǎn)銅瓦的金屬型毛坯的木模應(yīng)用的尺寸。利用木模型鑄造出金屬型毛坯。然后加工好金屬型，用金屬型生產(chǎn)銅瓦毛坯。測量銅瓦毛坯各部分尺寸與圖紙尺寸進(jìn)行對照。以銅瓦毛坯尺寸為準(zhǔn)，往回倒算金屬型和用來生產(chǎn)金屬型的木模型應(yīng)用的尺寸。這個過程至少進(jìn)行兩次才能保證銅瓦毛坯尺寸符合我們的要求。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)得到尺寸合格的銅瓦毛坯。為了保證粗糙度，提高表面質(zhì)量。我們采用以下措施：A．金屬型毛坯砂型兩次刷涂料，上窯前一次，出窯后一次。B．專人負(fù)責(zé)刷金屬型內(nèi)表面涂料。金屬型內(nèi)表面應(yīng)干凈無銹無殘余涂料，刷涂料要均勻，厚度在0.2-0.3mm之間。C．刷金屬型涂料要均勻，刷的過程中要不斷攪拌涂料，以免發(fā)生沉淀。D．刷好涂料后，用刮刀將金屬型面和表面清理干凈，才能合箱。 

　　2．為了保證銅瓦的尺寸和表面粗糙度，金屬型表面要選用涂敷性、耐火性更好的涂料。以前用機(jī)油、石墨粉涂料，它使鑄件有表面不太光潔，主要是成本較低�，F(xiàn)在我們采用酒精、松香涂料。第一次刷涂前，為防止涂料不易粘附，我們對金屬型表面進(jìn)行了噴砂處理。 

　　3．為了保證銅瓦的內(nèi)在致密度，調(diào)整銅瓦的成分為錳12%、鋁7%、鐵3%。在熔煉、澆注過程中，減少鋁含量可以減少鋁在凝固時的偏析，減少縮孔的傾向，提高內(nèi)在致密度。 

　　4．提高熔煉質(zhì)量。這種合金含有一定數(shù)量的鋁。在熔煉過程中，必須嚴(yán)格控制熔煉速度和銅液溫度，避免氧化�，F(xiàn)在利用吹氬凈化的辦法除掉銅液中氣體和一部分雜物，保證銅液的純凈度。其次進(jìn)行仔細(xì)的脫氣，減少氣孔、針孔，特別是防止氫脆。當(dāng)鑄件含氫量高時，在使用溫度較高時，氫會析出，使鑄件產(chǎn)生微裂紋，在強(qiáng)大外力作用下會逐漸產(chǎn)生大裂紋。所以在加金屬料熔化前先加精煉劑、覆蓋劑。熔煉出爐后用木炭覆蓋，防止銅液吸入氣體，減少銅液中的含氣量。另外要特別嚴(yán)格控制錳、鐵含量，尤其是錳對銅瓦的抗壓強(qiáng)度和抗沖擊韌性影響較大。所以應(yīng)采取更合理的配料辦法，保證合金成分穩(wěn)定。采用的措施有（1）由于熔煉時合金要有燒堝，為了合理控制合金成分，我們多次統(tǒng)計，搞清了錳、鋁、鐵三元素的燒損率。（2）由于熔煉時要用到一定比例的廢銅，而且廢銅的成分差別較大，如果分類不仔細(xì)，容易造成合金成分的波動。我們把廢銅按相同成分進(jìn)行分類存放（以往按相似成分進(jìn)行分類存放），保證了合金成分的穩(wěn)定。 

　　5．采取更合理的鑄造工藝。（1）改進(jìn)現(xiàn)有的澆注系統(tǒng)，采用反澆口保證銅液充型平穩(wěn)，避免鑄件夾渣和保證鑄件的順序凝固。采用更合適的冒口形狀和尺寸促進(jìn)鑄件的順序凝固。澆注后視收縮情況進(jìn)行點(diǎn)注補(bǔ)縮�？刂坪脻沧�時銅液和鐵模的溫度，保證鑄件的表面粗糙度、表面質(zhì)量及內(nèi)在質(zhì)量。（2）金屬型本身不透氣，如果內(nèi)型腔排氣不良，會造成澆注不足和氣孔等缺陷。雖然我們改良了澆冒口系統(tǒng)的設(shè)置，考慮了合金液體平穩(wěn)的充滿鑄型，使空氣順序地從冒口排出。所以金屬型中的這些地方，應(yīng)設(shè)在特種排氣措施。我們在分型面上開出深0.4--0.6mm，寬10mm的扁縫，順利的解決了金屬型的排氣問題。（3）保持金屬型澆注時溫度在100攝氏度到150攝氏度之間，由于金屬型有較強(qiáng)的冷卻作用，如果模溫過高，則結(jié)晶速度慢，鑄件容易產(chǎn)生縮松，保持一定的溫度，以達(dá)到理想的鑄件結(jié)晶結(jié)構(gòu)。（4）銅液脫氧時加入少量稀土銅加強(qiáng)脫氧和孕育效果，促進(jìn)細(xì)化晶粒。 

　　四．實(shí)施效果 

　　經(jīng)過努力，大銅瓦的消耗量從每月40多塊降低到每月20塊左右，減少了軋機(jī)更換銅瓦的時間50%，提高了軋機(jī)的生產(chǎn)效率，使大銅瓦的消耗量達(dá)到了歷史最好水平，提高了生產(chǎn)的數(shù)量。