大 型 钢 锭 模 模 型 制 造 技 术 研 究

战庆文¹、申凤英²

作者单位1：山东钢铁莱钢集团设备检修中心，邮编：271104；

作者单位2：山东省东平县银山镇人民政府，  邮编：271513。

摘要：该文献公开了一种快速高质量制作大中型钢锭模钢架结构模型的方法，通过创新性的应用钢架结构作为模型的内（外）核骨架，并以其内（外）核钢结构骨架的刚性与制作精度等来确保钢架结构模型的整体质量，既大大降低了硬度较高的贵重木材的消耗，又最大限度的减少了造型与制芯操作过程中模型的变形与损坏，从而最终确保了铸铁钢锭模（铸件）的垂直度、壁厚偏差等制造以及使用质量要求。

关键词：模型，钢架结构，骨架，刚性，精度，装配。

 

 

1、研制背景

2000年以前，单支重量8-16t左右的中小型钢锭，尽管规格多、批量小，但是锭型应用广泛，铸铁钢锭模的生产多采取全木框架结构的实体模型。2000年以后，虽然冶金行业的连铸比逐年提高至92%以上，但是，一些风电企业尤其是军工企业，对大型电炉钢模铸钢锭锻件仍有一定的需求，需要单支重量16-20t以上的大中型钢锭作支撑；此种情况下，再沿用全木框架实体模作为大型钢锭模的生产模型，由于其使用寿命较低，而且模型的刚度和使用变形度愈发难以控制，已经远远不能适应钢锭模的精度等制造质量要求，为了最大限度的适应客户需求，充分利用工厂钢结构与加工中心的设备能力，不断拓宽工厂的盈利水平，我们大胆创新制作思路，研制了一种大中型铸铁钢锭模钢架结构模型的制作方法，以期达到与用户的共同发展。

大中型钢锭模主要有六角、八角、十二角等多种结构，其中又有瘦长型和矮胖型之分，现以单重25-30t（12角、瘦长型）铸铁钢锭模的制造为主，介绍其钢架结构模型制作方法的主要内容。

详见图1：25-30t（铸铁）钢锭模结构简图。

2、钢锭模（铸件）生产工艺设计

无论何种结构和类型的钢锭模，其浇注位置的选择皆为内腔尺寸较小一端朝上的铸造工艺，其中：四个吊轴设置为活块，组芯铸出。

加工余量选择：下部16mm、上部60mm。

铸造收缩率确认：高度方向0.35%、其它部位0.75%。

浇冒口系统设计：浇注系统设置为单侧顶雨淋式，浇系对侧设置带有缩颈的明顶冒口。

详见图2：25-30t（铸铁）钢锭模铸造工艺简图。

3、钢锭模（铸件）模型制作

3.1 制作钢锭模模型端部样板

依据钢锭模结构与工艺设计参数等，首先画出其模型尺寸图（图3）和上下端部样板图（图4），然后，制作其上下端部（外）模型和芯盒的样板“图样”，并在图样上刻出各角部相应的等分刻度线。

详见图3：25-30t（铸铁）钢锭模模型尺寸图，图4：25-30t（铸铁）钢锭模模型上下端部样板图。

3.2 钢架结构模型（芯盒）装配设计

3.2.1 模型木质贴板厚度（H、h）的确认

钢架结构模型木质贴板的厚度一般为40~60mm，本案例选择：外模型H＝50mm、芯盒h＝40mm。过厚、则粗老笨壮无研究意义，过薄、则容易造成使用过程中模型表面凹坑或断裂等缺陷，这是制作研究的关键技术之一。

详见图5：25-30t（铸铁）钢锭模钢架结构（外）模型尺寸简图，图7：25-30t（铸铁）钢锭模钢架结构芯盒简图。

3.2.2 钢架结构主体钢材的选定

考虑到起模和开盒方式的不同特点，为确保钢架结构模型的整体刚性，原则上使用角钢和槽钢作为钢架结构的主体钢材，本案例外模型以60×60角钢为钢架主体钢材、芯盒以80×80槽钢为钢架主体钢材。

详见图6：25-30t（铸铁）钢锭模（外）模型钢架结构简图，图8：25-30t（铸铁）钢锭模芯盒钢架结构简图。

3.2.3 钢架结构模型（芯盒）装配结构设计

木质贴板厚度与钢架主体钢材型号确定后，依据钢锭模的结构与模型尺寸图，分别进行钢架结构模型（芯盒）装配结构的设计，其中：钢架结构外模型装配结构中，以其外侧各角部的结构（尺寸）线为贴板与端部主体角钢的分段起点；钢架结构芯盒装配结构中，以其内侧各小角部的结构（尺寸）线为贴板与端部主体槽钢的分段起点，这是制作研究的核心技术。

3.3 钢锭模钢架结构外模型的制作

3.3.1 钢锭模外模型的钢架结构设计

依据木质贴板厚度与钢架主体钢材的尺寸，分别对其上下端部设计或放样（详见图5）。外侧各角部的结构尺寸，以其两法线切点和相对于圆心的角度连线以及两相邻角钢的交汇区域来确定，详见图5“角部模型贴板放大图”，其中：b、c由m而定；在此基础上，进而确定出外侧平面部分模型贴板的结构与尺寸；由此，设计出钢锭模外模型的钢架结构简图，并结合联接螺钉的尺寸、确定出其上固定角部贴板模型钢板的位置尺寸（m）（详见图6）。

3.3.2 制作钢锭模外模型的钢架结构

委托钢结构车间制作钢锭模外模型的钢架结构，钢结构车间制作过程中应采取防止变形的措施，确保其整体刚性最高，必要时与机加工车间配合、调整高度方向的垂直度偏差为最小。

3.3.3 平面与角部模型贴板下料

平面与角部模型贴板下料，下料时外侧工作面方向各再预留2~4mm刨削修正余量，以便调整和精修模型，这是制作研究的关键技术之一。

3.3.4制作钢锭模钢架结构外模型

依据预先制作的样板“图样”，在外模型钢架结构上下端部划出相关的刻度线，分别将平面与角部模型贴板预装于钢锭模外模型的钢架结构上，进行相互间联接孔的号位与钻制，然后，先装配、调整角部模型贴板，再装配、调整平面部分模型贴板。

初步调整完毕，再次依据预先制作的样板“图样”，在预装配的钢架结构外模型上下端部划出其外部轮廓刻度线，然后手工精修木质模型贴板至合适尺寸，必要时，将各贴板卸下精修。

3.4 钢锭模钢架结构芯盒的制作

3.4.1 钢锭模芯盒的钢架结构设计

依据木质贴板厚度与钢架主体钢材的尺寸，分别对其上下端部设计或放样（详见图7）。内侧各小角部的结构尺寸，以其两个外切弧线的切点和相对于圆心的角度连线的延长线以及两相邻槽钢的交汇区域来确定，详见图7“R65小角部模型贴板放大图”；在此基础上，进而确定出内侧大半径弧面部分模型贴板的结构与尺寸；由此，设计出钢锭模芯盒的钢架结构简图，并结合联接螺钉的尺寸、确定出其上固定小角部贴板模型钢板的位置尺寸（n）（详见图8）。

3.4.2 制作钢锭模芯盒的钢架结构

委托钢结构车间制作钢锭模芯盒的钢架结构，钢结构车间制作过程中应采取防止变形的措施，确保其整体刚性最高；毛坯制作完毕，将两半钢架结构芯盒合装转机加工车间，并配合其调整高度方向的垂直度偏差为最小；然后，配制两半钢架结构芯盒结合面处的联接（开口）孔。

3.4.3 小角部与大半径弧面模型贴板下料

小角部与大半径弧面模型贴板下料，下料时内侧工作面方向各再预留1.5~3mm刨削修正余量，以便调整和精修其内表面，这是本发明的关键技术之一。

3.4.4 制作钢锭模钢架结构芯盒

将两半钢架结构芯盒合装，依据预先制作的样板“图样”，在芯盒钢架结构上下端部划出相关的刻度线，分别将小角部与大半径模型贴板预装于钢锭模芯盒的钢架结构上，进行相互间联接孔的号位与钻制，然后，先装配、调整小角部模型贴板，再装配、调整大半径弧面模型贴板。

初步调整完毕，再次合装并依据预先制作的样板“图样”，在预装配的钢架结构芯盒上下端部划出其内部轮廓刻度线，然后手工精修木质模型贴板至合适尺寸，必要时，将各贴板卸下精修。

3.5 涂饰与试用

钢架结构的（外）模型与芯盒制作完毕，表面使用腻子补洞（缝）、砂纸打磨光洁后，涂刷相应的色漆或脱模剂，转生产车间待用。

至此，大型钢锭模模型制造完毕。

4、效果评价与结论

4.1 效果评价

自2002年始直到2015年，16-20t以上的大中型钢锭模模型一直沿用钢架结构的模型，既大大降低了硬度较高的贵重木材的消耗，又最大限度的减少了造型与制芯操作过程中模型的变形与损坏，从而最终确保了铸铁钢锭模铸件的垂直度、壁厚偏差等制造以及使用质量要求。

4.2 关键技术

在大型铸件模型的制作中，创新性的应用钢架结构作为模型的内（外）核骨架，并以其内（外）核钢结构骨架的刚性与制作精度等来确保钢架结构模型的整体质量；在钢架结构模型的装配过程中，提出了“首先安装（小）角部木质贴板，并以（小）角部木质贴板为基准，依次安装其它部位木质贴板”的顺序和方法，确保了钢架结构模型的制作装配质量，同时也提高了其装配效率。

4.3 结论

经过生产实践证明，大中型铸铁钢锭模钢架结构模型的制作方法，创新思路新颖，钢架结构模型装制作配型式简单，生产实用、耐用，经济性高，可广泛应用于整体质量要求较高的滚筒、空心辊轴等大型铸件模型的制作生产中。

 

 

 

参考文献：

1、《铸造工艺设计基础》，河北工学院 李魁盛 主编，机械工业出版社，1980年；

2、《砂型铸造工艺设计》，东北七院校铸造专业教材联合编写组 主编，大连铁道学院教材印刷组，1974年；

3、《铸铁及其熔炼》，西安交通大学 陆文华 主编，机械工业出版社，1981年；

4、《冶金设备制造通用技术条件标准汇编》，冶金部冶金机电标准化技术委员会 编，中国标准出版社，1995年。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                

                                                                

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                

 

                                                                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                

                                                                

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                

                                                                

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                 

                                                                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

作者简介：战庆文，男，1963年2月出生，山东省东平县人，1987年7月毕业于山东大学材料工程学院（学士学位），统配到山东钢铁莱钢集团设备检修中心从事铸造专业至今。山东省铸造高级工程师，莱钢集团优秀科技人员。主要从事中频感应电炉的洁净化冶炼研究、高炉渣粒化衬板、加热炉辊头、竖炉齿顶等耐热耐磨铸件的的深度开发、基于减少发气量和降低制造成本的树脂砂生产工艺技术的再研究、以及水冷铸件铸造工艺的综合研究等。