浅谈铸钢车间设计及运行

浅谈铸钢车间设计及运行

铸造钢制品对经济和贸易的各个部门都是不可或缺的。对铸造工艺来说,铸钢件的形状和大小可以千变万化,几乎没有限制。现有的各种成分的铸钢具有各种各样的机械性能和物理性能,可满足各种使用要求。由于发达国家的产业结构调整带来的铸钢件产业的转移,我国经济的发展对铸钢件的使用和需求的快速增长,形成了现阶段及今后一个较长时期新建和改建铸钢车间项目的增多。通过若干铸钢车间规划设计和与若干企业管理技术人员的交流,一方面感受到追求新技术、新工艺、新管理和强调竞争优势的愿望,又深刻体会到存在投资规模的确定、过程的可控和建成后使用和适应效果等若干方面的可变和茫然,对此情况,本文针对铸钢车间的设计及考虑的重点做一简单论述,起到抛砖引玉的作用。1按特种钢生产企业生产经验数据表明,占总量95%以上的铸钢件是由碳钢件和低合金钢构成,将一个铸钢车间设定能进行大规模的特种钢生产的前提条件是有稳定的销售渠道。在市场不明确前提下,整个铸钢车间完全按特种钢生产模式配备设备和工艺流程,必然带来部分设备的使用效率的下降甚至闲置,需要注意的是该部分设备的投资往往占总工艺设备投资的很大比例。建议保证基本钢种生产的条件下,逐步提高特种钢的生产,探索适应自己特色和条件的高端铸钢件生产模式和管理模式。2经济规模的确定小规模生产碳钢件和低合金钢效益较差,目前的铸钢件车间工艺设备投资及环保投资均比10年前大幅提高,上世纪80年代～90年代设定的铸钢车间经济规模3000t/a～5000t/a已不适应,通常来说现阶段生产碳钢件和低合金钢规模确定一般在10000t/a～20000t/a较为合适,能够最大效益的发挥厂房、设备和人员及配套设施的潜力;特种铸钢件规模确定在5000t/a～10000t/a就可适应市场的需求和关键设备能力的发挥。除非特殊铸钢件外,常规产品的规模设定一定要超过最低经济规模,发挥规模效益是新建和改造铸钢车间适应市场竞争的必要条件。3增设20t32t起重机厂房、设备对所生产铸钢件重量影响很大,确定合理的铸钢件重量范围是必须慎重的。通常10t电弧炉需要配备20t～32t起重机;20t电弧炉就需要配备50t起重机,为此,厂房等级上一个台阶,而单位面积用钢量从45kg上升到60kg以上。在一般生产中小件铸钢件车间设计中过分强调能够生产大型铸钢件是不合适的,相反一个大型铸钢件车间还想承担中小件生产也存在管理的复杂和大型设备的使用效率的降低。4lf钢包精炼炉vod目前,新建和改建的铸钢车间均采用精炼工艺。但精炼设备和工艺现在有数十种,并没有一个统一的选择标准和原则,往往对其他企业合理的精炼工艺和设备对另一个企业存在较多的问题,使用效果不理想。铸钢车间精炼设备和工艺确定的原则就是钢种的质量要求,适合产品生产,比较常用的有AOD、VOD和LF是钢包精炼炉。AOD是氧气和惰性气体(氩气)的混合气体从炉体侧面通过特殊的喷枪直接吹入熔池之中进行精炼,适合低碳和超低碳锈钢的精炼。VOD适用精炼各种碳钢、低合金钢和不锈钢。由于在真空下,可精炼纯净度和更高的钢液,气体和夹杂物含量更低。LF钢包精炼炉具备三项功能:真空、炉底氩气搅动和电极加热,适用于重型机械制造工业中大容量钢液的精炼。日本精炼工艺的发展和使用值得我国借鉴。日本大同特殊钢公司使用5tAOD炉和5tVILF炉,其中VILF炉(真空感应加热钢包炉)解决小容量LF炉的加热新工艺。对于对质量和性能要求高的重要铸件,如核电站用阀体、管道和特殊铸件采用ESC电渣精炼是必要的。由于ESC炉熔化的钢液一直在渣层的保护之下和凝固过程均在控制之下进行,避免浇注过程钢流的氧化和夹杂的形成,以及随着凝固过程的进行所出现的缩孔、皮下气孔和偏析等缺陷。主要产品为铸锭,还必须配备真空铸锭室,该方法比倒包滴流脱气法和出钢滴流脱气法产品质量更有保证,避免钢液降温和大气中浇注再次吸收气体。要明确现在精炼已由过去的单功能向多功能工艺转换,单一功能的炉外处理设备发展为多种处理功能的设备和将各种不同功能的装置组合到一起建立综合处理站两种趋势。这种多功能化的特点,不仅适应了不同品种钢生产的需要,提高了炉外处理设备的适应性,还可按铸钢车间产量、现有设备、钢种构成等条件较为灵活的选取最佳精炼工艺。炉外处理技术将朝着高效、优质、低耗、灵活和新型的方向发展。5脂硬化改性水玻璃砂自硬砂已成为铸钢生产的主要工艺。呋喃树脂自硬砂、碱酚醛脂硬化自硬砂、脂硬化改性水玻璃自硬砂,各有优缺点,应根据各企业不同的生产及产品特点择优选用。呋喃树脂自硬砂高温退让性差,树脂中含有较高的N,固化剂中含有S,因此一些壁厚不匀的铸钢件容易造成热裂,厚大铸钢件易造成N气孔。碱酚醛脂硬化树脂自硬砂不含N,固化剂不含S,用于铸钢、合金钢铸件不会产生N气孔、针孔缺陷。由于碱酚醛树脂砂常温下只有部分树脂发生交联反应,在浇注金属受热时还有一个再硬化的过程,因此这种树脂砂的高温尺寸稳定性好,铸件尺寸精度高,因此在铸钢特别是合金钢件、大型铸钢件的生产上应用愈来愈广。脂硬化改性水玻璃砂工艺价格较之碱酚醛相对低一点,但一般机械再生的砂回收率只能达到80%左右,再生成本也相对较高,工艺稳定性相对差一点,可使用时间及强度随循环次数变化较大,再生砂做面砂使用时必须加入大量新砂。因此,该种工艺一般用于有特殊要求的铸钢件生产上。铸钢件生产常用到特种砂,如铬铁矿砂,对该部分砂进行回收利用是不需考虑的。6落砂清理技术常规铸钢件特别是大型铸钢件人工去除砂芯和外挂型砂不仅工作环境差,而且效率低,是铸钢生产的瓶颈之一。落砂清理技术的发展方向之一是采用强力抛丸清砂。强力抛丸清砂是铸件开箱落砂后,把带砂子的铸钢件送入强力抛丸室清除表面砂和泥芯砂。由于高效率和符合清理工序的流程,应提倡使用。7分离混凝土铸造工艺采用大面积联合厂房是铸钢车间的趋势。考虑铸钢件生产散热量较大,车间的通风必须放在重要的地位,建议厂房跨度4跨～5跨。大件铸钢车间常规将清理与熔化、造型、制芯分离,垂直布置在独立厂房内的做法值得商榷。有条件下,拉长厂房长度(一般超过300m),将铸件清理与熔化、造型、制芯区域紧密联系,不仅减少铸件的调运周转,而且物流更为通畅,也更有利于清理废料(浇冒口、废砂等)的回收利用。日本制钢所室兰工厂铸钢车间近400m长的厂房使用效果就比国内垂直布置或独立布置铸件清理工部面积利用率高20%,灵活性高20%,单位面积厂房产能提高30%。8特东北部铸钢件合成根据铸件重量选择相应起重能力的行车已成为通用做法。需要指出的是不能将车间生产的最大件作为选择行车吨位的依据,特别是该大件不是常规产品时。建议车间的行车吨位按常规生产铸钢件重量配套,特大件采用合抬方式更为合理。日本制钢所室兰工厂铸钢件等级10t～400t,最大行车起重量150t。厂房跨度与投资有较大关系,建议在满足生产要求前提下,尽可能减小厂房跨度。生产大型铸钢件多采用地坑造型,在一跨内布置1条地坑比布置2条地坑,厂房跨度可缩小30%。9修建场地铸钢车间辅助系统远较铸铁车间复杂,各种材料堆场和烘烤量大、要求高;同时还需要考虑电弧炉和精炼炉备用炉壳、炉盖的修筑场地。对电弧炉、精炼炉需要的氧气、氩气、真空系统、除尘系统、水冷却系统、供配电系统需要统一考虑,整体协调。10烟气余热回收技术可持续发展也是铸钢产业面临和思考的。现阶段比较成熟的技术是电弧炉、精炼炉、热处理炉的、浇注坑的余热利用。电弧炉、