黃賢毅（太原鐵路局設(shè)備監(jiān)造處，山西太原　030013）

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轉(zhuǎn)K2型搖枕澆口端粘砂問題的解決實踐

黃賢毅
（太原鐵路局設(shè)備監(jiān)造處，山西太原030013）

摘要：根據(jù)對轉(zhuǎn)K2型搖枕澆口端粘砂原因的分析，對搖枕鑄造工藝進(jìn)行了一系列改進(jìn)，較好地解決了澆口端的粘砂問題。

關(guān)鍵詞：搖枕；粘砂；工藝改進(jìn)

搖枕、側(cè)架作為鐵路貨車走行部的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量對貨車的運行安全及品質(zhì)起著至關(guān)重要的作用。努力減少鑄造缺陷的發(fā)生，把好源頭質(zhì)量關(guān)，為鐵路運輸安全提供源頭質(zhì)量保證是我們應(yīng)盡的職責(zé)。

粘砂是在鑄件外表面或內(nèi)腔形成難以清除的鋼砂混合物，是鑄件的常見缺陷之一，通常存在于鑄件的澆口端及熱節(jié)附近，不僅使鑄件表面粗糙難看，給機(jī)加工帶來困難，而且易誘發(fā)鑄件產(chǎn)生其他鑄造缺陷。如粘砂造成的鑄件表面粗糙，顯著增加了鑄件收縮阻力，使鑄件裂紋傾向加大。同時，粘砂區(qū)域又有礙于缺陷觀察，嚴(yán)重的粘砂將影響產(chǎn)品的幾何尺寸，會給組裝帶來負(fù)面影響。因此，解決鑄件粘砂問題，對提高產(chǎn)品質(zhì)量，保證產(chǎn)品的安全性能，是控制源頭質(zhì)量的重要步驟。本文針對搖枕、側(cè)架常見的鑄造缺陷之一粘砂，在轉(zhuǎn)K2搖枕上進(jìn)行了解決。

1　轉(zhuǎn)K2搖枕粘砂情況簡介

圖1　改進(jìn)前的搖枕澆口端

太原機(jī)車車輛廠鑄鋼車間生產(chǎn)的轉(zhuǎn)K2型搖枕，采用的是一端澆注工藝，由于單端澆注時間較長（有時達(dá)45 s）加上型砂的緊實度、澆注溫度、鋼水的純凈度等因素的影響，搖枕的澆口端經(jīng)常產(chǎn)生粘砂缺陷（如圖1所示），不僅清理困難，沖進(jìn)鑄件內(nèi)部的細(xì)小夾砂將減小鑄件受力截面積，并產(chǎn)生應(yīng)力集中，嚴(yán)重時只能做報廢處理。

2　粘砂成因分析

從現(xiàn)有的鑄件粘砂情況看，粘砂位置全部集中在澆口周圍，上箱旁承盒以外，下箱的彈簧承臺面（如圖1所示），內(nèi)腔立筋。粘砂層厚度為2mm～8mm的鐵砂混合體，屬于機(jī)械粘砂、化學(xué)粘砂及高溫粘砂的綜合體。搖枕屬于長大箱體鑄件，長×寬×高約2 400 mm×350 mm×400 mm，為獲得清晰的鑄件輪廓和較高的密實度，單端澆注工藝往往設(shè)計的靜壓頭較高，加之內(nèi)澆口形狀、面積設(shè)計不合理等因素造成澆口附近的型砂長時間被高溫鋼水沖刷。在澆注過程中金屬液表層薄膜迅速發(fā)生氧化，F(xiàn)eO的熔化溫度為1 370℃～1 380℃，而氧化物的薄膜增加金屬液對鑄型的浸潤性，氧化的鋼水流動性特別好，過熱的鋼水對底部反復(fù)沖刷，使鑄型表面的耐熱層被破壞，砂粒的燒結(jié)致使孔隙尺寸增大，流動性好的鋼水在較大的靜壓頭的作用下滲透進(jìn)砂粒間隙中，間隙中的鋼水（FeO）在流動鋼水的帶動下，向前繼續(xù)流動，型砂間隙繼續(xù)被高溫氧化后的鋼水充填，故形成一定厚度的化學(xué)粘砂（硅酸鐵2FeO.SiO2，熔點1 205℃）.填充的鋼水又由于型砂溫度很高，不會產(chǎn)生激冷或冷凝作用，粘砂層進(jìn)一步加劇，于是形成粘砂缺陷。

3　防止粘砂措施

從粘砂的形成機(jī)理上不難看出，造成粘砂的因素是多方面的，通過廠驗雙方共同研究，決定對轉(zhuǎn)K2搖枕工藝進(jìn)行改進(jìn)。

3.1改進(jìn)前工藝

改進(jìn)前工藝設(shè)計是：直澆道采用φ60鑄管磚，采用階梯式上下兩層內(nèi)澆口（如圖2所示），從一端進(jìn)行澆注，另一端為出氣冒口端。

圖2　改進(jìn)前的內(nèi)澆道

其它工藝參數(shù)如下：

1）澆注時間：工藝上為20s/箱～45s/箱，為保證其內(nèi)部的密實度，實際澆注時間為29 s/箱～32s/箱，按澆注后期從收流到補(bǔ)澆，一般都在45 s/箱以上，即澆口處鋼水的過熱時間大于45 s；

2）澆注溫度：工藝規(guī)定為1 540℃～1 580℃，澆口端距冒口端的距離為2 460 mm.為了使充型順暢，不至于使冒口端產(chǎn)生澆不足的缺陷，則必須保證足夠的澆注溫度和靜壓頭；

3）現(xiàn)場所使用的型砂為CO2水玻璃石英砂，水玻璃加入量5%～8%，原砂粒度為40目～70目，鉻鐵礦的粒度為70目～100目；

4）現(xiàn)場所使用芯砂為有機(jī)脂水玻璃砂，水玻璃為改性水玻璃，加入量3%～3.5%，固化劑為10%～14%，24 h后再使用。

3.2改進(jìn)后的工藝

為了解決澆口端粘砂這一缺陷，對工藝進(jìn)行了一系列改進(jìn)：

1）在澆口端上、下箱多扎暗氣眼，增加鑄型的排氣能力，在澆注過程中，有利于型砂水分的蒸發(fā)，減少氧化氣氛的形成，來減少粘砂缺陷；

2）加大內(nèi)澆口截面積，由原來的40 cm2，增加到81 cm2（如圖3所示），減小了鋼水對砂型及砂芯的沖刷；

3）在澆口附近涂刷耐火度高的鋯英粉涂料，在鋼水的沖刷下表面耐火層不至于被迅速破壞；

4）澆口周圍及易粘砂處使用耐火度高的成型鉻鐵礦砂，并在鉻鐵礦砂中加入1%～1.5%的碳粉，在表面耐火度被破壞的情況下，碳粉的碳化作用，能使表面局部產(chǎn)生一定的還原氣氛，阻礙鋼水被氧化，也就阻礙了粘砂缺陷的形成。又因鉻鐵礦砂密度大，在震實過程中，砂粒間的孔隙自然很小，也減少了氧化滲透作用；

5）降低澆注溫度，開澆溫度改為1 540℃～1 570℃.澆注溫度過高鋼水流動性提高，且金屬液易被氧化，均會增大粘砂傾向，另外，過高的澆注溫度能迅速毀壞砂芯或砂型的表面層，使氧化金屬液滲入砂型、砂芯，造成粘砂。

4　應(yīng)用效果

通過上述工藝改進(jìn)，并嚴(yán)格控制澆注溫度，要求實際開澆溫度控制在 1 550℃～1 560℃之間，對鑄型緊實度進(jìn)行跟蹤檢測，濕態(tài)硬度控制在30 kPa～45 kPa之間，澆口端粘砂缺陷基本消失（如圖4所示）。

粘砂缺陷的解決，不僅提高了鑄件的產(chǎn)品質(zhì)量，還大大減輕清理工人的勞動強(qiáng)度，并降低了生產(chǎn)成本。經(jīng)過一年的生產(chǎn)實踐，證明工藝改進(jìn)措施有效，效果明顯。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 鑄造手冊·鑄鋼［M］.中國機(jī)械工程協(xié)會鑄造分會編制.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

圖4　改進(jìn)后的搖枕澆口

中圖分類號：TG245

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-6694（2016）01-0045-02

doi：10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.01.014

收稿日期：2015-10-15

作者簡介：黃賢毅（1965-），男，浙江寧波人，助理工程師，主要從事鑄件產(chǎn)品質(zhì)量檢驗及鐵路鑄件產(chǎn)品監(jiān)理工作。

Solution of Burnt-on Sand on the Gate End of K2 Shaking Bolster

HUANG Xian-yi
（Taiyuan Railway Administration Equipment Supervision office，Taiyuan Shanxi 030013，China）

Abstract:Through analyzing the reasons of the pouring of the gate end of the K2 shaking bolster,a series of improvements were made to solve the burnt-on sand at the gate end.

Key words：bolster,burnt-on sand,process improvement