消失模生产低碳钢铸钢件的生产操作与控制措施

hmdz1998

消失模铸造作为“绿色铸造项目”由于其属于绿色环保的铸造模式、铸件光洁规则、产品质量好、生产成本低，适用于铸件的大批量生产及特殊铸件生产的特性，而在国内被越来越多的厂家企业认可并采用。然而，多年来由于各厂家消失模生产线的建设状况、生产工艺条件、技术参数等设置的限制，造成生产铸钢件时，铸件表面增碳和低碳钢（ZG25）铸件含碳量超标的现象较为普遍。从而引发了“消失模是否能生产低碳钢铸件”的争论话题来。消失模生产铸造中只要对生产工艺技术参数、生产工艺条件、生产运行操作进行严格的控制管理，是完全能生产出产品质量完全合格的低碳钢铸钢件的。


造成铸件含碳量超标的原因主要有以下几点：

1）铸件的模样材料选择不合理。在铸件白模模样材料的选择中，一是含碳量高；二是白模密度太高。从而造成铸件模样在浇注过程中的热分解时含碳量高，使铸件在浇注充型过程中液相及雾状游离碳含量高，造成铸钢件的渗碳机率增大。

2）铸钢件的生产熔炼配料中碳含量未严格控制，特别是各种废钢中的含碳量和各种废钢中是否存在有其他合金成分的材料不明。

3）铸件的模样组合粘接面多。模样组合件质量差、组合面不光滑平整，造成模样在组合粘接时用胶量增大，则其热分解产物的含碳量增高。

4）白模粘接剂选择不合理。一是对粘接剂的材料质量成分含量未做要求，采用了含碳量高的粘接剂；二是所选粘接剂的粘接能力差，造成白模组合粘接时的用胶量大；增大了浇注过程中粘接剂热分解产物的含碳量，而增大了铸钢件的渗碳机率。

5）在铸件的浇注系统设置中浇注充型设计不合理。因在生产低碳钢铸钢件时，铸钢件产品的含碳量低，如果铸件的浇注充型方式设计不合理，则铸造模样热分解产物中碳扩散到铸件里去的机率增大，而造成渗碳、增碳现象的发生。

6）铸造模样的涂料层及浇注砂箱中的型砂透气性差。将造成铸件在生产浇注过程中，模样及模样组合粘接剂遇到浇注钢液进行模样热分解时的热分解产物，不能迅速排出浇注型腔，而创造出渗碳、积碳的不利工况与条件来。

7）铸钢件的浇注系统设置不合理。特别是抽真空系统与浇注砂箱或铸件浇注工艺造型的配置不合理，造成铸件在浇注过程中，浇注砂箱内的真空度不等、偏差过大，或实际真空度不足，而真空压力表显示又是符合技术参数要求的错误数值，使模样的热分解产物无法迅速快捷地排出浇注型腔，造成铸件的渗碳或积碳。

8）铸件的浇注造型系统设置不合理。造成铸件模样在浇注时，一是模样的气化时间过长，二是铸件浇注时的充型方式设置不合理，造成模样的热分解产物不能顺利进入集渣腔或冒口中，延长了热分解产物中液相和固相的接触反应时间，从而增大了铸件的渗碳机率。

9）铸件的浇注条件设置不合理。如浇注充型的流程设置过长，造成浇注过程中浇注钢液温度低，特别是对铸件壁厚增大位置，浇注钢液的凝固速度慢，造成液相—固态停留时间较长，促使了钢液与模样热分解产物的作用时间增长，加大了铸钢件的渗碳与积碳量。

针对消失模生产低碳钢铸钢件时，各种可能造成含碳量超标的原因分析归纳总结后，对消失模生产低碳钢铸钢件的生产工艺技术参数设计进行修改调整，营造出一个合理可靠的低碳钢铸钢件浇注工艺技术条件设置系统的生产运行模式，从而保证采用消失模生产合格的低碳钢铸钢件产品的技术要求。在调整消失模生产低碳钢铸钢件的生产操作控制工艺技术参数设置时，特别要注意以下几个要点。

1）采用中频熔炼，要严格控制熔炼碳素钢的配料计算和实际配料、选料、投料的操作。因配料计算是保证熔炼出成分合格的钢水及含有最少气体与夹杂而铸出优质铸钢件产品的关键所在。而配料、选料、投料的准确，是铸造出产品质量合格与否的根本保证。因此，对回炉废钢必须进行严格的分检制度。特别是必须将合金钢废料和材质不清楚的废料挑除，保证熔炼配料材质的成分符合铸造工艺技术参数的要求，是消失模生产低碳钢铸钢件操作控制中的第一要务。

2）选择含碳量低的泡沫塑料或预发珠粒制作铸件模样。目前国内生产的聚苯乙烯泡塑EPS含碳量为92%；苯乙烯甲基丙烯酸甲酯共聚树脂STMMAC含碳量为69.6%；可发性聚甲基丙烯酸甲酯EPMMA，含碳量为60.0%；用EPS材质制作铸件模具将使铸件在浇注过程中，钢水的含碳量增加0.1%～0.3%，而采用EPMMA或STMMA材料进行铸件模具制作时，铸件在浇注过程中因模具材质原因造成的增碳量低于0.05%。

3）选择适宜的泡沫密度进行铸件模样的制作。在保证模样制作温度技术要求和铸件生产浇注时不出现因泡沫塑料质量引起的其他缺陷时，制作铸件模样的泡沫密度越小、泡沫塑料越少，对减少铸件的渗碳积碳现象越好。

4）提高铸件模样的制作质量。铸件模样能整体制作时，不应采用组合制作，要尽量减少铸件模样的粘接面。进行模样粘接结合时要保证模样的粘接组合面光滑平整，尽量减少粘接用胶量，降低胶的热分解产物量即降低了热分解产物的含碳量。

5）选用含碳量低或无碳的粘接剂。即应采用负压铸造粘接专用胶进行模样的组合粘接，而不使用含碳量高的低质普通胶进行粘接。并且在模样组合粘接时，在保证胶的粘接温度及粘接强度时，要尽量减少粘接剂的用量，从而降低粘接剂的热分解产物。

6）选择并确定合理的浇注系统。对铸件的浇注工艺设计，要尽可能使铸件在浇注过程中有加速模样泡沫塑料的气化作用，尽量减少及错开其热分解产物中液相与固相接触和反应的时间，从而减少或避免铸件的渗碳现象发生。

7）选择并确定铸件适宜的浇注温度和浇注速度。因相同的铸件如浇注工艺造型不同，在相同温度浇注钢液进行铸件浇注时其实际充型温度是完全不相同的。如浇注温度提高，浇注速度也提高，将造成铸件模样热分解加快而不易完全气化，使热分解的产物在液相中的量增加，同时因钢液与模样的间隙较小，液相中的热分解物常被挤出间隙后，被挤到模样涂料层和金属液之间，或钢液流动的冷角、死角，造成接触面增加，碳浓度增加，渗碳量也将增大。同时特别要注意，如铸件浇注工艺造型不合理，钢液浇注温度过高且浇注速度太快，将会造成冒气、反喷的生产事故发生。

8）在模样中添加阻燃剂，从而阻止模样高温时的裂解燃烧，使它不产生或少产生含碳的固态产物。如加入阻燃剂0.5%～3%氯化石蜡、三磷酸盐、五溴二苯醚、三氧化二锑等。同时加入0.2%%～0.5%的二苯酰过氧化物、二月桂酰过氧化物等，以加速含阻燃剂的模样转变为气体，从而减少铸件浇注过程中的渗碳工况与条件发生。

9）在模样涂料层的刷涂过程中，可添加防渗碳材料。在模样涂料配制过程中加入某些抗增碳催化剂，如碱金属盐、石灰石粉进行配置，使模样在浇注后涂料层中能分解出足够量的CO、CO2气体进行吸碳，从而防止铸件渗碳；或在涂料中加入氧化剂，促使模样热分解后的C、H2气体转变为中性气体，从而使热分解后的C与H减少渗入铸件内，造成增碳或氢脆现象的发生。

10）严格控制型砂的回用处理质量。保证型砂生产使用时符合工艺技术参数的要求，特别是型砂中粉尘的含量必须严格控制，防止浇注砂箱的透气性因粉尘而降低，造成铸件模样的热分解产物不能及时排出浇注型腔，而增大铸件的增碳机率。

11）低碳钢铸件生产浇注时，要提高浇注砂箱的真空度。造型砂箱应采用箱壁抽真空的结构，在浇注时箱壁抽真空能加速热分解物逸出涂层到型腔外，从而减少模样热分解产物的浓度和接触时间，降低或避免铸钢件的渗碳、积碳现象。型砂粒度在20目～40目时，铸钢件浇注时以0.03MPa～0.06MPa为宜。如果负压度过大，将会引起铸件粘砂及其他缺陷的发生。

12）对低碳钢铸件的浇注，应尽可能采用底注式浇注方法进行浇注，使浇注钢水的充型流动平稳，模样热分解产物能顺利进入集渣腔或冒口中，从而降低和减少模样热分解产物中液相和固相的接触反应时间，降低和消除增碳机率。采用雨淋式浇注系统对低碳钢铸件进行浇注，将造成铸件增碳、渗碳、积碳的工况和条件增大，使铸件产生严重的缺陷而不宜使用。

消失模铸造完全适用于生产铸钢件，采取有效的生产操作控制方法进行生产运行控制管理，并严格控制好铸件的熔炼、配料计算和实际配料、选料、投料的操作质量，尽量降低和消除浇注过程中的增碳、渗碳、积碳工艺条件与状况，即可生产出完全合格的低碳钢铸钢件产品。采用中频熔炼消失模铸造低碳钢铸钢件时，严格控制熔炼配料的含碳量，采用含碳量少、杂质少的优质回炉料进行熔炼铸造，完全能生产出优质低碳钢铸钢件来。因为国内外优质特种钢材的生产熔炼绝大多数都是由优质回炉料组配熔炼铸造出来的。