CN103658552B - 一种大型铸钢支承辊整体铸造模具系统及铸造方法 - Google Patents
一种大型铸钢支承辊整体铸造模具系统及铸造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103658552B CN103658552B CN201310661364.XA CN201310661364A CN103658552B CN 103658552 B CN103658552 B CN 103658552B CN 201310661364 A CN201310661364 A CN 201310661364A CN 103658552 B CN103658552 B CN 103658552B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- molten steel
- teeming
- swage
- sand
- roll
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000005266 casting Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 229910001208 Crucible steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 31
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims abstract description 50
- 238000005204 segregation Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 105
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 105
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 82
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 82
- 239000011449 brick Substances 0.000 claims description 17
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 13
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 12
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 12
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 11
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 11
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 claims description 10
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 10
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 claims description 8
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 8
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N Furan Chemical compound C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 4
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 4
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 4
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 3
- 150000002240 furans Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 3
- 230000002265 prevention Effects 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 14
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 abstract 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 abstract 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 6
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 4
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 3
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 3
- 208000001308 Fasciculation Diseases 0.000 description 2
- 208000025599 Heat Stress disease Diseases 0.000 description 2
- 206010028293 Muscle contractions involuntary Diseases 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000003031 feeding effect Effects 0.000 description 2
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 2
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N chromium iron Chemical compound [Cr].[Fe] UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005429 filling process Methods 0.000 description 1
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 description 1
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000003110 molding sand Substances 0.000 description 1
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
本发明是关于一种大型铸钢支承辊整体铸造模具系统及铸造方法，适用于200吨级以上铸钢支承辊的整体铸造。与传统工艺不同，本发明是在利用滑动辊模基础上，通过使用底注双浇注系统、简单易行的保温冒口、长水口补浇技术，使轧辊达到无裂纹、减缓元素偏析、超声波检测穿透能力强、辊身工作层力学性能优良的目的。尤其是采用的长水口补浇技术，成功解决了大型铸钢支承辊上辊颈偏析及裂纹问题。
Description
技术领域
本发明涉及铸钢支承辊的整体铸造技术，特别是关于一种超过200吨级的大型铸钢支承辊的整体铸造模具系统设计及铸造方法。
背景技术
最近十几年，随着轧机向高速化、自动化方向的发展，板形控制要求越来越优良，轧制条件越来越苛刻，致使提高轧制效率、降低轧制成本、保证产品质量成为突出问题。因此，对轧机上的支承辊使用性能要求也越来越高，选择最优的支承辊生产方法和材质是制造优质支承辊的关键。支承辊的制造方法主要分锻造和铸造两种方法。锻造方法工艺复杂，生产周期长，成本高。而铸钢支承辊以其特有的使用、工艺和经济方面的优越性，在国内外得到了广泛的应用。
铸钢支承辊的铸造方法主要有静止复合铸造和整体铸造两种方法。复合铸造支承辊由于辊身外层和芯部的材质不同，可以获得具有较高硬度的辊身外层，同时获得具有较高强度和韧性的芯部和辊颈。这种铸造方法钢水消耗量大，成本高，工艺复杂，外层和芯部材料之间的冶金熔合质量不易控制，而且在使用过程中容易产生剥落缺陷。整体铸造法是普遍使用的一种方法，目前，国外等一些主要轧辊制造厂普遍采用整体铸造结合差温热处理工艺来生产优质大型铸钢支承辊。这种支承辊的质量较为稳定、材料消耗较小、缺陷容易控制，在市场上更具有竞争力。
但是整体铸造铸钢支承辊的问题是，1）由于质量大，浇注钢液重量大，铸造成形困难；2）支承辊凝固时间长，化学元素偏析难以控制；3）支承辊长度过长，在凝固过程中补缩困难，支承辊芯部容易出现缩孔缩松缺陷；4）支承辊毛坯轴向收缩量大，易出现收缩裂纹。这些都是制约大型铸钢支承辊质量的关键因素，如果整体铸造方法不得当，就会出现上述这些问题。
发明内容
因此，本发明旨在克服大型铸钢支承辊整体铸造中的难点及生产成本，提供一种适用于200吨级及以上的整体铸造大型铸钢支承辊模具系统设计及铸造方法，对其所采取的技术方案是：
一种大型铸钢支承辊整体铸造模具系统，包括组合模和浇注系统，组合模包括冒口砂模、上辊颈砂模、辊身铁模和下辊颈铁模组成，其中冒口砂模采用保温砖砌筑内层，单块保温砖高400mm；浇注系统为底注式双浇包系统，包括浇口杯、直浇道、横浇道和内浇口。
进一步讲：
冒口砂模外层和上辊颈砂模由呋喃石英砂撞制而成，砂型表面还刷有醇基锆英粉涂料。
辊身铁模内表面涂有水基锆英粉涂料，厚度为1-2mm。
下辊颈铁模内表面覆铬铁矿砂，厚度为30mm，采用劈箱造型法砂。
冒口砂模、上辊颈砂模、辊身铁模、下辊颈铁模依次叠放，通过止口连接成整体组合模；在上辊颈砂模与辊身铁模之间还衔接有滑动辊颈铁模。
双浇包浇注系统，采用共有内浇口，所述内浇口与型腔连通，两条横浇道与内浇口采取切线形接口方式连接；直浇道自浇口杯以下300mm长度范围内为渐缩式变径，其余长度为等直径。
本模具系统还包括一长水口补浇装置，它包括一长水口和补浇装置搭接支架；长水口安装在补浇装置搭接支架上，下部伸向冒口位置；补浇装置整体搭接在冒口砂模顶部。
基于上述模具系统的一种大型铸钢支承辊整体铸造方法，包含：
1）基于计算机模拟，制作上述一组组合模具系统，实现整体造型、平稳充型、顺序凝固，以及降低上辊颈成分偏析及裂纹的目的；
2）所用钢液总重量通过公式：(型腔容积+浇注系统容积）*密度，计算得到，所述钢液分为支承辊本体钢液和补浇钢液两种，其中支承辊本体钢液重量以浇注液面高度高于成品件400-700mm为准，其余量为补浇钢液；
3）铸造前先将模具预热组装，然后采取双包合浇方式浇注支承辊本体钢液，浇注温度高于液相线温度50～60℃，浇注结束后覆盖100mm厚保温覆盖剂；
4）根据计算机模拟结果并结合温度检测，当冒口温度降至液相线温度以上20～30℃时，开始补浇钢液，补浇结束后覆盖100mm厚保温覆盖剂；
5）浇注完成后保温，冒口温度达到800-900℃后脱模打箱，而后进行热处理、机械加工，最后得到成品轧辊。
在模具制作工艺中，辊身铁模在190-210℃下内表面喷涂水基锆英粉涂料，涂层厚度为1-2mm；下辊颈铁模采用劈箱造型法在内表面覆铬铁矿砂，厚度为30mm。
滑动辊颈铁模支撑在上辊颈砂模与辊身铁模之间，由滑动内模、静止外模以及千斤顶式垫块组合而成，当浇注支承辊本体钢液时，使垫块支撑在滑动内模、静止外模之间，浇注完成后，取出垫块。
补浇钢液的浇注温度高于支承辊本体钢液浇注温度30～40℃，含碳量低于支承辊本体钢液的含碳量，按如下方法确定含量：根据动能定理（mg-F阻）*H=mVt 2/2-mV0 2/2计算出补浇钢液在支承辊本体钢液内下降的最大高度H，其中，mg为单位补浇钢液重能，F阻为单位补浇钢液在本体钢液下降过程中所受黏性阻力，Vt为补浇钢液最终速度，V0为补浇钢液初始速度；然后按补浇钢液与补浇高度区内本体钢液充分混合考虑，计算两种钢液混合后的碳、铬元素含量，目标值为：两者含量均处于＜0.5%范围。
本发明通过采取以上技术方案，解决了上述问题，并能获得以下有益效果：
1）通过采取合理的组合模结构：冒口、上辊颈采用砂模；辊身、下辊颈采用铁模，结合底注式，可以实现顺序凝固，解决了钢液量大，成形困难的问题，避免了收缩裂纹、缩孔或缩松的出现。
2）采用双包合浇底注式浇注系统，针对大型铸钢支承辊，可以增强浇注能力，缩短浇注时间，同时也保证浇注均匀性，减少温度损耗；加上顶部长水口补浇机制，可以使钢液成束状浇入未凝固区域，利用钢液冲击力与原钢液混合，既能提高冒口补缩效果，又能够避免冒口部位碳元素偏析，进而减少辊颈碳化物数量以避免后序热处理时在辊颈产生裂纹。
3）冒口内层采用保温砖，利用保温砖保温效果可提高冒口补缩能力，达到减小冒口尺寸，提高冒口补缩效率的目的。加之覆盖剂配合保温冒口使用，进一步提高冒口补缩能力。
4）利用切线形内浇口旋转充型技术，铸型内液面平稳，夹杂物可顺利上浮到冒口，提高了充芯金属液纯净度，可明显降低铸件夹杂几率。
5）辊身铁模内表面采用水基锆英粉涂料，能够保证铸件获得足够深度的表面柱状晶组织，同时可以降低钢液对铁模的热冲击损害，延长辊身铁模使用寿命。
6）下辊颈铁模内表面覆砂，既能减小金属液对铁模的热冲击，增加铁模服役寿命，又能保证获得足够深的表面柱状晶组织工作层，尤其增加铸型的退让性，降低铸件的裂纹倾向，减小铁模表面的热疲劳。
附图说明
图1为大型铸钢支承辊整体铸造模具系统图；
其中：1-铸件；2-冒口砂模；3-上辊颈砂模；4-滑动辊颈铁模；5-辊身铁模；6-下辊颈铁模；7-第一浇注系统；8-第二浇浇注系统；9-浇口杯；10-直浇道；11-横浇道；12-内浇口。
图2为滑动辊颈铁模示意图；
其中：41-滑动内模；42-静止外模；43-垫块；3-上辊颈砂模；5-辊身铁模。
图3为补浇过程中应用的长水口装置示意图；
其中：21-补浇装置搭接支架；22-长水口；2-冒口砂模。
具体实施方式
以下结合具体实施例，示例性说明本发明实质，但实施例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，因此不应理解为对本发明总的技术方案限定，以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换，均属本发明保护范围。
先介绍一下本发明提供的模具系统，它包括一组组合模具和一组浇注系统。组合模具结构如图1所示，包括冒口砂模2、上辊颈砂模3、滑动辊颈铁模4、辊身铁模5、下辊颈铁模6、第一浇注系统7、第二浇注系统8等几部分。铸件1成型于由这些模具围成的芯部型腔内。
冒口砂模2放置在上辊颈砂模3上，冒口砂模2内壁采用保温砖分层环绕砌筑而成，外层撞制呋喃树脂砂，冒口砂模内壁共设8层保温砖，单块保温砖高400mm。冒口砂模2根部内径与上辊颈砂模3上端口内径相同。在冒口砂模2和上辊颈砂模3外边可以加铁模保护。
较佳的是，上辊颈砂模3、辊身铁模5、下辊颈铁模6都由2-4节模体组成。这样做的原因是铸型太大、太高，如果整体造型，起模困难，所以设计成分节组装的好处是方便起模。上辊颈砂模3、辊身铁模5、下辊颈铁模6自身各节模体之间由子母止口定位组装；辊身铁模5与下辊颈铁模6之间也通过子母止口定位组装。冒口砂模2、上辊颈砂模3、滑动辊颈铁模4、辊身铁模5、下辊颈铁模6装配后，其内腔构成铸件1的形状。
上辊颈砂模3与辊身铁模5之间采用滑动辊颈铁模4衔接。图2为滑动辊颈铁模4的结构示意图，滑动辊颈铁模4由滑动内模41、静止外模42以及垫块43组合而成。滑动内模41衔接在上辊颈砂模3的底部，静止外模42衔接在辊身铁模5的顶部，在浇注前滑动内模41与静止外模42之间由垫块43支撑，垫块43在浇注完成后，需要去除，防止滑动辊颈及上辊颈、冒口因摩擦力作用未能及时上浮、无法取出垫块而导致的因垫块阻碍使滑动辊颈无法下滑。否则这样会导致辊身与上辊颈之间产生裂纹倾向。及时去除垫块后，可保证滑动辊颈随辊身部分金属液液态收缩而下滑，减小铸件热裂倾向。
本发明的重要特征是支承辊在凝固过程中，采用自下至上的顺序凝固方式，所以下辊颈铁模6区域金属液最先凝固完成，辊身铁模5次之，之后的凝固顺序是滑动辊颈铁模4、上辊颈砂模3、冒口砂模2。基于上述原因，所以本发明将冒口砂模2、上辊颈砂模3采用砂模，滑动辊颈铁模4、辊身铁模5、下辊颈铁模6采用铁模，这样的设计是避免各部位冷却速度不合理，最后凝固区域因液态收缩后无法得到金属液补充而出现缩孔或缩松，否则会因收缩受阻产生裂纹。比如辊身铁模5的上部区域最后凝固，在滑动辊颈铁模4和辊身铁模5之间会产生应力致使上辊颈与辊身之间产生裂纹；下辊颈铁模6和辊身铁模5之间的区域最后凝固，会出现缩孔或缩松。
进一步讲，上辊颈砂模3，也由呋喃石英砂撞制而成。冒口砂模2、上辊颈砂模3在撞砂造型后，表面要刷醇基锆英粉涂料。
进一步讲，辊身铁模5，模内表面采用水基锆英粉涂料喷涂，涂层厚度约为1-2mm，喷涂时，辊身铁模温度为190-210℃。
进一步讲，滑动辊颈铁模4根部与辊身铁模5内径相同，模内表面也是喷涂水基锆英粉。
进一步讲，下辊颈铁模6，模内表面覆铬铁矿砂，覆砂厚度为30mm。采用劈箱造型法覆砂。
本发明采用底注式双包合浇形式浇注。第一浇注系统7和第二浇注系统8布置在由冒口砂模2、上辊颈砂模3、滑动辊颈铁模4、辊身铁模5、下辊颈铁模6组装成的模具两侧。每套浇注系统都由浇口杯9、直浇道10、横浇道11和内浇口12组成。两套系统共用的内浇口12在下辊颈铁模6底部与型腔贯通。。直浇道10、横浇道11、内浇口12均用成型耐火砖管组成，直浇道、横浇道直径均为Φ140mm。横浇道11与内浇口12采用切线式接入。较佳的是，直浇道、横浇道的连接处采用圆弧过渡。
特别地，直浇道自浇口杯以下约300mm长度范围内，需要考虑渐缩式变径，其目的是使钢液在流入直浇道后避免卷入气体。其余长度取直即可。
本发明浇注系统还设置一长水口补浇装置。如图3所示，长水口补浇装置用于在一次浇注完成后安装在铸型中冒口砂模2上部，补浇高温低碳钢水，以减缓上辊颈碳元素偏析。其结构如图3所示，由补浇装置搭接支架21和长水口22组成，长水口22安装在补浇装置搭接支架21上，然后补浇装置整体搭接在冒口砂模2顶部，长水口22伸向冒口位置，长水口22选用高耐火度高强度耐火材料制成。长水口22的设计原则是：
补浇钢液到达本体钢液液面初始速度为V0，其动能为mV0 2/2，补浇钢液流入原有钢液中，由于受原钢液粘着阻力影响，下降一定高度H后动能将消耗殆尽，补浇钢液最终速度Vt降为零。根据动能定理（mg-F阻）*H=mVt 2/2-mV0 2/2计算出补浇钢液在支承辊本体钢液内下降的最大高度H，其中，mg为单位补浇钢液重能，F阻为单位补浇钢液在本体钢液下降过程中所受黏性阻力。
然后根据补浇钢液重量与补浇作用区（高度H区域）原钢液重量，按两者充分混合考虑，计算两种钢液混合后的碳、铬元素含量，目标值为：两者含量均处于＜0.5%范围。
综合来讲，上述模具系统包含以下几方面关键技术：
1、辊身铁模喷涂技术：将辊身铁模预热至190-210℃，采用水基锆英粉涂料，在辊身铁模内表面进行热喷涂，涂层厚度为1-2mm，保证各处涂层厚度均匀。辊身铁模内表面喷涂涂料，能够保证铸件获得足够深度的表面柱状晶组织，同时可以降低钢液对铁模的热冲击损害，延长辊身铁模使用寿命。
2、下辊颈铁模覆砂技术：在下辊颈铁模内表面覆约30mm厚铬铁矿砂，铁模覆砂，既能减小金属液对铁模的热冲击，增加铁模服役寿命；又能保证获得足够深的表面柱状晶组织工作层。下辊颈铁模覆砂，尤其增加铸型的退让性，降低铸件的裂纹倾向，同时减小铁模表面的热疲劳。
3、保温冒口技术：本发明保温冒口技术就是指在冒口砂型内布置一层保温砖，利用保温砖保温效果提高冒口补缩能力，达到减小冒口尺寸，提高冒口补缩效率的目的；并在浇注结束后，在钢液顶部撒入保温覆盖剂配合保温冒口使用，提高冒口补缩能力。
4、双包合浇技术：针对大型铸钢支承辊，所需钢液量比较大，采用底注式浇注系统，由2套浇注系统同时浇注，减少温度损耗。
5、切线形内浇口旋转充型技术：金属液沿切线方向进入型腔，并在圆柱形型腔内不断旋转上升，由于离心作用，密度较轻的夹杂向中心聚集，并随金属液的上升而上浮，夹杂最后全部上浮到冒口，利用这种内浇口进行浇注，明显降低了铸件产生夹杂的几率。
6、长水口补浇技术：长水口浇注法是特别应用在大型铸钢支承辊补浇过程中的浇注技术。在双包合浇结束后，当冒口温度降至液相线温度以上20～30℃时，开始补浇钢液，其目的是：使钢液成束状浇入未凝固区域，利用钢液冲击力与原钢液混合，既能提高冒口补缩效果，又能够减小碳元素偏析现象，进而减少辊颈碳化物数量以避免后序热处理时在辊颈产生裂纹。补浇时使用高温低碳钢水（即温度高于冒口钢液，含碳量低于原钢液含碳量）。
7、冒口、上辊颈砂模采用砂模，滑动辊颈、辊身、下辊颈采用铁模技术：本发明采取底注式自下至上的顺序凝固方式，下部下辊颈区域金属液最先凝固完成，辊身次之，之后滑动辊颈铁模、上辊颈砂模、冒口砂模顺序凝固，所以由不同材质构造这样均衡凝固机制，避免收缩裂纹、缩孔或缩松的出现。
本发明的铸造工艺方案，可以采用计算机模拟技术，确定铸件的凝固顺序；根据温度场的模拟结果，判定铸件凝固的时间，选择合适的保温材料及用量。
浇注过程亦可采用成熟的计算机软件模拟充型和凝固过程。根据温度场的模拟结果，判定铸件的凝固的顺序，补缩通道是否顺畅；根据充型过程的数值模拟，观察金属液在型腔中的运动状态，以及金属液的充型速度和充型时间，确定补浇时机；根据凝固过程的应力数值模拟，观察铸件的应力应变场，预测铸件在凝固过程的热裂倾向。
利用上述模具系统，对大型铸钢支承辊整体铸造方法的实例如下：
1）基于计算机模拟技术，根据整体造型的原则，通过计算机建模，并根据平稳充型的原则，设计双包合浇、切线形内浇口旋转底注式浇注系统；
2）铸钢支承辊采用钢液材质为ZG60Cr3，所用钢液约222吨，通过公式：(型腔容积+浇注系统容积）*密度，计算得到；
3）预热组装模具，温度约60-80℃，首次浇注187吨钢液，将钢液均分两包，通过双包底注浇注系统，两包同时合浇，浇注温度为1526℃；补浇注结束后覆盖100mm厚保温覆盖剂；
4）首次浇注结束后3h，在冒口砂模上部放置补浇长水口装置进行补浇，补浇钢液35吨，钢液补浇温度1557℃，补浇时间为6分钟；补浇注结束后覆盖100mm厚保温覆盖剂；
5）浇注完成后200-216h内，铸件上部红热状态下实施热打箱，而后进行热处理，机械加工，最后得到成品轧辊。
上述各参数根据MAGMA4.0软件的温度场模拟结果确定的，通过建模、确定物性参数、设定判据、计算等工作完成。打箱时间也是依据MAGMA4.0软件的温度场模拟结果确定。
总结上述铸造方法如下：
1）基于计算机模拟技术，根据整体造型的原则，制作依次由保温冒口砂模、上辊颈砂模、滑动辊颈铁模、辊身铁模、下辊颈铁模组装而成的组合模具，并根据平稳充型、降低上辊颈成分偏析的原则，设计双包合浇、切线形内浇口旋转底注式浇注系统，和顶注式长水口补浇装置；
2）所用钢液总重量通过公式：(型腔容积+浇注系统容积）*密度，计算得到，所述钢液分为支承辊本体钢液和补浇钢液两种，其中支承辊本体钢液重量以浇注液面高度高于成品件400-700mm为准，其余量为补浇钢液；
3）铸造前先将模具组装预热，然后采取双包合浇方式浇注支承辊本体钢液，浇注温度高于液相线温度50～60℃，浇注结束后覆盖100mm厚保温覆盖剂；
4）根据计算机模拟结果并结合温度检测，当冒口温度降至液相线温度以上20～30℃时，开始补浇钢液，补浇结束后覆盖100mm厚保温覆盖剂；
5）浇注完成后保温，冒口温度达到800-900℃后脱模打箱，而后进行热处理、机械加工，最后得到成品轧辊。
当浇注支承辊本体钢液时，使垫块支撑在滑动内模、静止外模之间，浇注完成后，取出垫块。
补浇钢液的浇注温度高于支承辊本体钢液浇注温度30～40℃，含碳量低于支承辊本体钢液的含碳量，按如下方法确定含量：
根据动能定理（mg-F阻）*H=mVt 2/2-mV0 2/2计算出补浇钢液在支承辊本体钢液内下降的最大高度H，其中，mg为单位补浇钢液重能，F阻为单位补浇钢液在本体钢液下降过程中所受黏性阻力，Vt为补浇钢液最终速度，V0为补浇钢液初始速度；然后按补浇钢液与补浇高度区内本体钢液充分混合考虑，计算两种钢液混合后的碳、铬元素含量，目标值为：两者含量均处于＜0.5%范围。
Claims (9)
1.一种大型铸钢支承辊整体铸造模具系统，其特征在于：包括组合模和浇注系统，
所述组合模包括冒口砂模、上辊颈砂模、辊身铁模和下辊颈铁模，其中所述冒口砂模内表面采用保温砖砌筑，单块保温砖高400mm，
所述浇注系统，为底注式双浇包系统，包括浇口杯、直浇道、横浇道和内浇口；
所述系统还包括一长水口补浇装置，它包括一长水口和补浇装置搭接支架；所述长水口安装在补浇装置搭接支架上，下部伸向冒口位置；所述补浇装置整体搭接在冒口砂模顶部。
2.根据权利要求1所述的大型铸钢支承辊整体铸造模具系统，其特征在于：所述冒口砂模外层撞制呋喃树脂砂，所述冒口砂模、上辊颈砂模在砂型表面刷有醇基锆英粉涂料；所述辊身铁模内表面涂有水基锆英粉涂料，厚度为1-2mm；所述下辊颈铁模内表面覆铬铁矿砂，厚度为30mm；所述上辊颈砂模由呋喃石英砂撞制而成。
3.根据权利要求2所述的大型铸钢支承辊整体铸造模具系统，其特征在于：所述下辊颈铁模，模内是采用劈箱造型法覆铬铁矿砂。
4.根据权利要求1所述的大型铸钢支承辊整体铸造模具系统，其特征在于：所述冒口砂模、上辊颈砂模、辊身铁模、下辊颈铁模依次叠放，通过止口连接成组合模；在所述上辊颈砂模与辊身铁模之间衔接滑动辊颈铁模。
5.根据权利要求1所述的大型铸钢支承辊整体铸造模具系统，其特征在于：所述双浇包浇注系统，采用共用内浇口，所述内浇口与型腔连通，两条横浇道与内浇口采取切线形接口方式连接；直浇道自浇口杯以下300mm长度范围内，为渐缩式变径，其余长度为等直径。
6.一种大型铸钢支承辊整体铸造方法，其特征在于：
1)基于计算机模拟，制作一包含有冒口砂模、上辊颈砂模、滑动辊颈铁模、辊身铁模、下辊颈铁模组装而成的组合模，实现支承辊整体造型；并采用双包合浇、切线形内浇口旋转底注方法浇注，实现平稳充型、顺序凝固；并采用顶注式长水口补浇方法减缓上辊颈成分偏析并避免裂纹；
2)所用钢液总重量通过公式：(型腔容积+浇注系统容积)*密度，计算得到，所述钢液分为支承辊本体钢液和补浇钢液两种，其中支承辊本体钢液浇注液面高度高于成品件400-700mm，其余量为补浇钢液；
3)铸造前先将模具预热组装，然后采取双包合浇方式浇注支承辊本体钢液，浇注温度高于液相线温度50～60℃，浇注结束后覆盖100mm厚保温覆盖剂；
4)根据计算机模拟结果并结合温度检测，当冒口温度降至液相线温度以上20～30℃时，开始补浇钢液，补浇结束后覆盖100mm厚保温覆盖剂；
5)浇注完成后保温，冒口温度达到800-900℃后脱模打箱，而后进行热处理、机械加工，最后得到成品轧辊。
7.根据权利要求6所述的大型铸钢支承辊整体铸造方法，其特征在于：模具制作工艺中，所述冒口砂模内表面采用保温砖砌筑，外层撞制呋喃树脂砂；所述辊身铁模在190-210℃下内表面喷涂水基锆英粉涂料，涂层厚度为1-2mm；所述下辊颈铁模采用劈箱造型法在内表面覆铬铁矿砂，厚度为30mm。
8.根据权利要求7所述的大型铸钢支承辊整体铸造方法，其特征在于：所述滑动辊颈铁模支撑在上辊颈砂模与辊身铁模之间，由滑动内模、静止外模以及千斤顶式垫块组合而成，当浇注支承辊本体钢液时，使垫块支撑在滑动内模、静止外模之间，浇注完成后，取出垫块。
9.根据权利要求6所述的大型铸钢支承辊整体铸造方法，其特征在于：补浇钢液的浇注温度高于支承辊本体钢液浇注温度30～40℃，含碳量低于支承辊本体钢液的含碳量，按如下方法确定含量：根据公式(mg-F阻)*H＝mVt 2/2-mV0 2/2，计算出补浇钢液在支承辊本体钢液内下降的最大高度H，其中，mg为单位补浇钢液重能，F阻为单位补浇钢液在本体钢液下降过程中所受黏性阻力，Vt为补浇钢液最终速度，V0为补浇钢液初始速度；然后按补浇钢液与补浇高度区内本体钢液充分混合考虑，计算两种钢液混合后的碳、铬元素含量，目标值为两者含量均处于＜0.5％范围。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310661364.XA CN103658552B (zh) | 2013-12-06 | 2013-12-06 | 一种大型铸钢支承辊整体铸造模具系统及铸造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310661364.XA CN103658552B (zh) | 2013-12-06 | 2013-12-06 | 一种大型铸钢支承辊整体铸造模具系统及铸造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103658552A CN103658552A (zh) | 2014-03-26 |
| CN103658552B true CN103658552B (zh) | 2015-10-28 |
Family
ID=50298013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310661364.XA Active CN103658552B (zh) | 2013-12-06 | 2013-12-06 | 一种大型铸钢支承辊整体铸造模具系统及铸造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103658552B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104550747A (zh) * | 2015-01-16 | 2015-04-29 | 唐山钢铁集团有限责任公司 | 一种热轧板带支撑辊的整体铸造方法 |
| CN104690232B (zh) * | 2015-04-03 | 2017-04-12 | 山东康迈信机械有限公司 | 静压线双制动鼓旋转浇注装置 |
| CN106001453A (zh) * | 2016-07-13 | 2016-10-12 | 东港市永盛铸造有限公司 | 覆膜砂壳型铸造大型箱体类铸件的方法 |
| CN111922293A (zh) * | 2020-10-12 | 2020-11-13 | 常州凯达重工科技有限公司 | 具有坭芯座的轧辊用铸造模具及轧辊用落坭芯方法 |
| CN114324449B (zh) * | 2021-12-29 | 2024-07-19 | 重庆大学 | 新型铸造模具试验装置及其对缩松的控制方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1597180A (zh) * | 2004-08-02 | 2005-03-23 | 中国科学院金属研究所 | 铸钢支承辊整体铸造方法 |
| CN1943917A (zh) * | 2006-10-18 | 2007-04-11 | 中国科学院金属研究所 | 大型铸钢支承辊制备工艺 |
| CN101049628A (zh) * | 2007-03-17 | 2007-10-10 | 中国第一重型机械集团公司 | 一种大型整体铸钢支承辊铸造用滑动辊颈铸型方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS592577B2 (ja) * | 1981-04-02 | 1984-01-19 | ドネプロペトロフスキイ・メタルルギチエスキイ・インステイチユ−ト | 圧延ロ−ル製造用組立て鋳型 |
-
2013
- 2013-12-06 CN CN201310661364.XA patent/CN103658552B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1597180A (zh) * | 2004-08-02 | 2005-03-23 | 中国科学院金属研究所 | 铸钢支承辊整体铸造方法 |
| CN1943917A (zh) * | 2006-10-18 | 2007-04-11 | 中国科学院金属研究所 | 大型铸钢支承辊制备工艺 |
| CN101049628A (zh) * | 2007-03-17 | 2007-10-10 | 中国第一重型机械集团公司 | 一种大型整体铸钢支承辊铸造用滑动辊颈铸型方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 白云龙等.Cr4铸钢离心复合支承辊的研究.《铸造》.2010,第59卷(第12期),第1287页. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103658552A (zh) | 2014-03-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105251946B (zh) | 一种锚爪的铸造装置及铸造方法 | |
| CN102463326B (zh) | 船用柴油机排气阀阀壳铸件的铸造模及所述阀壳的铸造工艺 | |
| CN103658552B (zh) | 一种大型铸钢支承辊整体铸造模具系统及铸造方法 | |
| CN103418750A (zh) | 一种球阀主阀体铸造工艺 | |
| CN103521715B (zh) | 一种含细长内腔的钛及钛合金精密铸件的制备方法 | |
| CN1265914C (zh) | 铸钢支承辊整体铸造方法 | |
| CN104368756B (zh) | 用成型冷铁熔模铸造航空发动机结构复杂厚大铸件的方法 | |
| CN207255168U (zh) | 一种消除zg35阀门铸件缺陷的铸造系统 | |
| CN102886501B (zh) | 一种宽厚板轧机用宽厚板坯高效制备工装和制备方法 | |
| CN201711492U (zh) | 一种核电h4级阀门的模具 | |
| CN104226916A (zh) | 渣包的铸造方法及铸造模 | |
| CN104308081A (zh) | 一种用于铝合金铸件v法造型反重力浇注的方法 | |
| CN102166632A (zh) | 一种大型钢锭的浇注方法 | |
| CN103341621B (zh) | 潜流铸造方法 | |
| CN101342575B (zh) | 大功率电机铸铁机座制造工艺 | |
| CN101804444A (zh) | 铁路客车转向架球墨铸铁齿轮箱铸造工艺 | |
| CN101837432A (zh) | 轮带铸造方法及铸造模 | |
| CN201033350Y (zh) | 一种100吨级以上单一材质超大型铸钢支承辊的铸造装置 | |
| CN101028648B (zh) | 一种100吨级以上单一材质超大型铸钢支承辊的铸造方法 | |
| CN102847905B (zh) | 一种不锈钢密封环离心铸造方法 | |
| CN104722746B (zh) | 一种板坯连铸中间包工作衬及其制备方法 | |
| CN102554129A (zh) | 轧辊铸造工艺及所用浇铸装置 | |
| CN101028647A (zh) | 一种100吨级以上复合材质超大型铸钢支承辊的铸造方法 | |
| CN202527690U (zh) | 用于制备镁合金铸锭的凝固系统 | |
| CN105537526A (zh) | 一种阻燃保温冒口的成型方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Bai Yunlong Inventor after: Wang Jinghua Inventor after: Zhang Yacai Inventor after: He Changhui Inventor after: Zhao Xichun Inventor after: Zhao Wenhui Inventor before: Bai Yunlong Inventor before: Wang Jinghua Inventor before: Zhang Yacai Inventor before: He Changhui Inventor before: Zhao Xichun Inventor before: Zhao Wenhui |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |