CN112008043A - 大型铸钢轧辊浇铸模具及上辊颈补缩工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型铸钢轧辊浇铸模具，包括：上辊颈铸模，上辊颈铸模内限定有上下贯通的上辊颈腔，上辊颈铸模包括：上辊颈箱体；两层上辊颈型砂层，两层上辊颈型砂层设在上辊颈箱体的内部；第一保温层，第一保温层设在两层上辊颈型砂层之间；冒口铸模，冒口铸模设在上辊颈铸模的上方，冒口铸模内限定有上下贯通的冒口腔，冒口腔与上辊颈腔相连通，冒口铸模包括：冒口箱体；第二保温层，第二保温层设在冒口箱体的内部；冒口型砂层，冒口型砂层设在冒口箱体和第二保温层之间。本发明实现了冷却时轧辊上部的保温，有利于轧辊自下而上冷却，更有利于钢水进行补缩，减少了原材料的使用，从而降低了生产成本，避免浪费，更加节能环保。

Description

大型铸钢轧辊浇铸模具及上辊颈补缩工艺

技术领域

本发明属于轧辊技术领域，具体涉及一种大型铸钢轧辊浇铸模具及上辊颈补缩工艺。

背景技术

大型轧辊，特别是热轧型钢用大型铸钢、半钢轧辊，由于孔型深，工作层厚度达200mm，所需轧辊的辊身直径与传动用辊颈比相差很大，如一种H型钢边辊，辊身直径φ1000mm，传动用辊颈直径是φ300mm。操作侧最小辊颈直径200mm。一种轧制大型板桩钢的轧机轧辊辊身直接φ1600mm，传动侧辊颈直径φ520mm，操作侧最小辊颈直径230mm。传统铸钢轧辊工艺，上辊颈铸造工艺直径为辊身直径的60-70%，实际直径为800mm和1100mm左右。后续加工时需切削厚度单边250~350mm。浪费了大量加工时间和能源，加工工效低，所做轧辊强度变低，不可避免出现芯部缩松和晶粒粗大等铸造缺陷。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明提出一种大型铸钢轧辊浇铸模具及上辊颈补缩工艺，该大型铸钢轧辊浇铸模具具有金属利用率高、生产成本降低和节能环保的优点。

根据本发明实施例的大型铸钢轧辊浇铸模具，包括：上辊颈铸模，所述上辊颈铸模内限定有上下贯通的上辊颈腔，所述上辊颈铸模包括：上辊颈箱体；两层上辊颈型砂层，所述两层上辊颈型砂层设在所述上辊颈箱体的内部；第一保温层，所述第一保温层设在所述两层上辊颈型砂层之间；冒口铸模，所述冒口铸模设在所述上辊颈铸模的上方，所述冒口铸模内限定有上下贯通的冒口腔，所述冒口腔与所述上辊颈腔相连通，所述冒口铸模包括：冒口箱体；第二保温层，所述第二保温层设在所述冒口箱体的内部；冒口型砂层，所述冒口型砂层设在所述冒口箱体和所述第二保温层之间。

根据本发明实施例的大型铸钢轧辊浇铸模具，本发明通过在上辊颈铸模内设置第一保温层和两层上辊颈型砂层，并将第一保温层设在两层上辊颈型砂层之间，在冒口铸模内设置第二保温层和冒口型砂层，在静态浇铸时，实现了对轧辊上部的保温，有利于在冷却过程轧辊上部的温度降低速度低于轧辊下部的温度降低速度，使轧辊自下而上进行冷却，更有利于钢水进行补缩，减少了原材料的使用，从而降低了生产成本，避免浪费，更加节能环保；另一方面保证了轧辊冷却时内外温度变化小，外部先冷却，内部冷却造成收缩，更加利于补缩，提高了轧辊内部质量，同时由于原材料减少导致后续的加工量减少，提高了最终成品轧辊的外部质量。

根据本发明一个实施例，大型铸钢轧辊浇铸模具还包括：下辊颈铸模，所述下辊颈铸模设在所述上辊颈铸模的下方，所述下辊颈铸模内限定有上开口的下辊颈腔，所述下辊颈铸模包括：下辊颈箱体；下辊颈型砂层，所述下辊颈型砂层设在所述下辊颈箱体的内壁上。

根据本发明一个实施例，大型铸钢轧辊浇铸模具还包括：辊身铸模，所述辊身铸模设于所述下辊颈铸模和所述上辊颈铸模之间，所述辊身铸模内限定有上下贯通的辊身腔，所述辊身腔与所述下辊颈腔和所述上辊颈腔相连通，所述辊身铸模包括：辊身箱体；辊身型砂层，所述辊身型砂层设在所述辊身箱体的内壁上。

根据本发明一个实施例，所述第一保温层和所述第二保温层均为筒形件，所述第一保温层和所述第二保温层的壁厚为20-30mm。

根据本发明一个实施例，所述第一保温层与所述上辊颈腔之间的上辊颈型砂层的厚度为40-50mm。

根据本发明一个实施例，大型铸钢轧辊浇铸模具的上辊颈补缩工艺，其特征在于，包括以下步骤：S10、上辊颈造型：将上辊颈芯轴放置在上辊颈箱体的中心位置，接着将第一保温层放置在上辊颈芯轴和上辊颈箱体之间，然后将上辊颈型砂填充在上辊颈芯轴、第一保温层和上辊颈箱体之间，夯实后形成两层上辊颈型砂层，取出上辊颈芯轴；冒口造型：将第二保温层放置在冒口箱体的中心位置，接着将冒口型砂填充在第二保温层和冒口箱体之间，夯实后形成冒口型砂层；S20、轧辊加工：将下辊颈铸模、辊身铸模、上辊颈铸模和冒口铸模依次自下而上同轴固定，将钢水从冒口腔内向下浇注，钢水自下而上逐渐冷却。

根据本发明一个实施例，所述S10还包括：下辊颈造型：将下辊颈芯轴放置在下辊颈箱体的中心位置，然后将下辊颈型砂填充在下辊颈芯轴和下辊颈箱体之间，夯实后形成下辊颈型砂层，取出下辊颈芯轴；辊身造型：将辊身芯轴放置在辊身箱体中心位置，然后将辊身型砂填充在辊身芯轴和辊身箱体之间，夯实后形成辊身型砂层，取出辊身芯轴。

根据本发明一个实施例，在所述S10之后还包括：S11、涂覆：在下辊颈型砂层的内表面、辊身型砂层的内表面和上辊颈型砂层的内表面都均匀的涂抹耐高温涂料，所述耐高温涂料为醇基锆英粉涂料。

根据本发明一个实施例，所述耐高温涂料的涂抹次数至少为3次，每次涂抹之后需点燃以烧除涂料中的溶剂。

根据本发明一个实施例，在所述S11之后还包括：S12、预处理：将造型完成的下辊颈铸模、辊身铸模、上辊颈铸模和冒口铸模放入台式电阻炉内进行烘干，烘干的温度为300-400℃。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的大型铸钢轧辊浇铸模具的结构示意图；

附图标记：

大型铸钢轧辊浇铸模具100；

下辊颈箱体11，下辊颈型砂层10；

辊身箱体20，辊身型砂层21；

上辊颈箱体31，上辊颈型砂层32，第一保温层30；

冒口箱体40，第二保温层42，冒口型砂层41。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面具体描述根据本发明实施例的大型铸钢轧辊浇铸模具100。

如图1所示，根据本发明实施例的大型铸钢轧辊浇铸模具100，包括：下辊颈铸模，辊身铸模，上辊颈铸模和冒口铸模。

具体而言，上辊颈铸模内限定有上下贯通的上辊颈腔，上辊颈铸模包括：上辊颈箱体31，两层上辊颈型砂层32和第一保温层30，两层上辊颈型砂层32设在上辊颈箱体31的内部，第一保温层30设在两层上辊颈型砂层32之间；

冒口铸模设在上辊颈铸模的上方，冒口铸模内限定有上下贯通的冒口腔，冒口腔与上辊颈腔相连通，冒口铸模包括：冒口箱体40，第二保温层42和冒口型砂层41，第二保温层42设在冒口箱体40的内部，冒口型砂层41设在冒口箱体40和第二保温层42之间；

下辊颈铸模设在上辊颈铸模的下方，下辊颈铸模内限定有上开口的下辊颈腔，下辊颈铸模包括：下辊颈箱体11和下辊颈型砂层10，下辊颈型砂层10设在下辊颈箱体11的内壁上；

辊身铸模设于下辊颈铸模和上辊颈铸模之间，辊身铸模内限定有上下贯通的辊身腔，辊身腔与下辊颈腔和上辊颈腔相连通，辊身铸模包括：辊身箱体20和辊身型砂层21，辊身型砂层21设在辊身箱体20的内壁上。

由此，本发明通过在上辊颈铸模内设置第一保温层30和两层上辊颈型砂层32，并将第一保温层30设在两层上辊颈型砂层32之间，在冒口铸模内设置第二保温层42和冒口型砂层41，在静态浇铸时，实现了对轧辊上部的保温，有利于在冷却过程轧辊上部的温度降低速度低于轧辊下部的温度降低速度，使轧辊自下而上进行冷却，更有利于钢水进行补缩，减少了原材料的使用，从而降低了生产成本，避免浪费，更加节能环保。

进一步地，第一保温层和第二保温层均为筒形件，由于轧辊为圆柱件，筒形件的第一保温层和第二保温层，更有利于进行保温，提高了保温的均匀性，第一保温层和第二保温层的壁厚为20-30mm，设置合理的壁厚，提高了保温效果。

更进一步地，第一保温层与上辊颈腔之间的上辊颈型砂层的厚度为40-50mm，与钢水直接接触的上辊颈型砂层厚度设置适中，既能对钢水定型，同时型砂之间结合强度高，便于定型。

根据本发明实施例的大型铸钢轧辊浇铸模具100的上辊颈补缩工艺，大型铸钢轧辊浇铸模具的上辊颈补缩工艺，包括以下步骤：

S10、上辊颈造型：将上辊颈芯轴放置在上辊颈箱体31的中心位置，接着将第一保温层30放置在上辊颈芯轴和上辊颈箱体31之间，然后将上辊颈型砂填充在上辊颈芯轴、第一保温层30和上辊颈箱体31之间，夯实后形成两层上辊颈型砂层32，取出上辊颈芯轴；冒口造型：将第二保温层42放置在冒口箱体40的中心位置，接着将冒口型砂填充在第二保温层42和冒口箱体40之间，夯实后形成冒口型砂层41；

S20、轧辊加工：将下辊颈铸模、辊身铸模、上辊颈铸模和冒口铸模依次自下而上同轴固定，将钢水从冒口腔内向下浇注，钢水自下而上逐渐冷却。

轧辊在浇铸完成后还需要进行热处理，热处理包括：920-1000℃的正火处理及520-600℃的回火处理。

在本发明的一些具体实施方式中，所述S10还包括：下辊颈造型：将下辊颈芯轴放置在下辊颈箱体11的中心位置，然后将下辊颈型砂填充在下辊颈芯轴和下辊颈箱体11之间，夯实后形成下辊颈型砂层10，取出下辊颈芯轴；辊身造型：将辊身芯轴放置在辊身箱体20中心位置，然后将辊身型砂填充在辊身芯轴和辊身箱体20之间，夯实后形成辊身型砂层21，取出辊身芯轴。

进一步地，在所述S10之后还包括：S11、涂覆：在下辊颈型砂层10的内表面、辊身型砂层21的内表面和上辊颈型砂层32的内表面都均匀的涂抹耐高温涂料，耐高温涂料为醇基锆英粉涂料，一方面提高了耐高温性能，另一方面，涂料相较于型砂表面更加光滑，保证了轧辊的表面质量。

更进一步地，所述耐高温涂料的涂抹次数至少为3次，每次涂抹之后需点燃以烧除涂料中的溶剂，保持涂料的干燥，避免溶剂遇到钢水点燃产生气体。

根据本发明一个实施例，在所述S11之后还包括：S12、预处理：将造型完成的下辊颈铸模、辊身铸模、上辊颈铸模和冒口铸模放入台式电阻炉内进行烘干，烘干的温度为300-400℃，一方面使整个铸模保持干燥，减少了残留水气，另一方面使铸模预热，避免了浇铸时内部的空气温度急剧变化并在钢水中形成孔隙，进而提高了浇铸质量。

下面通过具体实施例及对比例使本专业技术人员更全面的理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例一

制造一支Φ1600х1200mm的H型轧边辊，净重24800Kg，上辊颈直径Φ530х900mm，采用本发明的大型铸钢轧辊浇铸模具100的上辊颈补缩工艺，上辊颈铸模的内径尺寸为Φ800х900mm，需用钢水3520Kg，冒口铸模的内径尺寸为Φ900х1000mm，需用钢水4900Kg，总的浇注重量为40000Kg，金属利用率62%。按GB/T13316-91标准检测后，轧辊探伤工作层内最大单位缺陷φ1.8mm，径向无B衰减区和非裂纹性F存在，辊颈轴承位置径向F10-12%f.s，辊身轴向不存在B衰减区域或裂纹性F。

对比例一

采用传统工艺制造一支与实施例一相同的H型轧边辊，上辊颈铸模的内径尺寸为Φ1100х900mm，需用钢水为6670Kg，冒口铸模的内径尺寸为Φ1100х800mm，需用钢水5950Kg，总的浇铸重量为44200Kg，金属利用率为56%。按GB/T13316-91标准检测后，轧辊探伤工作层内最大单位缺陷φ2.3mm，径向无B衰减区和非裂纹性F存在，辊颈轴承位置径向F15-18%f.s，辊身轴向不存在B衰减区域或裂纹性F。

由此，实施例一相较于对比例一：在上辊颈和冒口处减少了4200Kg钢水，同时提高了6.0%的金属利用率；最大单位缺陷尺寸减小，缺陷波有所减小。

实施例二

制造一支Φ1000х1200mm的H型轧边辊，净重8250Kg，上辊颈直径Φ300х1200mm，采用本发明的大型铸钢轧辊浇铸模具100的上辊颈补缩工艺，上辊颈铸模的内径尺寸为Φ500х1250mm，需用钢水1920Kg，冒口铸模的内径尺寸为Φ600х1500mm，需用钢水3300Kg，总的浇铸重量为13035Kg，金属利用率为63%。按GB/T13316-91标准检测后，轧辊探伤工作层最大单位缺陷φ1.5mm，径向无B衰减区和非裂纹性F存在，辊颈轴承位置径向F10-15%f.s，辊身轴向不存在B衰减区域或裂纹性F。

对比例二

采用传统工艺制造一支与实施例二相同的H型轧边辊，上辊颈铸模的内径尺寸为Φ700х1250mm，需用钢水2140Kg，冒口铸模的内径尺寸为Φ800х1100mm，需用钢水4400Kg，总的浇铸重量为17200Kg，金属利用率为48%。按GB/T13316-91标准检测后，轧辊探伤工作层内最大单位缺陷φ2.0mm，径向无B衰减区和非裂纹性F存在，辊颈轴承位置径向F18-22%f.s，辊身轴向不存在B衰减区域或裂纹性F。

由此，实施例二相较于对比例二：在上辊颈和冒口处减少了1320Kg钢水，同时提高了15%的金属利用率；最大单位缺陷尺寸减小，缺陷波有所减小。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种大型铸钢轧辊浇铸模具，其特征在于，包括：

上辊颈铸模，所述上辊颈铸模内限定有上下贯通的上辊颈腔，所述上辊颈铸模包括：

上辊颈箱体；

两层上辊颈型砂层，所述两层上辊颈型砂层设在所述上辊颈箱体的内部；

第一保温层，所述第一保温层设在所述两层上辊颈型砂层之间；

冒口铸模，所述冒口铸模设在所述上辊颈铸模的上方，所述冒口铸模内限定有上下贯通的冒口腔，所述冒口腔与所述上辊颈腔相连通，所述冒口铸模包括：

冒口箱体；

第二保温层，所述第二保温层设在所述冒口箱体的内部；

冒口型砂层，所述冒口型砂层设在所述冒口箱体和所述第二保温层之间。

2.根据权利要求1所述的大型铸钢轧辊浇铸模具，其特征在于，还包括：

下辊颈铸模，所述下辊颈铸模设在所述上辊颈铸模的下方，所述下辊颈铸模内限定有上开口的下辊颈腔，所述下辊颈铸模包括：

下辊颈箱体；

下辊颈型砂层，所述下辊颈型砂层设在所述下辊颈箱体的内壁上。

3.根据权利要求2所述的大型铸钢轧辊浇铸模具，其特征在于，还包括：

辊身铸模，所述辊身铸模设于所述下辊颈铸模和所述上辊颈铸模之间，所述辊身铸模内限定有上下贯通的辊身腔，所述辊身腔与所述下辊颈腔和所述上辊颈腔相连通，所述辊身铸模包括：

辊身箱体；

辊身型砂层，所述辊身型砂层设在所述辊身箱体的内壁上。

4.根据权利要求3所述的大型铸钢轧辊浇铸模具，其特征在于，所述第一保温层和所述第二保温层均为筒形件，所述第一保温层和所述第二保温层的壁厚为20-30mm。

5.根据权利要求4所述的大型铸钢轧辊浇铸模具，其特征在于，所述第一保温层与所述上辊颈腔之间的上辊颈型砂层的厚度为40-50mm。

6.根据权利要求3-5中任意一项所述的大型铸钢轧辊浇铸模具的上辊颈补缩工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S10、上辊颈造型：将上辊颈芯轴放置在上辊颈箱体的中心位置，接着将第一保温层放置在上辊颈芯轴和上辊颈箱体之间，然后将上辊颈型砂填充在上辊颈芯轴、第一保温层和上辊颈箱体之间，夯实后形成两层上辊颈型砂层，取出上辊颈芯轴；

冒口造型：将第二保温层放置在冒口箱体的中心位置，接着将冒口型砂填充在第二保温层和冒口箱体之间，夯实后形成冒口型砂层；

S20、轧辊加工：将下辊颈铸模、辊身铸模、上辊颈铸模和冒口铸模依次自下而上同轴固定，将钢水从冒口腔内向下浇注，钢水自下而上逐渐冷却。

7.根据权利要求6所述的大型铸钢轧辊浇铸模具的上辊颈补缩工艺，其特征在于，所述S10还包括：

下辊颈造型：将下辊颈芯轴放置在下辊颈箱体的中心位置，然后将下辊颈型砂填充在下辊颈芯轴和下辊颈箱体之间，夯实后形成下辊颈型砂层，取出下辊颈芯轴；

辊身造型：将辊身芯轴放置在辊身箱体中心位置，然后将辊身型砂填充在辊身芯轴和辊身箱体之间，夯实后形成辊身型砂层，取出辊身芯轴。

8.根据权利要求7所述的大型铸钢轧辊浇铸模具的上辊颈补缩工艺，其特征在于，在所述S10之后还包括：

S11、涂覆：在下辊颈型砂层的内表面、辊身型砂层的内表面和上辊颈型砂层的内表面都均匀的涂抹耐高温涂料，所述耐高温涂料为醇基锆英粉涂料。

9.根据权利要求8所述的大型铸钢轧辊浇铸模具的上辊颈补缩工艺，其特征在于，所述耐高温涂料的涂抹次数至少为3次，每次涂抹之后需点燃以烧除涂料中的溶剂。

10.根据权利要求8所述的大型铸钢轧辊浇铸模具的上辊颈补缩工艺，其特征在于，在所述S11之后还包括：

S12、预处理：将造型完成的下辊颈铸模、辊身铸模、上辊颈铸模和冒口铸模放入台式电阻炉内进行烘干，烘干的温度为300-400℃。

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