铸钢支承辊整体铸造方法技术

本发明专利技术涉及铸钢支承辊整体铸造过程，具体地说是一种铸钢支承辊的整体铸造方法。本发明专利技术采用先进的浇注系统设计原则、铁模覆砂工艺、切线型内浇口旋转充型方法、保温冒口技术；它应用计算机模拟技术合理地设计了金属型模具，并采用铁模覆砂和保温冒口技术实现了铸件的顺序凝固，采用新的浇注系统及切线型内浇口旋转充型防止了卷气和夹杂，通过对关键工艺参数的控制，保证了大型轧辊整体铸造件产品质量，生产出了无缺陷优质铸钢支承辊，它适用于各种型号、规格的铸钢、铸铁支承辊、工作辊的整体铸造过程，使大型铸钢支承辊国产化成为可能。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铸钢支承辊整体铸造过程，具体地说是一种铸钢支承辊的整体铸造方法。它适用于各种型号、规格的铸钢、铸铁支承辊、工作辊的整体铸造过程。
技术介绍
当前冶金行业发展迅猛，各种钢材的需求量与日俱增，我国的钢产量早已位居世界第一位。轧钢过程已实现大型化、高速化、连续化生产。轧钢生产线上最大的消耗品轧辊的质量直接影响着轧钢效率及轧钢成本。国内有多条热轧生产线、冷轧生产线，每年消耗大量工作辊、支承辊。轧钢生产线现役工作辊、支承辊有锻钢辊，也有铸钢辊。传统材料生产的支承辊难以达到高强度、高耐磨性的使用要求。新开发低合金铬钢，克服了这一困难。如鞍钢的1780热轧带钢生产线使用的都是铬钢支承辊。合金中铬含量的增加，给铸造带来许多困难。大型铸钢支承辊，尤其Cr含量在4％或超过4％的铸钢支承辊关键技术还没有突破。所以，在线使用的大型铸钢支承辊全部依赖进口，或者以锻代铸。锻造方法生产的支承辊，生产周期长、成本高，增加了许多费用。英国的Davy轧辊有限公司、Sheffield轧辊厂及美国的Midland轧辊厂都采用整体铸造工艺方法生产40Cr4大型铸钢支承辊。日本、韩国、德国也开发了在这种情况下，开发铸钢支承辊整体铸造技术无疑会受到生产厂家和使用厂家的欢迎，并且实现大型铸钢支承辊的国产化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可以保证质量、提高铸件性能和寿命的铸钢支承辊整体铸造方法。本专利技术是铸钢支承辊整体铸造技术，其主要内容包括计算机模拟、铁模覆砂、切线形内浇口旋转充型、保温冒口技术；利用新的浇注系统设计原则及顺序凝固原则进行浇注系统设计及铸造模具设计；关键工艺参数的确定原则。(1)计算机模拟技术实际浇注过程中，我们难以观察到浇注过程的各个细节。采用计算机模拟充型过程，可以观察到不同时刻金属液的运动状态。计算机的模拟结果表明采用新型的浇注系统在充型过程中金属液充满浇道，不产生空隙。采用切线型内浇口底注式浇注，金属液上升平稳、不产生湍流。模拟软件采用的是View Cast软件。凝固过程的数值模拟可以观察到铸件的温度场、固相分数场等。根据温度场的模拟结果，可以断定铸件凝固的先后顺序，补缩通道是否畅通；根据形壳的薄厚情况也可以判定铸件的收缩顺序。根据温度场的模拟结果，可以选择合适的保温材料及相应的用量。凝固过程的应力的数值模拟可以观察铸件的应力应变场、铸件的收缩情况等。根据应力的模拟结果可以预测铸件在凝固过程中的热裂倾向。利用这些模拟结果进行工艺设计减少了工作的盲目性。(2)切线型内浇口旋转充型金属液以切线形式进入型腔，并在圆柱型腔中不断旋转。由于离心力作用，密度较轻的夹杂向中心聚集，并随金属液的上升而上浮。夹杂最后全部浮到冒口中，保证了铸件中金属液的纯洁。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。(3)铁模覆砂技术下辊颈及辊身辊身铁模内表面覆10～30mm厚铬铁矿砂。辊身铁模表面覆铬铁矿砂，既能保证获得足够深度的表面柱状晶组织工作层，又能减小金属液对铁模的热冲击，增加铁模的使用寿命。下辊颈表面覆铬铁矿砂，主要是增加退让性，减小铸件的裂纹倾向。同时也减小铁模表面的热疲劳。(4)保温冒口技术保温冒口有较强的补缩作用。具有同样补缩能力的普通冒口，体积比保温冒口大20～40％，大冒口不利于铸件在凝固收缩时的退让。保温冒口可以适当减小体积，增加补缩能力，减小铸件产生缩孔、疏松的可能性。冒口上部向内收，其锥度为1～5％，其根部直径与上辊颈顶端相同，冒口高径比为1.4∶1～1.7∶1。冒口用保温板围成，在浇注完成之后，上表面用发热保温剂覆盖，厚度在100～300mm之间。(5)铁模设计铁模壁厚不同，激冷能力不同。为了保证铸件从下到上的顺序凝固，要求铁模自下而上逐渐减薄。利用计算机模拟技术确定了各部位铁模厚度在120mm～500mm之间，保证了铸件的顺序凝固。模拟软件可以采用View Cast软件。(6)关键工艺参数的确定原则(I)浇注温度的确定。大型铸钢件浇注温度的设定均参考合金的液相线温度，浇注温度过高会使金属液氧化严重；浇注温度过低，金属液中有害杂质不易上浮。所以在设定浇注温度时，一般大件选取的过热度比较小，小件选取的过热度比较大。过热度一般为50～80℃。(II)浇注速度的选定。大型铸件的浇注速度太快，有可能产生卷气和夹杂等缺陷，尤其像轧辊这样高大铸件，浇注速度过快，会对型壁产生严重冲刷；而浇注速度太慢，又有浇不足，冷隔等缺陷产生。由于铸钢支承辊的内腔比较高，如果浇注速度太慢，势必造成金属液对型壁长时间的烘烤，尤其铁模上的覆砂，如果经长时间烘烤，会由于粘结剂分解而溃散。所以浇注速度太慢是危险的。综合考虑各方面因素的影响，浇注速度为8～10吨/分。(III)铸型温度的控制。铸型的温度在铸件浇注过程中起着很大的作用，温度太高，铸型对金属液起不到激冷作用。尤其在铸钢支承辊的生产过程中，更要控制好型温，因为铸钢支承辊的辊身外层只有形成一定深度柱状晶组织，才能保证经过热处理后获得足够深度的工作层。如果铸型温度过高，激冷能力不够，就会形成过多的粗大等轴晶，使铸件组织恶化，在以后热处理工序中，辊身外层上将不能获得足够厚的淬硬层。如果型温太低，会造成砂型吸潮，浇注时容易产生气体，形成气孔缺陷。有时浇注温度偏低时，由于铸型温度不够高，也可能产生冷隔，浇不足等缺陷。所以保证浇注前铸型有一个适当的型温也是非常重要的。各部分造型完毕后，统一上窑预热，铸型预热温度为50～100℃，铸型预热到温度后，进行组装；(IV)打箱时间。不同的铸件有不同的打相时间，不同的打箱温度。有的铸件需要高温打箱，有的铸件需要低温打箱。轧辊一般采用高温打箱，其打箱时间可以按公式计算最短打箱时间(h)t＝D×2.8％-3，最长打箱时间(h)t＝D×3.2％-3，其中D是铸钢支承辊直径(mm)。本专利技术具有如下有益效果1、本专利技术采用先进的浇注系统设计原则、铁模覆砂工艺、切线型内浇口旋转充型方法、保温冒口技术；应用计算机模拟技术，设计了铸造模具，实现了铸件的顺序凝固，合理地确定了关键工艺参数，生产出了无缺陷优质铸钢支承辊，适用于各种型号和规格的铸钢和铸铁轧辊的整体铸造过程，使大型铸钢支承辊国产化成为可能。2、本专利技术采用计算机模拟技术，增加了设计的合理性，缩短了铸件的生产周期，提高了生产率。3、本专利技术采用先进的浇注系统设计原则，使金属液在浇注系统内时刻处于充满状态，防止卷气和夹杂等。4、本专利技术采用切线形内浇口旋转浇注技术，金属液在型腔中平稳旋转，由于离心作用，夹杂向中心聚集。夹杂既不能粘附于铸件表面，也不能停留在铸件中心，夹杂最后顺利地上浮到冒口中。因此，铸件的表面质量和心部质量都得到了保证。5、本专利技术浇采用铁模覆砂技术，在铸型表面覆铬铁矿砂，既能防止铸件出现裂纹，又能获得一定厚度的致密工作层。在调整铸型冷却能力的同时，也增加了铸型的使用寿命，降低了生产成本。6、本专利技术充分实现了铸件的顺序凝固，消除了裂纹、疏松等缺陷，提高了铸件的性能和使用寿命。7、本专利技术下辊颈、辊身等采用铁模，上辊颈、冒口采用砂型，实现顺序凝固，消除缩孔、疏松、裂纹等缺陷。附图说明图1传统工艺示意图；其中1—下辊颈铁模 2—轧辊 3—辊身铁模 4—滑动辊颈垫铁 5—滑动辊颈 6—上辊颈铁模 本文档来自技高网...

【技术保护点】
钢支承辊整体铸造方法，其特征在于具体步骤如下：　　　　１）根据平稳充型的原则设计浇口杯及浇注系统，使金属液在浇注系统内时刻处于充满状态，采用切线形内浇口旋转底注式浇注，金属液以切线形式引入，金属液在型腔中旋转上升；　　　　２）铸造模具：下辊颈、辊身采用铁模，上辊颈、冒口采用砂型，辊身及下辊颈铁模均覆铬铁矿砂，覆砂层的厚度为１０～３０ｍｍ，不同部位的铁模厚度为１２０～５００ｍｍ，铁模壁厚自下而上逐渐减薄，以实现顺序凝固；　　　　３）保温冒口应用保温板围成，其根部直径与上辊颈顶端相同，冒口上部向内收，冒口锥度为１～５％，冒口高径比为１．４∶１～１．７∶１；　　　　４）各部分造型完毕后，统一上窑预热，铸型预热温度为５０～１００℃；　　　　５）铸型预热到温度后，进行组装；　　　　６）金属液过热度为５０～８０℃，浇注速度８～１０吨／分；　　　　７）打箱工艺为热打箱工艺，打箱时间按以下公式计算，最短打箱时间（ｈ）ｔ＝Ｄ×２．８％－３，最长打箱时间（ｈ）ｔ＝Ｄ×３．２％－３，其中Ｄ是铸钢支承辊直径（ｍｍ）。

【技术特征摘要】
1.钢支承辊整体铸造方法，其特征在于具体步骤如下1)根据平稳充型的原则设计浇口杯及浇注系统，使金属液在浇注系统内时刻处于充满状态，采用切线形内浇口旋转底注式浇注，金属液以切线形式引入，金属液在型腔中旋转上升；2)铸造模具下辊颈、辊身采用铁模，上辊颈、冒口采用砂型，辊身及下辊颈铁模均覆铬铁矿砂，覆砂层的厚度为10～30mm，不同部位的铁模厚度为120～500mm，铁模壁厚自下而上逐渐减薄，以实现顺序凝固；3)保温冒口应用保温板围成，其根部直径与上辊颈顶端相同，冒口上部向内收，冒口锥度为1～5％，冒口高径比为1.4∶1～1.7∶1；4)各部分造型完毕后，统一上窑预热，铸型预热温度为50～100℃；5)铸型预热到温度后，进行组装；6)金属液过热度为50～80℃，浇注速度8～10吨/分；7)打箱工艺为热打箱工艺，打箱时间按以下公式计算，最短打箱时间(h)t＝D×2.8％-3，最长打箱时间(h)t＝D×3.2％-3，其中D是铸钢支承辊直径(mm)。2.按照权利要求1所述钢支承辊整体铸造方法，其特征在于所述步骤3)中，利用计算机模拟技术确定各部位铁模厚度，铁模厚度在120～500mm之间。3.按照权利要求1所述钢支承辊整体铸造方法，其特征在于所述步骤6)中，不同部位的金属型靠止口定位，组装在一起。4.按照权利要求1所述钢支承辊整体铸造方法，其特征在于所述步骤7)中，在浇注完成之后，上表面用发热保温覆盖剂覆盖，厚度在100～300mm之间。5.按照权利要求1所述钢支承辊整体铸造方法，其特征在于所述步骤7)中，浇注过程中采...

【专利技术属性】
技术研发人员：李殿中，康秀红，夏立军，柯伟，李依依，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]