一种100吨级以上单一材质超大型铸钢支承辊的铸造方法技术

一种１００吨级以上单一材质超大型铸钢支承辊的铸造方法，其特征在于：采用下注和上注相结合的浇注方法。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及100吨级以上超大型铸钢支承辊整体铸造过程(净重超过100吨支承辊为超大型支承辊)，具体地说是一种100吨级以上单一材质超大型铸钢支承辊的铸造方法。它适用于净重在100吨以上单一材质各种型号、规格和材质的铸钢支承辊整体铸造过程。
技术介绍
轧钢产量不断加大，尤其宽厚板轧钢生产线不断增加，对100吨级以上超大型铸钢支承辊的需求量越来越大。我国大型轧辊以及超大型轧辊的生产能力有限，以至于轧辊市场呈现了供不应求状态。世界上能生产超大型轧辊国家主要有德国、日本、韩国等，其中德国的GP轧辊有限公司可以生产各种型号的铸钢支承辊，而日本主要生产锻钢支承辊。5500mm宽厚板轧机支承辊只有德国和日本可以生产，其它国家还不具备生产这种支承辊的能力。德国GP轧辊有限公司采用复合冲洗法生产各种型号的支承辊，所浇注的轧辊的表层材质与心部材质不同，钢水不进行精炼，电弧炉冶炼钢水直接浇注，轧辊夹杂物含量较高。日本生产超大型轧辊主要用锻造的方法，其超大型轧辊为单一材质轧辊，这种轧辊内部质量较好。由于超大型轧辊热处理铸造技术复杂，热处理时间长，5500mm轧机铸钢支承辊的热处理时间为70～90天，所以超大型铸钢支承辊的生产周期非常长。新的轧钢生产线不断出现，轧辊消耗量日益增加，尤其是超大型轧辊在全世界范围内处于严重的供不应求状态。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，所以急需开发超大型铸钢支承辊制备技术。超大型轧辊的制备技术难点在于一次冶炼钢水多，轧辊热裂敏感性高，铸件成形困难；热处理时间长，工序多，设备要求严格；轧辊凝固时间长，电加热时间长，偏析难于控制；钢水对模具热冲击大，模具容易开裂，造成浇注失败；轧辊长度太长，补缩困难，容易出现缩孔、疏松缺陷；大型轧辊轴向收缩距离长，所以一旦收缩受阻，就会出现拉应力裂纹，使轧辊报废。净重100吨以上轧辊浇注钢水往往在200吨以上，所以开发难度非常大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种100吨级以上单一材质超大型铸钢支承辊的铸造方法，可以有效地解决大型铸钢支承辊的裂纹、缩孔和疏松问题，使超大型铸钢支承辊国产化成为了可能。本专利技术的技术方案是100吨级以上超大型铸钢支承辊制备过程中，在先进的浇注系统设计、铁模覆砂工艺、切线型内浇口旋转充型方法、顺序凝固技术、滑动辊颈技术、电加热冒口技术等技术基础之上，这些内容已经包含在中国专利申请(专利号ZL200410021595.5，申请日2004年8月2日，名称铸钢支承辊整体铸造方法；申请号200610048038.1，申请日2006年10月18日，名称大型铸钢支承辊制备工艺)中。本专利技术主要采用上注与下注相结合的浇注工艺，进行多次组箱、多次浇注、多次电加热技术以及复合冒口技术。1、上注与下注相结合技术(1)下注技术主要采用先进的浇注系统设计原则，设计出无气隙平稳充型浇注系统。该浇注系统由带塞杆系统的中间包、锥形直浇道、横浇道和切线形内浇口组成，直浇道上口与中间包相连。根据浇注的钢水重量和浇注速度，设置1-4个浇注系统沿圆周分布，多个浇注系统同时浇注。浇注过程中先将钢液浇入中间包，当钢液高度超过500mm后，打开中间包的塞杆系统，开始浇注。采用这种下注方式的浇注系统，使金属液在中间包中有一段静止时间，有利于气体和夹杂物的上浮，金属液在直浇道和横浇道中流动时，保持金属液处于充满状态，避免卷入气体，保持钢水的纯净。金属液切线进入铸件型腔，使金属液在铸件型腔中产生旋转运动，将非金属夹杂物旋转到液面中心，最后上浮到表面，并且使金属液面平稳上升。(2)上注技术金属液从铸件型腔的顶端直接进行浇注，当钢水包对准铸件型腔后，尽量降低钢水包高度，打开钢包的滑动水口，开始浇注。进行上注时，尽量降低钢水包，可以减小钢水在空气中的暴露时间，降低钢水的氧化，同时也可以减小钢水对型腔的冲击和避免将夹杂物卷入到铸件中。(3)浇注主要效果在铸钢支承辊浇注过程中，先进行下注，再进行上注，使轧辊能更好的实现顺序凝固，减少缩孔、疏松缺陷；降低轧辊凝固过程的收缩应力，避免裂纹缺陷。(4)使用方法先进行下注，利用下注方法将金属液浇到上辊颈的某一高度。首次浇注，钢水通过所设计的浇注系统以下注形式浇入型腔，当金属液上升到辊身以上200～1000mm时，停止下注。30～180分钟后，采用上注方法进行第二次浇注，浇注钢水300～2500mm高。30～180分钟后，采用上注方法进行第三次浇注，浇注钢水300～2500mm高，依次进行，直到浇满为止。2、多次组箱与多次电加热技术(1)多次组箱在模具设计过程中，将上辊颈箱和冒口箱设计成多节箱，每节箱之间由止口定位。第一次浇注之前，进行模具装配时只装配到上辊颈的某一节箱。当第一次浇注之后，准备进行第二次浇注时，才继续组装剩余的上辊颈箱，根据具体情况，可以组装1节，也可以组装2节或是3节。随着浇注的进行，不断加高上辊颈箱及冒口箱。(2)多次电加热在第一次浇注完成之后开始电加热，每次浇注之间都进行电加热，保持金属表面为液态。(3)主要作用金属液发生固态收缩时，固态金属会受到来自铸型的阻力，而当阻力大于金属的高温强度时，就会产生拉应力裂纹。采用多次浇注工艺，可以使金属液实现顺序凝固，使辊身和下辊颈先行凝固，当固态收缩基本完成之后，再浇注上辊颈及冒口，使收缩阻力减小到最低限度。这样操作，减小了拉应力，避免了拉应力裂纹。(4)使用方法在浇注过程中，完成第一次浇注之后，就开始进行电加热保温；在进行第二次浇注之前，加高上辊颈箱，进行浇注，再进行电加热。与加高上辊颈箱和冒口箱交替进行。直到浇满冒口，再进行最后的电加热保温。3、多次电加热工艺(1)电加热冒口结构本专利技术所用电加热冒口为电渣加热冒口。电渣加热冒口由加热电极和电渣组成，电极为石墨电极，电渣为Al2O3、CaO和CaF的混合物。按重量比计，Al2O3占30～70％，CaO占10～15％，CaF2占20～50％。3种电渣原料在使用前用分袋放置，使用按重量百分比向熔池中加入。充型结束后，向冒口中加电渣，电渣覆盖整个液面，电渣厚度50～150mm；然后通过供电装置给石墨电极供电，对冒口进行加热保温；采用单电极或多电极，直流或交流电渣加热保温。(2)电加热冒口用途底注铸件在浇注过程中，金属液上面的温度低，下面的温度高，不利于补缩。在中间阶段进行电加热，主要保持金属液面为液态，使铸件不出现冷隔缺陷。最终电加热的作用是将上面金属液加热，形成正的温度梯度，有利于冒口完成补缩。(3)使用方法电加热电压为50～100V，电流为500～1500A，变压器功率为25～150KW。中间加热时间按浇注要求确定，需要进行下一次浇注时，电加热就暂时停止。最终电加热时间根据冒口尺寸确定，具体时间如表1。表1冒口直径与电加热时间工艺参数对照 注冒口直径是指冒口高度上的平均直径4、复合冒口技术(1)复合冒口结构复合冒口是由上下两部分组成，上半部分为砂型，下半部分由保温砖砌筑而成。砂型高度200～1500mm，保温砖砌筑层高度为1000～2500mm。(2)主要作用复合冒口上半部分有较强的耐高温能力和抗侵蚀能力。下半部分用保温砖，可以增加冒口的补缩距离，减少轴线疏松。(3)使用方法在造型过程中，先将保温砖围成圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种１００吨级以上单一材质超大型铸钢支承辊的铸造方法，其特征在于：采用下注和上注相结合的浇注方法。

【技术特征摘要】
1.一种100吨级以上单一材质超大型铸钢支承辊的铸造方法，其特征在于采用下注和上注相结合的浇注方法。2.按照权利要求1所述的100吨级以上单一材质超大型铸钢支承辊的铸造方法，其特征在于采用多次浇注完成钢水的最终浇注；首次浇注，钢水通过浇注系统以下注形式浇入型腔，当金属液上升到辊身以上200～1000mm时，停止下注；30～180分钟后进行第二次浇注，浇注以上注形式进行，浇注钢水300～2500mm高；30～180分钟后进行第三次浇注，浇注钢水300～2500mm高，依次进行，直到浇满为止。3.按照权利要求1所述的100吨级以上单一材质超大型铸钢支承辊的铸造方法，其特征在于采用模具整体铸造，设计了分节的上辊颈箱及冒口箱，采用多次组箱和多次电加热方法。4.按照权利要求3所述的100吨级以上单一材质超大型铸钢支承辊的铸造方法，其特征在于采用多节上辊颈箱和冒口箱，上辊颈箱和冒口箱分别由2～4节组成，各节箱之间由止口定位，每节箱300～1200mm高。5.按照权利要求3所述的100吨级以上单一材质超大型铸钢支承辊的铸造方法，其特征在于采用多次组箱和多次电加热；第一次组箱，只放上一节上辊颈箱，当第...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏立军，康秀红，李殿中，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