齒輥輥身鑄造工藝改進(jìn)

郭 林，李寶偉，黃一聲

（濟(jì)鋼集團(tuán)重工機(jī)械有限公司，濟(jì)南 250101）

齒輥輥身鑄造工藝改進(jìn)

郭 林，李寶偉，黃一聲

（濟(jì)鋼集團(tuán)重工機(jī)械有限公司，濟(jì)南 250101）

采用輥身內(nèi)部鑄入離心鋼管的工藝方案，解決了原輥身使用中出現(xiàn)裂紋、漏水導(dǎo)致其使用壽命短的問題。

豎爐；齒輥；鑄造工藝

齒輥是球團(tuán)豎爐生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備,其結(jié)構(gòu)為三段式，其中輥身是三段中的關(guān)鍵部位，齒輥輥身結(jié)構(gòu)如圖1所示。輥身鑄件材質(zhì)為ZG40Mn2，要求鑄件組織致密，使用過程中不得有漏水現(xiàn)象。

1 原工藝出現(xiàn)的問題

原齒輥使用過程中出現(xiàn)的問題，主要是使用壽命短，齒輥安裝使用后不到兩個(gè)月就出現(xiàn)漏水，在槽底部出現(xiàn)裂紋，中間燒損嚴(yán)重。

針對(duì)以上問題，我們通過分析認(rèn)為，導(dǎo)致原齒輥使用壽命短、漏水嚴(yán)重的主要原因是齒輥輥身工藝結(jié)構(gòu)不合理，采用常規(guī)鑄造法容易產(chǎn)生氣孔與縮松缺陷，不可能保證鑄件的致密要求，因此在使用過程中出現(xiàn)漏水問題。由于輥身部位的工作環(huán)境溫度較高，漏出的水氣化成水蒸汽，水蒸汽在高溫下與齒輥表層的鐵元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)氧化鐵和一氧化碳，導(dǎo)致鑄件抗拉強(qiáng)度降低，表面出現(xiàn)裂紋，使得漏水越來越嚴(yán)重。要解決以上問題，按常規(guī)鑄造方法，只能采取加補(bǔ)貼的方法；但是由于輥身較長(zhǎng)，需要加的補(bǔ)貼量較大，給加工和清理造成困難，并且也不能保證鑄件不出現(xiàn)氣孔和夾砂等鑄造缺陷。因此必須另采取特殊的工藝方法。

2 改進(jìn)后的鑄造工藝

為解決齒輥漏水問題，我們研究設(shè)計(jì)多種工藝方案，最終確定采用輥身內(nèi)部鑄入離心鋼管的工藝方案。該工藝把輥身中間鑄入的離心鋼管和輥身本體很好地熔接在一起，為保證離心鋼管與齒輥輥身牢固定位，在離心鋼管上下兩端焊接定位圓鋼。輥身工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

2.1 鑄入離心鋼管結(jié)構(gòu)確定

為保證鋼管與輥身較好地熔合，選擇合理壁厚的鋼管、鋼管在齒輥輥身中的固定以及離心鋼管鑄入鑄型時(shí)的溫度是鑄造技術(shù)重點(diǎn)。通過對(duì)齒輥整體結(jié)構(gòu)的鑄造工藝分析，最后確定如下結(jié)構(gòu)方案（如圖3），并進(jìn)行仿真模擬。

鋼管壁厚分臺(tái)階設(shè)計(jì)，保證鑄件在凝固時(shí)形成溫度梯度，底部340mm長(zhǎng)度范圍壁厚設(shè)計(jì)為35mm,上部壁厚采用25mm，兩端在鋼管外表面分別均布焊接6根?20mm圓鋼，將鋼管預(yù)熱溫度設(shè)定為300℃。從模擬結(jié)果可以看出，鑄件輥身部位沒有縮孔、縮松等缺陷出現(xiàn)。

2.2 模樣設(shè)計(jì)

為保證砂型質(zhì)量以及造型操作方便，設(shè)計(jì)采用平做立澆結(jié)構(gòu)，將齒條部位做成活塊結(jié)構(gòu)，以防止起模時(shí)塌箱。為防止鑄件鑄出后偏芯，依據(jù)目前現(xiàn)有的實(shí)際工裝情況，設(shè)計(jì)模樣分型負(fù)數(shù)為4mm，上下模各2mm。為保證鑄件在凝固過程中形成順序凝固，保證冒口內(nèi)金屬液能夠充分補(bǔ)縮鑄件，設(shè)計(jì)采用離心鋼管的下端為下芯頭，上部冒口部位采用砂芯結(jié)構(gòu)，冒口設(shè)計(jì)為圓錐臺(tái)形結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

2.3 芯盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為保證制芯過程中冒口部位砂芯部分與下部鑄入的離心鋼管同心，改變了傳統(tǒng)的半實(shí)半刮設(shè)計(jì)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)出對(duì)分式整體定位結(jié)構(gòu)，從而保證了離心鋼管定位準(zhǔn)確，保證了離心鋼管與上部砂芯部位同心。為保證砂芯與離心鋼管連接牢固，防止在吊運(yùn)及合箱過程中變形，在砂芯與離心鋼管的中心部位設(shè)計(jì)采用直徑為?150mm×15mm鋼管做芯骨，制芯時(shí)先將芯骨放進(jìn)離心鋼管內(nèi)找正后，在離心鋼管內(nèi)放進(jìn)水玻璃七零砂，高度為離心鋼管高度的1/6，緊實(shí)后將鋼管芯骨固定在離心鋼管內(nèi)，并用CO2氣體硬化。然后將填上砂的離心鋼管與芯骨整體放進(jìn)對(duì)分式芯盒內(nèi)，制造上部砂芯部分。芯盒結(jié)構(gòu)及離心鋼管在芯盒中的定位如圖5所示。離心鋼管與芯子結(jié)構(gòu)如圖6所示。

2.4 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)與造型操作

為保證澆注時(shí)鋼液能夠平穩(wěn)快速充填型腔，設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)為底反內(nèi)澆道?60mm四道均布，在冒口下部設(shè)置?80mm內(nèi)澆道一道，橫澆道與直澆道都設(shè)計(jì)為?80mm。充型模擬驗(yàn)證表明，該澆注系統(tǒng)設(shè)置較為合理。

造型操作時(shí)要保證砂芯、砂型緊實(shí)度要高而且均勻；為防止粘砂，保證齒條表面組織致密，在齒條部位采用鉻鐵礦砂；臥澆口時(shí)，要保證相鄰澆口磚之間的接口要連接緊密，防止從散砂進(jìn)入澆口內(nèi)。砂型制造完成后要進(jìn)烘干窯烘干，烘干工藝如圖7所示。

2.5 離心鋼管的材質(zhì)及鑄入前的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

離心鋼管材質(zhì)為ZG270-500。由于離心鋼管是在鑄造輥身時(shí)鑄入，因此輥身的長(zhǎng)度要包括下部芯頭長(zhǎng)度。為保證離心鋼管在輥身本體內(nèi)很好的固定，分別在離心鋼管上下部設(shè)置六根固定圓鋼，圓鋼要牢固的固定在離心鋼管上。焊縫高度要大于12mm,要保證圓鋼在離心鋼管上的焊接位置正確。離心鋼管在鑄入前要進(jìn)行打壓檢查，用睹板將兩端孔先焊好，在一端焊上打壓用水管，打壓檢查合格后，再將兩端睹板去掉，并將兩端面修磨平整，以方便打芯合箱。離心鋼管鑄入前尺寸結(jié)構(gòu)如圖8所示。

2.6 合箱及澆注操作工藝

合箱前將離心鋼管預(yù)熱350℃以上待用。在出鋼前一個(gè)小時(shí)前進(jìn)行合箱，保證合箱時(shí)離心鋼管溫度在300℃以上。合箱后30min內(nèi)要進(jìn)行澆注，否則要用熱風(fēng)機(jī)對(duì)砂型型腔進(jìn)行升溫。澆注后24小時(shí)打箱，為了降低成本，防止割冒口后出現(xiàn)裂紋，確定利用打箱后的余熱熱割冒口，熱割溫度控制在200℃以上。

3 結(jié)論

改進(jìn)工藝后生產(chǎn)的齒輥完全達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，解決了齒輥打壓及使用壽命短的問題，由于采用了離心鋼管鑄入，加大了鑄造過程中鑄件凝固冷卻的速度，消除了齒條部位的粘砂現(xiàn)象，從而提高了齒輥輥身的表面質(zhì)量。從已經(jīng)生產(chǎn)的3批齒輥的使用情況看，改進(jìn)工藝后的齒輥質(zhì)量性能好，比原來使用壽命有較大提高，使用壽命可達(dá)2年以上,能夠取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

Improvement on Foundry Technology of Tooth Roller Body

GUO Lin,LI BaoWei,HUANG YiSheng
（Heavy Industry Machinery Co.Ltd.Jinan Iron&Steel Works Group,Jinan 250101,Shandong China）

Solution that technology of a centrifugal casting steel pipe cast into the body of roller to short service life of the roller led by water leakage from crack produced in use process.

Shaft furnace;Tooth roller;Foundry technology

TG242．1;

B；

1006－9658（2011）03－3

2010－12－04

2010－182

郭林（1970－），男，工程師，長(zhǎng)期從事鑄造生產(chǎn)工藝技術(shù)研究