专利名称：一种轧辊毛坯的无冒口铸造铸型及其铸造方法
技术领域：
本发明属于轧辊毛坯制造，具体属于轧辊毛坯在外加压力作用下的无冒口铸造。
背景技术：
轧辊是冶金工业大量消耗且不可缺少的大宗配件，中国轧辊年产量达100万吨。现有技术为确保铸造轧辊内部致密，将上辊颈延长300 IOOOmm作为冒口进行补缩，这样的冒口约占铸造轧辊毛坯重量的30%。这种冒口的直径与上辊颈一致，必须采用特殊的机械加工方法切割除去，然后将其重新回炉熔化后才能得以重新利用。也就是说，为了生产I吨的轧辊毛坯，必须熔炼I. 3吨左右的钢水；或者说，一个轧辊厂有相当于其轧辊产量30%的冒口在反复被熔炼，反复耗电、烧损材料和消耗人工。所以，如何减小冒口一直是轧辊生产中的一个重要问题。现有技术中，减小轧辊冒口的方法有强化冒口段的保温效果提高冒口补缩效率的保温冒口、绝热冒口、点冒口、捣冒口和电热冒口，也有在冒口部位通以压缩气体提高补缩压力的压力冒口，但这些技术措施都只能在一定程上降低轧辊的冒口高度，不能做到无冒口铸造。在现有轧辊毛坯的铸造生产中，冒口的作用主要有三个补缩、集渣、排气。其中补缩的作用是靠重力驱动下金属液的流动实现的。当金属液的温度较低时，就无法流动，从而停止补缩。现有铸造轧辊毛坯的冒口之所以大是因为其中能够在重力作用下用来补缩的金属液只占冒口容积的30 40%，冒口的其余部分自身凝固失去了补缩作用。保温冒口、绝热冒口、点冒口和电热冒口实质上就是降低了冒口内金属的冷却速度，使能够在重力作用下用来补缩的金属液占冒口容积的比例提高，但由于补缩的驱动力仍然是重力，所以必须有一定的液柱高度，从而无法做到无冒口铸造。捣冒口则是将冒口顶部的凝固壳捅开，以便利用大气压力继续补缩。压力冒口则是在冒口上方直接增加一个IMPa以下的气压，以提高补缩压力，由于气压无法使冒口内的凝固壳发生变形，只能使冒口内的金属液发生一定的流动，所以也无法做到无冒口铸造。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在消除冒口、节约材料、降低能耗的同时，确保轧辊毛坯致密无缺陷。本发明解决其技术问题的技术方案一种轧辊毛坯的无冒口铸造铸型，该铸型包括上辊颈铸型外壳、上辊颈铸型覆砂层、辊身铸型、下辊颈铸型覆砂层、下辊颈铸型外壳、浇道铸型；构成该铸型的零件之间的连接下辊颈铸型覆砂层填充至下辊颈铸型外壳内，浇道铸型置于下辊颈铸型的浇道口上并固定；辊身铸型的一个端面置于下辊颈铸型孔上；浇道铸型和辊身铸型的中心线分别与下辊颈铸型的浇道口和下辊颈铸型孔的中心线重合；上辊颈铸型覆砂层填充至上辊颈铸型外壳内，整体置于辊身铸型的另一个端面上并固定；辊身铸型的中心孔、上辊颈铸型覆砂层的上辊颈铸型孔孔和下辊颈铸型覆砂层的下辊颈铸型孔构成轧辊毛坯的整个型腔；该铸型设副压头和主压头。加压过程中，副压头置于主压头盖的副压头孔和主压头体的副压头孔内，其间为间隙配合；上辊颈铸型外壳的一端为一光滑的水平面，在水平面的中心处设上辊颈铸型外壳的副压头孔及其周边均布上辊颈铸型外壳排气孔12，上辊颈铸型外壳的另一端设一子口 ；上辊颈铸型覆砂层填充至上辊颈铸型外壳内，构成上辊颈铸型外壳和上辊颈铸型覆砂层组件；在覆砂层上设上辊颈铸型覆砂层副压头孔；上辊颈铸型覆砂层的副压头孔、上辊颈铸型外壳的副压头孔、主压头体的副压头孔和主压头盖的副压头孔直径相同，并同轴；上辊颈铸型孔与上辊颈铸型覆砂层副压头孔同轴；所述的主压头包括主压头盖、主压头体、辊颈侧冷却水道、辊颈侧密封圈、浇口侧密封圈、浇口侧冷却水道、辊颈侧出水嘴、辊颈侧进水嘴、浇口侧进水嘴、浇口侧出水嘴；主压头盖上设主压头盖的副压头孔，其周边均布通孔；主压头体的一面上设一凹槽，另一面设一凸台；凹槽内设主压头体的副压头孔、浇口侧冷却水道和辊颈侧冷却水道两组水道，两组水道周边分别设一圆形凹槽；将浇口侧密封圈和辊颈侧密封圈分别放置于两组水道周边的凹槽内；将主压头盖放置于主压头体凹槽中，通过螺钉与主压头体的螺纹连接将主压头盖固定在主压头体凹槽内，主压头盖的副压头孔和主压头体的副压头孔直径完全相同，并同轴。所述的副压头包括副压头盖、副压头出水嘴、副压头密封圈、副压头体、进水管、副压头进水嘴；副压头盖上设进、出水道，其进水道的一端口与副压头进水嘴连接，其出水道口与副压头出水嘴连接，进水道的另一端口与进水管固定连接；通过螺钉与副压头体的螺纹连接将副压头盖固定在副压头体上，其间通过副压头密封圈密封。所述的副压头体的下平面涂锆英粉或石英粉涂料。所述的副压头体的外圆与主压头盖的副压头孔、主压头体的副压头孔和上辊颈铸型外壳的副压头孔的配合间隙为0. 2 0. 5_。所述的上辊颈铸型覆砂层的副压头孔的孔深100 500mm。使用权利要求I的铸型铸造轧辊毛坯的无冒口铸造方法，该铸造方法包括以下步骤步骤一组装压头将主压头安装在加压设备主缸的活塞上，将副压头安装在加压设备中央油缸的活塞上；步骤二组装铸型；步骤三将铸型安放在加压设备的工作台上，启动冷却系统；步骤四浇注
将温度为1280 1650°C的金属熔液，从铸型的浇道口浇入型腔，熔液浇注至高出上辊颈铸型孔的底面为80 270mm ；步骤五排渣、排气浇注完毕静置I lOmin，使型腔内的熔液内部的杂质和气体上浮至液面排出；步骤六加压补缩利用主压头加压，加压压力为2150 33900KN ；之后副压头对型腔内的熔液直接施加10 15Mpa压强，并按照I 20MPa/min的速度连续增压直至达到80 150MPa，保持这一压强直至整个轧辊完全凝固；步骤七卸压、缓冷关闭冷却系统，卸副压头上的压力；再卸主压头上的压力；松开构成铸型的各件之间的连接，轧辊毛坯在型腔内冷却至300 500°C温度后，脱除铸型，在大气中自然冷却至室温，得到轧辊毛坯。与现有轧辊毛坯的铸造技术相比，本发明的有益效果为I.完全取消了冒口，省去了切割和重熔冒口的费用，金属液得到了有效利用，节约金属材料，降低生产成本，提高产量；2.主压头和副压头均通有循环冷却水，温度不会超过500°C，使用寿命长，也不会使加压设备的油缸发热；3.利用加压设备带动主压头和副压头独立运动，顺序实现压紧铸型和加压补缩，有效防止铸型接合部跑钢，补缩效果稳定可靠，轧辊内部致密；4.副压头对轧辊金属液加压的作用可以使凝固温度提高，过冷度加大，细化组织，使生广效率提闻;5.浇注完毕一定时间的静置可以确保浇注过程夹杂和气体的上浮，副压头与主压头及铸型内壁间的间隙可以确保排气；6.使用范围广本发明适用于各种材质和规格的整体铸造轧辊和离心铸造复合轧辊。
图I是轧辊毛坯的无冒口铸造铸型主视图。图2是轧辊毛坯的无冒口铸造铸型俯视图。图3是副压头主视图。图4是副压头俯视图。图5是图3的A-A剖面图。图6是主压头主视图。图I是主压头俯视图。图8是图6的B-B剖视图。图9是图7的C-C剖面图。图10是图7的D-D剖面图。图中副压头I、主压头2、上辊颈铸型覆砂层3、上辊颈铸型外壳4、辊身铸型5、轧辊毛坯6、下辊颈铸型覆砂层7、下辊颈铸型外壳8、冷却介质水9、浇道铸型10、浇道11、排气孔12、主压头盖201、主压头体202、辊颈侧冷却水道203、辊颈侧密封圈204、浇口侧密封圈205、浇口侧冷却水道206、辊颈侧出水嘴207、辊颈侧进水嘴208、浇口侧进水嘴209、浇口侧出水嘴210、副压头盖101、副压头出水嘴102、密封圈103、副压头体104、进水管105、副压头进水嘴106。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述。轧辊毛坯的无冒口铸造铸型，该铸型包括上辊颈铸型覆砂层3、上辊颈铸型外壳4、辊身铸型5、下辊颈铸型覆砂层7、下辊颈铸型外壳8、浇道铸型10 ;构成该铸型的零件之间的连接下辊颈铸型覆砂层7填充至下辊颈铸型外壳8内，浇道铸型10置于下辊颈铸型的浇道口上并固定；辊身铸型5的一个端面置于下辊颈铸型孔上；浇道铸型10和辊身铸型5的中心线分别与下辊颈铸型的浇道口和下辊颈铸型孔的中心线重合；上辊颈铸型覆砂层3和上辊颈铸型外壳4的组件置于辊身铸型5的另一个端面上；辊身铸型5的中心孔、上辊颈铸型覆砂层3的上辊颈孔、下辊颈铸型覆砂层7的下辊颈铸型孔构成型腔；其特征在于所述的铸型包括副压头I和主压头2 ;加压过程中，副压头置于主压头盖的副压头孔和主压头体的副压头孔内，其间为间隙配合；上辊颈铸型外壳4由钢或铸铁制成，其一端为一光滑的水平面，在水平面的中心处设上辊颈铸型外壳的副压头孔及其周边上设上辊颈铸型外壳排气孔，上辊颈铸型外壳4的另一端设一子口；上辊颈铸型覆砂层3填充至上辊颈铸型外壳4内，构成上辊颈铸型外壳和上辊颈铸型覆砂层组件；在覆砂层3上设上辊颈铸型覆砂层副压头孔；上辊颈铸型覆砂层3的副压头孔、上辊颈铸型外壳4的副压头孔、主压头体的副压头孔和主压头盖的副压头孔直径相同，并同轴；上辊颈铸型孔与上辊颈铸型覆砂层副压头孔同轴；将所述的组件的上辊颈铸型孔的端面放置于辊身铸型5的另一端面上，上辊颈铸型外壳4与辊身铸型5契合；上辊颈铸型覆砂层3、上辊颈铸型外壳4和下辊颈铸型覆砂层7的下辊颈口的中心线重合；所述的下辊颈铸型外壳8的底上设下辊颈铸型外壳排气孔。所述的主压头2包括主压头盖201、主压头体202、辊颈侧冷却水道203、辊颈侧密封圈204、浇口侧密封圈205、浇口侧冷却水道206、辊颈侧出水嘴207、辊颈侧进水嘴208、浇口侧进水嘴209、浇口侧出水嘴210 ；主压头盖201上设主压头盖的副压头孔，其周边均布通孔；主压头体202的一面上设一凹槽，另一面设一凸台；凹槽内设主压头体的副压头孔、浇口侧冷却水道206和辊颈侧冷却水道203两组水道，两组水道周边分别设一圆形凹槽；将浇口侧密封圈205和辊颈侧密封圈204分别放置于两组水道周边的凹槽内；辊颈侧冷却水道203为围绕主压头体的副压头孔的三道连通的凹槽。
将主压头盖201放置于主压头体202凹槽中，通过螺钉与主压头体202的螺纹连接将主压头盖201固定在主压头体202凹槽内，主压头盖的副压头孔和主压头体的副压头孔直径完全相同，并同轴。所述的副压头I包括副压头盖101、副压头出水嘴102、副压头密封圈103、副压头体104、进水管105、副压头进水嘴106 ；副压头盖101上设进、出水道，其进水道的一端口与副压头进水嘴106连接，其出水道口与副压头出水嘴102连接，进水道的另一端口与进水管105固定连接；通过螺钉与副压头体104的螺纹连接将副压头盖101固定在副压头体104上，其间通过副压头密封圈103密封。所述的副压头体104的下平面涂锆英粉或石英粉。所述的副压头体104的外圆与主压头盖的副压头孔、主压头体的副压头孔和上辊颈铸型外壳的副压头孔的配合间隙为0. 2 0. 5mm,取其0. 2mm或0. 5mm或0. 2 0. 5mm间
的任意值均可。。所述的上棍颈铸型覆砂层的副压头孔的孔深100 500mm,取其IOOmm或500mm或100 500mm间的任意值均可。所述的主压头2由钢制成，副压头I由热作模具钢制成。冷却系统包括水箱、水泵、管路、冷却介质水9。水泵放置于水箱中，水泵的出水管与浇口侧进水嘴209、水泵的出水管与辊颈侧进水嘴208、水泵的出水管与副压头进水嘴106分别连接；浇口侧出水嘴210、辊颈侧出水嘴207、副压头出水嘴102分别通过管路与水箱连通。冷却水压力0. I 0. 2MPa，流量60 1000L/h。轧辊材料为球墨铸铁的轧辊毛坯的无冒口的铸造方法之一(整体浇铸方法)，该铸造方法包括以下步骤步骤一组装压头将主压头2安装在加压设备主缸的活塞上，将副压头I安装在加压设备中央油缸的活塞上；步骤二组装铸型步骤三将铸型安放在加压设备的工作台上，启动冷却系统；步骤四浇注将温度为1280°C的球墨铸铁熔液，从铸型的浇道口浇入型腔，熔液浇注至高出上棍颈铸型孔的底面为80mm ；步骤五排渣、排气浇注完毕静置lmin，使型腔内的球墨铸铁熔液内部的杂质和气体上浮至液面排出；步骤六加压补缩利用主压头2加压，加压压力为2150KN ;加压的目的在于有效防止随后加压补缩时上辊颈铸型与辊身铸型的接合部位分离，导致轧辊金属液外喷；之后副压头I对型腔内的金属液直接施加IOMPa的压强，并按照IMPa/min的速度连续增压直至达到80MPa，保压时间5. 6min，直至整个轧辊完全凝固。既可以及时补缩，又可以节约能耗。步骤七卸压、缓冷关闭冷却系统。卸副压头(I)上的压力，即将副压头I从主压头盖的副压头孔和主压头体的副压头孔中移出，即将主压头2和铸型分开；再卸主压头2上的压力，即将主压头2和铸型分开。松开构成铸型的各件之间的连接，轧辊毛坯6在型腔内冷却至400°C温度后，脱除铸型，在大气中自然冷却至室温，得到轧辊毛坯6。轧辊材料为冲洗复合球铁的轧辊毛坯的无冒口的铸造方法之二 (冲洗复合浇铸方法)，该铸造方法包括以下步骤步骤一组装压头将主压头2安装在加压设备主缸的活塞上，将副压头I安装在加压设备中央油缸的活塞上；步骤二组装铸型步骤三将铸型安放在加压设备的工作台上，启动冷却系统；步骤四浇注将温度为1350°C的球墨铸铁熔液，从铸型的浇道口浇入型腔，熔液浇注至高出上棍颈铸型孔的底面为169mm ；步骤五排渣、排气浇注完毕静置7min，使型腔内的球墨铸铁熔液内部的杂质和气体上浮至液面排出；步骤六加压补缩利用主压头2加压，加压压力为14377KN ;加压的目的在于有效防止随后加压补缩时上辊颈铸型与辊身铸型的接合部位分离，导致轧辊金属液外喷；之后副压头I对型腔内的金属液直接施加13MPa的压强，并按照12MPa/min的速度连续增压直至达到120MPa，保压时间14. 8min，直至整个轧辊完全凝固。既可以及时补缩，又可以节约能耗。步骤七卸压、缓冷关闭冷却系统。卸副压头(I)上的压力，即将副压头I从主压头盖的副压头孔和主压头体的副压头孔中移出，即将主压头2和铸型分开；再卸主压头2上的压力，即将主压头2和铸型分开。松开构成铸型的各件之间的连接，轧辊毛坯6在型腔内冷却至300°C温度后，脱除铸型，在大气中自然冷却至室温，得到轧辊毛坯6。复合高速钢轧辊毛坯的无冒口的铸造方法之三，该铸造方法包括以下步骤步骤一组装压头将主压头2安装在加压设备主缸的活塞上，将副压头I安装在加压设备中央油缸的活塞上；步骤二组装铸型步骤三将铸型安放在加压设备的工作台上，启动冷却系统；
将辊身外层材料为高速钢的钢套置于辊身铸型的中心孔内；高速钢的钢套的外径与辊身铸型的中心孔的直径相同；步骤四浇注将温度为1650°C的铸钢熔液，从铸型的浇道口浇入型腔，熔液浇注至高出上辊颈铸型孔的底面为270mm;步骤五排渣、排气浇注完毕静置lOmin，使型腔内的球墨铸铁熔液内部的杂质和气体上浮至液面排出；步骤六加压补缩利用主压头2加压，加压压力为33900KN ;加压的目的在于有效防止随后加压补缩时上辊颈铸型与辊身铸型的接合部位分离，导致轧辊金属液外喷；之后副压头I对型腔内的金属液直接施加15MPa的压强，并按照20MPa/min的速度连续增压直至达到150MPa，保压时间23. 2min，直至整个轧辊完全凝固。既可以及时补缩，又可以节约能耗。步骤七卸压、缓冷关闭冷却系统。卸副压头I上的压力，即将副压头I从主压头盖的副压头孔和主压头体的副压头孔中移出，即将主压头2和铸型分开；再卸主压头2上的压力，即将主压头2和铸型分开。松开构成铸型的各件之间的连接，轧辊毛坯6在型腔内冷却至500°C温度后，脱除铸型，在大气中自然冷却至室温，得到轧辊毛坯6。
权利要求
1.一种轧辊毛坯的无冒口铸造铸型，该铸型包括上辊颈铸型覆砂层(3)、辊身铸型(5)、下辊颈铸型覆砂层(7)、下辊颈铸型外壳(8)、浇道铸型(10);构成该铸型的零件之间的连接下辊颈铸型覆砂层(7 )填充至下辊颈铸型外壳(8 )内，浇道铸型(10 )置于下辊颈铸型的浇道口上并固定；辊身铸型(5)的一个端面置于下辊颈铸型孔上；浇道铸型(10)和辊身铸型(5)的中心线分别与下辊颈铸型的浇道口和下辊颈铸型孔的中心线重合；上辊颈铸型覆砂层(3)置于辊身铸型(5)的另一个端面上；辊身铸型的中心孔、上辊颈铸型覆砂层的上辊颈孔、下辊颈铸型覆砂层的下辊颈铸型孔构成型腔；其特征在于所述的铸型包括副压头(I)和主压头(2);加压过程中，副压头置于主压头盖的副压头孔和主压头体的副压头孔内，其间为间隙配合；上辊颈铸型外壳(4)的一端为一光滑的水平面，在水平面的中心处设上辊颈铸型外壳的副压头孔及其周边均布上辊颈铸型外壳排气孔(12)，上辊颈铸型外壳(4)的另一端设一子□;上辊颈铸型覆砂层(3)填充至上辊颈铸型外壳(4)内，整体置于辊身铸型的另一个端面上并固定；在覆砂层(3)上设上辊颈铸型覆砂层副压头孔；上辊颈铸型覆砂层的副压头孔、上辊颈铸型外壳的副压头孔、主压头体的副压头孔和主压头盖的副压头孔直径相同，并同轴；上辊颈铸型孔与上辊颈铸型覆砂层副压头孔同轴。
2.根据权利要求I所述的轧辊毛坯的无冒口铸造铸型，其特征在于所述的主压头(2)包括主压头盖(201)、主压头体(202)、辊颈侧冷却水道(203)、辊颈侧密封圈(204)、浇口侧密封圈(205)、浇口侧冷却水道(206)、辊颈侧出水嘴(207)、辊颈侧进水嘴(208)、浇口侧进水嘴(209)、浇口侧出水嘴(210)；主压头盖(201)上设主压头盖的副压头孔，其周边均布通孔；主压头体(202)的一面上设一凹槽，另一面设一凸台；凹槽内设主压头体的副压头孔、 烧口侧冷却水道(206 )和棍颈侧冷却水道(203 )两组水道,两组水道周边分别设一圆形凹槽；将浇口侧密封圈(205)和辊颈侧密封圈(204)分别放置于两组水道周边的凹槽内； 将主压头盖(201)放置于主压头体(202)凹槽中，通过螺钉与主压头体(202)的螺纹连接将主压头盖(201)固定在主压头体(202)凹槽内，主压头盖的副压头孔和主压头体的副压头孔直径完全相同，并同轴。
3.根据权利要求I所述的轧辊毛坯的无冒口铸造铸型，其特征在于所述的副压头(I)包括副压头盖(101)、副压头出水嘴(102)、副压头密封圈(103)、副压头体(104)、进水管(105)、副压头进水嘴(106)；副压头盖(101)上设进、出水道，其进水道的一端口与副压头进水嘴(106)连接，其出水道口与副压头出水嘴(102)连接，进水道的另一端口与进水管(105)固定连接；通过螺钉与副压头体(104)的螺纹连接将副压头盖(101)固定在副压头体(104)上，其间通过副压头密封圈(103)密封。
4.根据权利要求3所述的轧辊毛坯的无冒口铸造铸型，其特征在于所述的副压头体(104)的下平面涂锆英粉或石英粉。
5.根据权利要求3所述的轧辊毛坯的无冒口铸造铸型，其特征在于所述的副压头体(104)的外圆与主压头盖的副压头孔、主压头体的副压头孔和上辊颈铸型外壳的副压头孔的配合间隙为O. 2 O. 5mm。
6.根据权利要求3所述的轧辊毛坯的无冒口铸造铸型，其特征在于所述的上棍颈铸型覆砂层的副压头孔的孔深100 500mm。
7.使用权利要求I的铸型铸造轧辊毛坯的无冒口铸造方法，该铸造方法包括以下步骤步骤一组装压头将主压头(2)安装在加压设备主缸的活塞上，将副压头(I)安装在加压设备中央油缸的活塞上，步骤二组装铸型步骤三将铸型安放在加压设备的工作台上，启动冷却系统；步骤四浇注将温度为1280 1650°C的金属熔液，从铸型的浇道口浇入型腔，熔液浇注至高出上辊颈铸型孔的底面为80 270mm ；步骤五排渣、排气浇注完毕静置I lOmin，使型腔内的熔液内部的杂质和气体上浮至液面排出；步骤六加压补缩利用主压头(2)加压，加压压力为2150 33900KN ；之后副压头(I)对型腔内的熔液直接施加10 15Mpa压强，并按照I 20MPa/min的速度连续增压直至达到80 150MPa，保持这一压强直至整个轧辊完全凝固；步骤七卸压、缓冷关闭冷却系统，卸副压头(I)上的压力；再卸主压头(2)上的压力；松开构成铸型的各件之间的连接，轧辊毛坯(6)在型腔内冷却至300 500°C温度后， 脱除铸型，在大气中自然冷却至室温，得到轧辊毛坯(6)。
全文摘要
一种轧辊毛坯的无冒口铸造铸型及其铸造方法，属于轧辊毛坯制造。解决的问题是消除冒口，节约材料，降低能耗。该铸型设副压头(1)和主压头(2)，铸造时，副压头(1)置于主压头盖的副压头孔和主压头体的副压头孔内。该铸造方法包括步骤一组装压头；步骤二组装铸型；步骤三将铸型安放在加压设备的工作台上，启动冷却系统；步骤四浇注；步骤五排渣、排气；步骤六利用主压头(2)加压2150～33900KN后，副压头(1)对型腔内的熔液直接施加10～15MPa，以1～20MPa/min连续增压直至80～150MPa，保压至完全凝固；步骤七关闭冷却系统，先后卸副压头(1)和主压头(2)的压力，松开构成铸型之间的连接，毛坯在型腔内冷却至300～500℃温度后，脱除铸型，自然冷却至室温。
文档编号B22C9/08GK102974765SQ20121049254
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月27日 优先权日2012年11月27日
发明者邢书明, 杨淼, 鲍培玮 申请人:北京交通大学