离心有型铸造轧辊的制备方法及其辊身造型装置与流程

1.本发明涉及轧辊制造领域，尤其涉及一种离心有型铸造轧辊的制备方法及其辊身造型装置。


背景技术：

2.自从有热轧钢开始至今,轧辊一直都是轧机上使金属产生连续塑性变形的主要工作部件和工具，轧辊性能的好坏直接影响着轧钢的生产效率和钢材的表面质量，因此轧辊的各项物理机械性能的重要性是显而易见的。多年以来轧辊生产行业积极引进相关行业的先进技术，在生产工艺和材料性能等方面都有了长足的进步和发展，极大地推动和促进了轧钢行业的发展。比如在板带钢轧制方面推出了离心铸造高速钢轧辊、cpc高速钢轧辊等性能优良的新材质、新工艺轧辊。在线棒材轧制行业推出了用于精轧机架的离心高速钢轧辊和碳化钨轧辊等耐磨性能优异的轧辊。这些用新材质、新工艺所生产出轧辊投放市场后体现出了良好的轧制性能，同时也促进了板带钢和线棒材轧钢行业的发展。
3.而用于轧制型钢的轧辊却长期以来没有长足的发展，现今轧制型钢所用的轧辊大部分还是耐磨性和强韧性比较差的常法轧辊，近年来小部分型钢轧制开始引进了离心轧辊，但材质也仅局限在中nicrmo无限冷硬球墨铸铁轧辊、珠光体球墨铸铁轧辊和数量极少的贝氏体球墨铸铁轧辊等。虽然在单位轧制量上有所提高，但提高幅度不大。如果再继续引入更高材质、更高硬度的轧辊，那么深孔加工难度就会大大增加，势必会耗费巨大的开孔成本和损失加工效率。同时还面临着开深孔以后因为硬度降落而造成的耐磨性下降的问题。
4.本发明所涉及的产品为大、中、小型型钢热轧生产所用的轧辊；棒材、线材轧机粗、中轧轧辊。这些轧辊有一个共同的特征，就是：都需要开较深的孔型(一般开孔深度为40～150mm，线、棒材粗中轧个别平辊轧制的除外)。这些轧辊的基本结构如图1包括：传动端辊颈1、传动端扁头2、操作侧辊颈5、辊身部分的辊环4、辊身部分的轧槽3等几个部分。
5.以往传统的轧辊生产工艺是先铸造辊身为平滑状态的轧辊，待按订货图纸(平辊图纸)加工好以后以辊身为平滑的状态交货，然后轧钢厂家再按孔型图进行开槽，如图1中的轧槽3加工，最后才上机轧制。这种方法已经沿用多年(自轧制型钢和线、棒材起就使用这种方法)，在长期的轧钢实践中发现这种方法有诸多的弊端，最为突出的是这些轧辊往往开槽较深(越是大型型钢开槽越深)，一般深度在40～150mm，甚至更深。这样就会大大增加轧槽上下部位的硬度落差，从而会大大降低轧槽的耐磨性，显而易见的就是会缩短轧辊的使用寿命。那么最终导致的问题就是频繁的换槽、换辊，大大降低了轧机的作业率，提高了轧制成本。
6.由于轧辊的辊身是由冷模(我们习惯叫做辊模)内表面涂耐火材料铸造而成的，在铸造时最靠近冷模的铁液的过冷度比较大，所以轧辊外层表面的组织晶粒非常细密，硬度也比较高，但随着往轧辊内层方向的延伸，过冷度会越来越小，组织晶粒也会相对变得越来越粗大。这种情况是液态金属在凝固过程中的必然结果，也就是说不论哪种材质轧辊的铸造，由外到内的组织差异是不可避免的。组织上的差异也必然会产生硬度上变化。也就是说
不同材质由外到内的硬度落差值会有所不同，但硬度落差是不可避免的。那么用普通的平辊铸造的方法来生产型钢轧辊，轧辊辊身由于开深槽后，轧槽内部组织会随着轧槽的向下延伸不断变得粗大，硬度也会逐渐降低，当轧槽开完后槽底的硬度会降到相对的最低值，这样轧槽上表面和槽底就会形成大幅度的硬度差值，我们就把它叫做硬度落差。同样一个轧槽上部硬度高耐磨性就好，而槽底的硬度低耐磨也就差，当轧钢的时候耐磨性差的槽底会最先发生磨损而产生孔型变形，尽管轧槽上部的耐磨性比较好也没有什么作用，毕竟同一轧槽内的下部变形了就要被迫换槽，这个轧槽的寿命也就结束了。由此可见由于型钢轧辊的开深槽的特性决定，轧槽上下的硬度落差会严重影响轧辊的使用效果和使用寿命。
7.由平辊加工成图纸要求的轧槽，加工量是非常大的，经测算开孔损失重量约占平辊重量的20～40％左右。由此可见，轧辊开深槽会耗用大量的工时，同时还会大幅增加车削刀具消耗。如果开槽加工的轧辊数量大，还需要添置多台数控加工机床。这样测算下来开槽加工成本是非常之巨大的，同时也会延长加工周期，增加资金占用。
8.在轧辊辊面开槽时，由于加工裕量很大，需要长时间的开孔车削，加之轧辊外层硬度相对较硬，如果是贝氏体球墨铸铁或高速钢材质硬度就会更加高，那么硬度如此之高的材质在长时间的加工过程当中轧槽势必会长时间承受高强度挤压，在高强度挤压的作用下就会产生大量的车削热，在车削的时候往往车削下来的铁屑是红色的，这时铁屑的温度会高达700-800℃，车削处的轧辊温度也会高达500-600℃。轧辊如果长时间的承受这种高强挤压和高温的双重作用，一方面基体组织就会发生转变，尤其是高硬度的材质比如贝氏体球墨铸铁或高速钢的基体组织中大多都残留有相当比例的奥氏体，这些奥氏体在高温的作用下会发生组织转变，组织转变的时候体积就会发生膨胀，如果这个时候又在高强度挤压作用力的影响之下就会使轧辊外层的应力急剧增加，如果应力超出材料本身韧性所能承受的极限时就会发生应力释放，具体表现就是正在加工的轧槽突然崩裂。就算是当时的应力没有超出材料承受极限，那也会在加工时形成极大的应力隐患，为下一步的轧辊上机轧制带来很大的威胁，极有可能会在过钢时轧辊在轧制温升和轧制载荷的作用下突然释放应力，造成轧辊裂纹或直接崩裂。
9.现有技术中也有用于实现一体铸造有型轧辊的方法，例如授权公告号为cn100404172c的中国发明专利公开了一种离心铸造带槽符合轧辊的生产方法，其通过在金属型内设置数个金属环，并通过线切割将金属环切成两个半圆，并在金属型上开孔后利用螺栓将金属环固定在金属型内在进行浇铸；但在实践中发现使用该方法铸造，在浇注完成，冷却开箱后发现冷铁已经变形了，变形的冷铁不能再继续使用，只能经过车床的修复后才能使用，但每次使用后都要进行车削修复是很麻烦的，更重要的是修复后的冷铁尺寸已经发生了变化，会严重影响冷铁的组装和辊模内孔的配合，同时还会影响冷铁部分的加工余量，如果加工余量过大，就会失去孔型的激冷作用，使轧槽的使用性能下降。同时螺纹结构的连接并不利于开箱，离心铸造过程中由于辊模会经历冷热变化，温差较大，同时高速旋转离心的同时也会改变螺纹连接位置的角度，在热胀冷缩的影响下，会急剧的增加开箱的难度，因开箱难也会影响金属型的圆度，以及在开箱过程和制备过程中发生金属型箱体的变形，因此在试制时发现该方案并不能满足工业生产，存在众多需要解决的技术问题。


技术实现要素：

10.(一)要解决的技术问题
11.为了解决现有技术的上述问题，本发明提供离心有型铸造轧辊的制备方法及其辊身造型装置，实现了有型轧辊的离心铸造并且有效的解决了孔型冷铁的变形问题，能够适配批量化生产，有效的降低生产以及加工成本，并极大的增加了有型轧辊的使用寿命。
12.(二)技术方案
13.为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
14.离心有型铸造轧辊辊身造型装置，包括辊模内沿轴向平行设置的若干用于造型轧槽的孔型冷铁；所述孔型冷铁由至少8块扇形冷铁组合后胀紧设于辊模内壁的环状结构以限制扇形冷铁形变。
15.进一步的，所述金属型为辊模或辊模内设置的用于改变辊模内径的辊模内模。
16.进一步的，所述孔型冷铁由金属环线切割成12块扇形冷铁。
17.进一步的，所述扇形冷铁的平面端设有用于与相邻扇形冷铁定位用的定位孔；所述定位孔内设有定位销；所述定位孔靠近扇形冷铁外圆弧处设置；所述定位孔距离扇形冷铁外圆弧的距离为25-35mm。
18.进一步的，至少两个相邻所述扇形冷铁之间设有用于胀紧孔型冷铁的胀紧槽；所述胀紧槽内设有胀紧销。
19.进一步的，所述扇形冷铁的内侧设有用于加固耐火涂料的沟槽；所述沟槽横截面呈倒三角形，其底角呈圆弧状。
20.一种离心有型铸造轧辊的制备方法，具体包括以下步骤：
21.s1：孔型冷铁的制备与安装，参照轧辊孔型图，依据同一辊面分布的轧槽数量和尺寸以及辊模的内径制作相应数量的金属环，通过线切割将金属环切割成同等大小的至少8块扇形冷铁，并在相邻两扇形冷铁的平面端开定位孔，至少两个相邻所述扇形冷铁之间设置用于胀紧孔型冷铁的胀紧槽；在干净的辊模内孔中参照图纸设计尺寸在辊模内孔上划线标记孔型冷铁的安装位置；按次序依次在定位孔内放置定位销组装孔型冷铁，最后将胀紧销打入胀紧槽胀紧后完成孔型冷铁的安装；
22.s2：辊模预热，将完成组装孔型冷铁的辊模装入预热窑中预热，预热温度为70
±
5℃；
23.s3：孔型冷铁刷挂涂料，将完成预热的辊模吊出预热窑，水平放置在专用的平行垫铁上，便于安全旋转；
24.在预热后的孔型冷铁上刷上一层事先预制好的粘土水，以便于粘结涂料；
25.将预制好的膏状耐火涂料迅速涂抹在孔型冷铁上，并刮抹均匀、压实压光；
26.用干净的容器将涂料膏加水稀释，再用干净的毛刷轻轻将涂抹光滑的孔型冷铁进一步刷光滑；
27.将孔型冷铁晾至半干时再次用稀释涂料刷挂一遍，并绝对保持涂料均匀、光滑；
28.s4：端盖造型，将相应配型端盖上的粘砂和杂物清理干净；
29.在端盖上刷挂粘土水；
30.将端盖放置在对应型号的端盖造型底座上；
31.在端盖内孔的端盖造型样子的定位槽内放置端盖造型样子；
32.往端盖与造型样子之间填充造型砂，并捣实；
33.刮平端盖上表面突出的造型砂，起出造型样子；
34.按照工艺要求修出造型样子的圆弧和平面；
35.刷挂端盖专用耐火涂料；
36.当第一遍涂料晾至半干时，用压勺将涂料压紧一遍，并保持压后涂料表面光滑；
37.再刷第二遍涂料；
38.当第二遍涂料晾至半干时，同上操作再将涂料压紧一遍；
39.第三遍涂料用干净无污染的容器盛放干净无砂的涂料，用干净的毛刷再刷一遍涂料，保证涂料表面刷挂彻底、光滑；
40.待第三遍涂料晾至半干时，将造好型的端盖用端盖胀紧销安装于辊模两侧，并销实，每只端盖至少要上6个端盖胀紧销；
41.s5：干燥和预热，将下好冷铁、上好端盖的辊模组合体吊至干燥窑台车上，拉入干燥窑进行砂型烘干和冷型预热；
42.s6：辊模涂料，将干燥和预热后的辊模组合体拉出干燥窑，将辊模组合体吊装至离心机上；
43.按工艺要求的800～1100转/分钟的转速启动离心机；
44.将覆膜砂涂料放置在严格定位的涂料槽内，并伸入辊模两侧的端盖内孔内；
45.均匀缓慢倾转涂料槽，使涂料准确、均匀投撒至孔型间隙内的辊模内表面上；
46.保持离心机旋转1分钟后停机，涂料完成；
47.检查涂料无缺陷完全合格后等待浇注。
48.s7：外层浇注，按工艺要求的化学成分完成炉前冶炼后，取炉前化验样品进行化验分析；
49.化学成份化验合格后，将温度升至出合金要求温度；
50.天车吊起事先准备好的并预热的合金水浇包至炉前准备出铁；
51.出铁、扒渣、镇静完成后测温；
52.达到浇注要求温度后立即将浇包吊至离心机浇口位置；
53.待离心机转速达到要求后进行浇注；
54.浇注时保持快速稳流浇注，浇注后期收流慢浇，直至浇满；
55.中间层浇注，待外浇注完成后，用天车吊起大小合适的并经过充分预热的中间层浇注合金水浇包至炉前准备出铁；预热温度要求在：700～800℃；
56.出铁、扒渣、镇静后吊至离心机浇口处；
57.当外层的内表面温度接近达到固相线温度时浇入中间层合金水；
58.内层浇注，当中间层内表面运转至刚刚完全达到液相线温度时，外层和中间层刚刚达到完全凝固，要求这时刚好离心机完全停机；
59.将辊模吊至事先摆放好的底箱上进行合箱；
60.在辊模上合上冒口箱和浇口杯；
61.将温度和化学成分合格的内层铁水吊至浇口杯位置进行芯部浇注；
62.芯部浇注要求快速稳流浇注，浇至冒口箱时减速慢浇，直至浇满；
63.冷却，浇注后的轧辊在浇注坑内进行自然冷却；
64.待冷却时间和温度达到要求后进行热开箱、清砂；
65.冷却时间3～7小时和温度达到要求650～700℃后进行热开箱，并立即吊入700℃的热处理窑中进行均温、保温和后续的退火处理；
66.将毛坯轧辊转运至机加工或热处理。
67.(三)有益效果
68.本发明的有益效果是：通过分体结构的孔型冷铁配合定位以及胀紧结构有效的解决了孔型冷铁的变形问题，并且能够稳定长期使用，方便脱模生产，通过制备方法的改进与优化有效的提升了轧辊的使用寿命和机械性能。
附图说明
69.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
70.图1是有型轧辊结构示意图；
71.图2是本发明上辊辊身造型装置爆炸图；
72.图3是本发明下辊辊身造型装置爆炸图；
73.图4是本发明上辊整体型腔组装结构剖视图；
74.图5是本发明下辊整体型腔组装结构剖视图；
75.图6是本发明上辊浇注凝固后实体结构剖视图；
76.图7是本发明下辊浇注凝固后实体结构剖视图；
77.图8是本发明孔型冷铁截面图；
78.图9是本发明孔型冷铁a-a截面图；
79.图10是本发明孔型冷铁ⅰ部放大图；
80.图11是本发明孔型冷铁ⅱ部放大图；
81.图12是本发明涂料槽结构示意图；
82.图13是本发明上轧辊脱模实物照片；
83.图14是本发明脱模的上轧辊实物照片；
84.图15是本发明上轧辊粗加工实物照片；
85.附图标记说明
86.1、传动端辊颈，2、传动端扁头，3、轧槽，4、辊环，5、操作侧辊颈5；
87.10、辊模，101、辊模跑道，102、端盖销孔；20、孔型冷铁，201、胀紧槽，202、胀紧销；21、扇形冷铁，211、定位孔，212、定位销，213、沟槽，30、端盖，301、端盖胀紧销，302、端盖砂型；
88.103辊模内模；40、底箱，401、底箱砂型；50、冒口箱，501、冒口箱砂型；
89.60、上轧辊毛坯，601、上轧辊芯部上辊颈，602、上轧辊芯部下辊颈，603上轧辊外层，604上轧辊中间层，605、上轧辊芯部辊身；
90.70、下轧辊毛坯，701、下轧辊芯部上辊颈，702、下轧辊芯部下辊颈，703下轧辊外层，704下轧辊中间层，605、下轧辊芯部辊身；
91.800、涂料槽，801隔板；
具体实施方式
92.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
93.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
94.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”、“设有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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。
95.实施例一，请参照图1-11所示：
96.离心有型铸造轧辊辊身造型装置，包括辊模10内沿轴向平行设置的若干用于造型轧槽3的孔型冷铁20；所述孔型冷铁20由至少8块扇形冷铁21组合后胀紧设于辊模10内壁的环状结构以限制扇形冷铁21形变。孔型冷铁20用于设置在辊模10内进行轧槽3的成型，其不仅要方便进行脱模，同时还需要与辊模10内壁进行紧密的面接触，避免产生缝隙，其目的是防止在进行离心铸造时铁水进入缝隙中影响产品质量，离心铸造时，如图1中的辊模10将水平放置，并将辊模跑道101与离心机上的侧托轮接触，通过离心机侧托轮的旋转带动辊模10进行高速旋转，如果存在缝隙时，高速旋转的铁水在离心力的作用下，铁水会进入缝隙从而在冷却凝固后与辊模10内壁发生粘连，影响脱模也容易损伤辊模10，因此不宜采用破坏辊模10整体结构的方式来进行固定孔型冷铁20，例如开螺纹孔进行固定等方式，而离心铸造特殊的工艺需求，在高速旋转时还需要保证质量分布的均匀性，从而保证辊模10能够匀速且稳定的旋转，这也加大了孔型冷铁20的固定难度。本发明通过将孔型冷铁20切割成至少8块小的扇形冷铁21后进行胀紧设置在辊模10内壁中，能够实现与辊模10内壁的紧密贴合，同时没有破坏辊模10的整体一致性，也没有增加气体固定部件增加重量，保证了整体质量的分布均匀，从而有效的实现了有型轧辊的成型。同时分割成至少8块以上的扇形冷铁21的目的还能够通过胀紧设置的方式有效的减少扇形冷铁21在离心铸造时发生的形变，由于在离心铸造时，扇形冷铁21在受热和冷却时会发生膨胀和收缩，而这一过程的反复就会造成扇形冷铁21的形变，而这一形变是不被允许的，一方面是会影响轧辊成型后的最终质量，另
一方面是会造成孔型冷铁21成为一次性的消耗品。为了保证孔型冷铁20能够实现脱模的效果，将其切割成两三块是现有技术的常用手段，但该方式仅仅能够实现脱模，但现有技术并没有考虑到冷铁变形等更严重的技术问题，不能实际解决铸造与成本控制等现实问题，这也是现有技术中并没有实现相关技术量产的原因。本发明通过缩小扇形冷铁21的大小后，能够有效的减少扇形冷铁21的变形量，以满足工业化生产的需求，由于扇形冷铁21在圆形中所占据的弧线长度缩短，在同样的强度下，其能够实现更小的变形，同时结合本发明特殊的胀紧结构，提供了足够的支撑力，能够保证扇形冷铁21在离心铸造铁水进入的前期膨胀进行相互挤压，进一步避免产生缝隙，在辊模10的限制下，保持原有的环形结构，同时在冷却收缩过程中，一方面胀紧时提供的支撑力能够减少扇形冷铁21的变形，另一方面由于扇形冷铁21具有更小的长度，相邻两扇形冷铁21的接触面也能够提供摩擦力阻止其变形，且扇形冷铁21的接触面之间成楔形，能够进一步的抵住扇形冷铁21防止其形变，从而从根本上解决了变形的问题。
97.本发明的一实施例中，所述孔型冷铁20由金属环线切割成12块扇形冷铁21。所述扇形冷铁21的平面端设有用于与相邻扇形冷铁21定位用的定位孔211；所述定位孔211内设有定位销212；所述定位孔211靠近扇形冷铁21外圆弧处设置；所述定位孔211距离扇形冷铁21外圆弧的距离为25-35mm。至少两个相邻所述扇形冷铁21之间设有用于胀紧孔型冷铁20的胀紧槽201；所述胀紧槽201内设有胀紧销202，胀紧槽201呈楔形；所述胀紧销202为楔形销。通过将扇形冷铁21设置为12块，能够使得扇形冷铁21几乎不发生形变，能够长时间反复使用，并且通过定位销212解决了多块扇形冷铁21的定位问题，定位销212不仅能够方便进行定位，同时其能够有效的防止扇形冷铁21冷却形变时两端的内缩发生，同时定位销212的设置位置在远离中心的位置，在保证足够支撑力的同时尽量靠近外圆弧的位置，通过此种设计方式，使得定位销212这里远离高温铁(钢)水，受热得到缓解，温升时间延长，这样定位销212就能充分发挥限制冷铁变形的作用；冷却时，位于外侧的定位销212先进行冷却，由于其为笔直的，在现行冷却后能够同样保证笔直的特性，而扇形冷铁21在逐渐往内层冷却的时候就会发生内缩变形，这时先行冷却的定位销212就不会受到扇形冷铁21内缩形变的影响跟着一起变形，而是能够限制扇形冷铁21的内缩形变，从而进一步的减少扇形冷铁21的形变。所述的内缩变形是指扇形冷铁的两端由于本身的弧形结构，以及冷却时由外向内冷却，就会发生两端向圆弧中心方向内缩而形成的形变，而这种形变就会导致轧辊的轧槽形状改变，造成难以修复的问题，同时变形的冷铁也难以进行反复使用。
98.本发明的一实施例中，所述扇形冷铁21的内侧设有用于加固耐火涂料的沟槽213；所述沟槽213横截面呈倒三角形，其底角呈圆弧状。通过沟槽213能够方便涂料的挂刷以及提升涂料的连接稳定性，避免离心铸造时涂料的脱离问题。
99.本发明的一实施例中，所述辊模10内设置有用于改变辊模10内径的辊模内模103；所述辊模内模103内部沿轴向平行设置有若干用于造型轧槽3的孔型冷铁20。通过辊模内膜103能够使用同样的辊模10进行铸造上辊与下辊，节省了模具的数量。
100.经过分析发现，使孔型冷铁20变形的主要原因是：孔型冷铁20组合体在轧辊外层铁(钢)水浇注后高温金属液体便把孔型冷铁全部包裹住了，这时冷铁突然急剧受热，温度会上升到约900～1000℃，并且在高温的作用下会持续约30分钟左右，之后温度开始缓慢下降。在高温期间孔型冷铁会发生膨胀，使孔型冷铁紧紧的胀紧在辊模的内表面，浇注完成后
随着金属液体的热量不断被孔型冷铁和辊模吸收温度开始缓慢下降，同时辊模的温度也在不断向空气中散发，整个浇注体的温度也在缓慢下降，当辊模内的金属液体、孔型冷铁温度不断下降的过程中它们的体积也会逐渐收缩，而由两个单块个体组合而成的孔型冷铁在体积收缩的时候由于对接的开口端没有收缩阻力，其冷铁弧形结构的外侧先散热后进行收缩，内侧温度降温更慢，还处于高温状态，在外侧进行收缩向内变形时，内侧由于温度高更易更容易跟着外侧发生形变发生内缩现象，且由于现有技术中为了能够实现定位的固定，单块冷铁的弧度比较长，就会导致整体的收缩量比较大，那么就形成了最终的结果：孔型冷铁的收缩变形量很大。孔型冷铁的单块变形导致组合后不能形成完整的圆形孔型，如果采用机械加工修复的方法使孔型恢复圆形，这里面存在着另外一些严重的问题：(1)孔型冷铁组合体无法在没有辊模的情况下完成牢固组合，不能整体上车床修复，而单块的修复几乎为不可行。(2)加入第一次修复后孔型冷铁的尺寸有些偏差还勉强可以接受，可问题是每次都变形，变形一次就需要修复一次，而在第二次修复是就会产生很大的尺寸偏差，这回严重影响孔型冷铁的组装和轧槽的激冷效果，更不要说第二次以后的变形修复了。所以说，这是一个严重影响此工艺方法的致命问题，必须要得到彻底的解决，否则这种工艺方法本质上就是一种工艺设想或者说是概念，根本就无法实现！
101.通过以上的试制发现的问题，在经过仔细的分析研究后决定采用把孔型冷铁继续分解成跟多块，通过降低每块冷铁的弧度来减少单块冷铁的变形量的方法来控制或基本消除整体孔型冷铁组装体的变形量。在以后试制期间曾先后尝试了4块、6块、8块等多种方式来试图解决孔型冷铁的变形问题，但都以失败告终，孔型冷铁组装体的整体变形量都不能满足生产要求。并且随着冷铁数量的增加，冷铁的定位与安装难度急剧增加，随着数量的增加，其在辊模10内的安装与定位也更加困难，如何保证冷铁能够稳定并且精准定位安装在轧辊内部也是一个难点。在原方案中，分解成数块冷铁后安装时是将轧辊横着放，然后依次摆放成一个圆形，利用冷铁自身的小间隙以及相互挤压实现定位，且旋转时，冷铁因为离心力也会跟轧辊内壁紧密贴合，但是随着将冷铁分成的数量增加，该方式定位就难以实现了，且间隙不易控制。本发明中通过胀紧销202挤压从而使得扇形冷铁21之间能够贴合的更紧密，同时安装方式也更换成将辊模10竖直放置进行安装孔型冷铁20，同时增加定位销212进行定位加固，有效的解决了安装难的问题。
102.孔型冷铁20采用耐热金属材料生产冷铁，就可以保证冷铁长时间不变形了。在随后又继续继续进行试制验证，采用了12块组合体的方式，完全达到了预期的效果——实现了孔型冷铁组合体基本无变形的目的。
103.在生产实践中发现采用12块组合体的孔型冷铁设计方法虽然解决了孔型冷铁收缩变形的问题，但随之而来的又产生了新的问题，那就是冷铁的块数增加到12块以后组装难度大大增加了。为此，我们又想办法来解决组装、镶嵌、固定的问题。
104.如果是2块或者4块的设计组装的难度就会很小，但12块的组装难度就大大增加了。为此经过多次的尝试和仔细的研究后在单块孔型冷铁的连接端面上设计了定位孔，在定位孔中安装定位销，这样就可以把相邻的单块孔型冷铁连接在一起，防止单块冷铁在安装过程中悬空的时候往下脱落。再利用专门制作的孔型冷铁组合体的专用吊装工具，将提前组合好的孔型冷铁吊装至辊模内孔内，在定位好的位置上销紧胀紧销，完成孔型冷铁的安装。
105.通过多次反复试制证明采用12块组合体的孔型冷铁设计可有效解决孔型冷铁的变形问题，也是历经多次失败和改进之后，最终采用了单块孔型冷铁之间设计有定位销孔，组装的时候采用定位销对单块冷铁进行连接，待全部单块孔型冷铁完成圆周方向的组合以后，在最后的两块冷铁之间设计有3％楔度的胀紧槽201(这两块冷铁之间无定位销)，在胀紧槽201中打入3％楔度的楔铁进行胀紧，这样就完美地完成了12块孔型冷铁的组装。
106.这里需要特别说明的是设计单块冷铁定位孔和定位销的目的是便于完成12块冷铁的组装，同时它们还起到了另外一个至关重要的作用，即在孔型冷铁受热升温和冷却的过程中限制膨胀和收缩，起到了防止孔型冷铁变形的作用。因为孔和销之间是属于小间隙配合，需要现场配做，配合间隙量在0.10mm左右，这样孔型冷铁组合体在组装以后允许的变形量被控制在了一个很小的范围内。再有，定位孔的设计位置在距孔型冷铁外圆(与辊模内孔的配合面)往中心方向25～35mm的位置上，这里远离高温铁(钢)水，受热得到缓解，温升时间延长，这样定位销就能充分发挥限制冷铁变形的作用。
107.孔型冷铁采用耐热铸铁的材质。在孔型冷铁的材质选择上实现最小的变形量，通过多种材质的试用，最后确定了变形量最小的材质——高铬铸铁。
108.孔型冷铁和辊模内表面的涂料刷挂的问题，耐火涂料是金属型腔内隔绝金属模具与高温铁(钢)水的必须的耐火隔层，而且对涂料有着严格的要求：1)涂料的耐火度要高。一般轧辊外层的浇注温度为1350～1500℃(铁水的浇注温度为下限温度，钢水的浇注温度为下限温度)所以只有高耐火度的涂料才能经受得住高温铁(钢)水的冲刷。2)涂料的强度要高。在离心浇注的时候，铁(钢)水通过专用浇口浇入高速旋转的模具型腔(一般模具转速在800～1100转/分钟)，这时辊模内孔和冷铁在离心力的作用下会受到较大的铁(钢)水的冲刷，如果涂料强度低就会在离心浇注时发生脱落，造成铁(钢)水和模具或冷铁直接接触而发生粘连，最终不仅损坏模具，还会造成轧辊报废。在经过多次失败以后确定了涂料配比和刷挂方式。
109.涂料配比：
[0110][0111]
涂料的刷挂方式：采用在冷铁上车削出沟槽的方式来刷挂涂料。在机械加工孔型冷铁时在冷铁的内侧车削出宽度4mm，深度为2.5mm的螺旋形沟槽，用来加固耐火涂料。刷挂涂料时最先在带有沟槽的面上涂抹涂料，涂抹光滑后再用毛刷刷上经过稀释后的涂料，待晾至半干后再次刷涂料，并保持表面光滑无砂粒，无凹坑。将孔型冷铁涂料刷挂好后入干燥
窑进行预热、烘干，再在辊模内表面涂覆膜砂涂料。至此，整个型腔的涂料全部涂好，等待浇注。
[0112]
以上设计是经过十几年的试制摸索出来的，至今已经能够顺利的批量生产离心复合离心有型铸造轧辊了。至于目前已经申请的所谓“离心带槽铸造”轧辊的内容完全只是停留在概念的基础上，没有任何的可操作性，根本就不能生产出所谓的“离心带槽轧辊”，因为那些操作都已经尝试过了，根本行不通。
[0113]
使用本发明工艺生产型钢轧辊还会在以下几个方面带来极大的益处：
[0114]
1、因为采用离心复合离心有型铸造轧辊工艺生产出的轧辊孔型采用激冷冷却成型的方法，使孔型上部和下部的冷却速度趋于一致，也就使得孔型上、下部位的晶粒趋于一致，基本没有晶粒粗细差别，也就使得孔型上、下部位的硬度基本相同，耐磨性也就基本上没有差别。这样就使得整个轧槽内的整体耐磨性趋于一致。这样就有效的消除了轧槽上、下部位的耐磨性差别，使得整个轧槽的耐磨性整体有了质的提升。
[0115]
除此以外，采用该工艺还会整体提高提高金属液的冷却速度，使得整体的轧辊晶粒趋于细化，还会进一步提高轧槽耐磨性。
[0116]
据以往试制使用记录显示，在保持同等材质化学成分(珠光体球墨铸铁)的前提下，采用离心复合离心有型铸造轧辊工艺生产的轧辊比采用普通离心复合铸造轧辊工艺生产的轧辊用于普碳4#角钢的轧制，过钢量能提高200～250％。
[0117]
2、采用该工艺可大量节约外层高合金铁(钢)液的用量。为了提高轧辊的耐磨性，离心轧辊外层往往采用合金含量很高的材质，其中铸铁类轧辊较为贵重的金属有：镍、钼等，外层铁液的材料成本约为10000～13000元/吨；高速钢轧辊的外层含有的贵重金属有：镍、钼、铌、钒、钨等，外层钢液的材料成本约为30000～35000元/吨。采用本工艺可节约外层铁(钢)液用量约20～40％。
[0118]
表一：用于型钢和线、棒材粗中轧轧辊离心复合有型铸造与传统离心平辊铸造轧辊的优势对比表
[0119]
表1
[0120]
[0121][0122]
一种离心有型铸造轧辊的制备方法，具体包括以下步骤：
[0123]
s1：孔型冷铁20的制备与安装，参照轧辊孔型图，依据同一辊面分布的轧槽3数量和尺寸以及辊模10的内径制作相应数量的金属环，通过线切割将金属环切割成同等大小的至少8块扇形冷铁21，并在相邻两扇形冷铁21的平面端开定位孔211，至少两个相邻所述扇形冷铁21之间设置用于胀紧孔型冷铁20的胀紧槽201；在干净的辊模10内孔中参照图纸设计尺寸在辊模内孔上划线标记孔型冷铁20的安装位置；按次序依次在定位孔211内放置定位销212组装孔型冷铁，最后将胀紧销202打入胀紧槽201胀紧后完成孔型冷铁的安装；如图2所示，进行上轧辊的制作，辊模10内安装有两个孔型冷铁20，孔型冷铁20通过胀紧销202与胀紧槽201配合胀紧后紧密的贴合在辊模10的内壁上，再在辊模10的两端固定端盖30，端盖30上设有端盖型砂302，端盖30通过辊模10端部圆周上均匀设置的端盖销孔102内打入锥形的端盖胀紧销301进行固定，辊模10上的辊模跑道101用于与离心机配合使得辊模10能够旋转；
[0124]
s2：辊模10预热，将完成组装孔型冷铁的辊模装入预热窑中预热，预热温度为70
±
5℃；
[0125]
s3：孔型冷铁20刷挂涂料，将完成预热的辊模吊出预热窑，水平放置在专用的平行垫铁上，便于安全旋转；
[0126]
在预热后的孔型冷铁上刷上一层事先预制好的粘土水，以便于粘结涂料；
[0127]
将预制好的膏状耐火涂料迅速涂抹在孔型冷铁上，并刮抹均匀、压实压光；
[0128]
用干净的容器将涂料膏加水稀释，再用干净的毛刷轻轻将涂抹光滑的孔型冷铁进一步刷光滑；
[0129]
将孔型冷铁晾至半干时再次用稀释涂料刷挂一遍，并绝对保持涂料均匀、光滑；
[0130]
s4：端盖造型，将相应配型端盖上的粘砂和杂物清理干净；
[0131]
在端盖上刷挂粘土水；
[0132]
将端盖放置在对应型号的端盖造型底座上；
[0133]
在端盖内孔的端盖造型样子的定位槽内放置端盖造型样子；
[0134]
往端盖与造型样子之间填充造型砂，并捣实；
[0135]
刮平端盖上表面突出的造型砂，起出造型样子；
[0136]
按照工艺要求修出造型样子的圆弧和平面；
[0137]
刷挂端盖专用耐火涂料；
[0138]
当第一遍涂料晾至半干时，用压勺将涂料压紧一遍，并保持压后涂料表面光滑；
[0139]
再刷第二遍涂料；
[0140]
当第二遍涂料晾至半干时，同上操作再将涂料压紧一遍；
[0141]
第三遍涂料用干净无污染的容器盛放干净无砂的涂料，用干净的毛刷再刷一遍涂料，保证涂料表面刷挂彻底、光滑；
[0142]
待第三遍涂料晾至半干时，将造好型的端盖用端盖胀紧销安装于辊模两侧，并销实，每只端盖至少要上6个端盖胀紧销；
[0143]
s5：干燥和预热，将下好冷铁、上好端盖的辊模组合体吊至干燥窑台车上，拉入干燥窑进行砂型烘干和冷型预热；
[0144]
s6：辊模涂料，将干燥和预热后的辊模组合体拉出干燥窑，将辊模组合体吊装至离心机上；
[0145]
按工艺要求的800～1100转/分钟的转速启动离心机；
[0146]
将覆膜砂涂料放置在严格定位的涂料槽内，并伸入辊模两侧的端盖内孔内；涂料槽800为与辊模长度一致的半圆筒，两端进行封闭，顶部敞口，并在中部增加隔板801，将设有孔型冷铁的位置隔离出来，使得非孔型冷铁的区域形成有容纳覆膜砂涂料的涂料槽800；如图12所示；
[0147]
均匀缓慢倾转涂料槽，使涂料准确、均匀投撒至孔型间隙内的辊模内表面上；
[0148]
保持离心机旋转1分钟后停机，涂料完成；
[0149]
检查涂料无缺陷完全合格后等待浇注。
[0150]
s7：外层浇注，按工艺要求的化学成分完成炉前冶炼后，取炉前化验样品进行化验分析；
[0151]
化学成份化验合格后，将温度升至出合金要求温度；
[0152]
天车吊起事先准备好的并预热的合金水浇包至炉前准备出铁；
[0153]
出铁、扒渣、镇静完成后测温；
[0154]
达到浇注要求温度后立即将浇包吊至离心机浇口位置；
[0155]
待离心机转速达到要求后进行浇注；
[0156]
浇注时保持快速稳流浇注，浇注后期收流慢浇，直至浇满；
[0157]
中间层浇注，待外浇注完成后，用天车吊起大小合适的并经过充分预热的中间层浇注合金水浇包至炉前准备出铁；预热温度要求在：700～800℃；
[0158]
出铁、扒渣、镇静后吊至离心机浇口处；
[0159]
当外层的内表面温度接近达到固相线温度时浇入中间层合金水；
[0160]
高速钢、贝氏体、珠光体ⅲ、珠光体ⅱ、珠光体ⅰ等材质的轧辊需要浇注中间层，浇注中间层的目的主要是：
[0161]
高速钢轧辊浇注中间层的目的主要有两个：
[0162]
1)由于高速钢轧辊的外层化学成分中含有很高的铬(cr)，一般含量在3～8％，如果不浇入中间层进行隔断的话，在填芯浇注时内层会大量溶入外层的铬，因为铬是强烈的碳化物形成元素，那么就会在芯部会形成大量的碳化物，这样就会大幅度降低芯部的抗拉强度，会在后续的热处理工序发生轧辊断、裂的严重问题，也会在轧辊上机轧制时发生断、裂等严重问题。
[0163]
2)由于高速钢轧辊外层化学成分中还含有大量的诸如钼(mo：3～5％)、铌(nb：1～2％)、钒(v：3～9％)、钨(w：2～8％)等元素，这些元素需要加入大量的相应的铁合金来保证含量，而这些铁合金的价值是非常贵重的，因此高速钢轧辊的外层金属的成本也是非常高的，达到25000～30000元/吨。因此，要严格控制工作层的厚度，既要保证轧钢需要，又不能浪费。而浇入中间层的方法即可精准控制外层的回溶量，又可在保证端盖小头和底箱冒口大头精准衔接的基础上减少不必要的工作层厚度，降低成产成本。
[0164]
高速钢轧辊的中间层采用石墨钢材质。
[0165]
贝氏体、珠光体ⅲ、珠光体ⅱ、珠光体ⅰ等材质的轧辊浇注中间层的目的和上面高速钢轧辊诉述第二点一样，是为了降低外层的生产成本。
[0166]
贝氏体、珠光体ⅲ、珠光体ⅱ、珠光体ⅰ等材质都属球墨铸铁，所以中间层可采用与芯部相同的球墨铸铁材质。
[0167]
内层浇注，当中间层内表面运转至刚刚完全达到液相线温度时，外层和中间层刚刚达到完全凝固，要求这时刚好离心机完全停机；
[0168]
将辊模10吊至事先摆放好的底箱40上进行合箱；
[0169]
在辊模10上合上冒口箱50和浇口杯；
[0170]
将温度和化学成分合格的内层铁水吊至浇口杯位置进行芯部浇注；
[0171]
芯部浇注要求快速稳流浇注，浇至冒口箱50时减速慢浇，直至浇满；
[0172]
冷却，浇注后的轧辊在浇注坑内进行自然冷却；
[0173]
待冷却时间和温度达到要求后进行热开箱、清砂；
[0174]
冷却时间3～7小时和温度达到要求650～700℃后进行热开箱，并立即吊入700℃的热处理窑中进行均温、保温和后续的退火处理；
[0175]
将毛坯轧辊转运至机加工或热处理。
[0176]
如图2是本发明上辊辊身造型装置爆炸图，图3是本发明下辊辊身造型装置爆炸图，由于上辊与下辊在造型时主要区别在于轧辊的直径以及孔型的区别，因此上辊与下辊造型时可以采用同一套辊模10进行铸造，通过在辊模内设置辊模内模103以改变辊模10的内径以符合下辊的尺寸需求，并在辊模内模103内设置相对应的孔型冷铁20进行造型下辊上的轧槽3，下辊辊身造型装置中的孔型冷铁20同样分成12块进行组装，与上辊中的安装方式相同，在完成外层浇注以及中间层浇筑后，将辊模10吊至事先摆放好的底箱40上进行合箱，底箱40内设有底箱砂型401，在辊模10上合上冒口箱50，冒口箱50内设有冒口箱砂型501，再进行下辊的浇注；
[0177]
如图4与图5所示，由于上下辊的结构略有不同，上辊造型时辊模10内设置两个孔型冷铁20，下辊造型时在辊模内模103内设置三个与辊模内模103直径相匹配的孔型冷铁20；
[0178]
如图6所示，浇注完成后的上辊位于造型装置内形成有上轧辊毛坯60，其包括对称的上轧辊芯部上辊颈601与上轧辊芯部下辊颈602，以及中部的上轧辊芯部辊身605，所述上轧辊芯部辊身605外依次设有上轧辊中间层604与上轧辊外层603，上轧辊外层603上形成有两条由孔型冷铁造型处的轧槽3。
[0179]
如图7所示，浇注完成后的下辊位于造型装置内形成有下轧辊毛坯70，其包括对称的下轧辊芯部上辊颈701与下轧辊芯部下辊颈702，以及中部的下轧辊芯部辊身705，所述下轧辊芯部辊身705外依次设有下轧辊中间层704与下轧辊外层703，下轧辊外层703上形成有三条由孔型冷铁造型处的轧槽3。
[0180]
如图8-11所示，为孔型冷铁截面图，其包括由圆环线切割形成的12块扇形冷铁21，相邻两扇形冷铁21的平面端之间设有定位销212进行连接固定，在依次连接10块扇形冷铁21后，最后两块扇形冷铁21之间设有用于胀紧孔型冷铁20的胀紧槽201，两块扇形冷铁21的另外一平面端设有与定位销212相配合的定位孔211，从而能够跟其余10块扇形冷铁21继续相连组成圆环，并最后通过在胀紧槽201内打入胀紧销202胀紧孔型冷铁20使其紧密贴合在
辊模10内侧，胀紧槽201是分别在相邻两块扇形冷铁21上形成的半胀紧槽组合而成，胀紧槽201是在扇形冷铁外圆向内侧凹陷形成；胀紧槽201也可以设置在更多相邻扇形冷铁21之间，若设置胀紧槽201后，相应的该处位于平面端处设置的定位孔211与定位销212就取消。但增加胀紧槽201的数量后虽然理论上能够提供更强的胀紧效果，但是不利于固定，且多次打入胀紧销202的操作也会影响孔型冷铁20在辊模10内的圆度，影响其内辊模10内的均匀受力，原因在于胀紧销202在打入的时候是从沿辊模10轴向的方向打入，因此与孔型冷铁20的径向垂直，在胀紧的过程中，若反复多次进行胀紧销202的打入，就容易使得孔型冷铁20偏离原来的定位位置沿轴向移动，也会使孔型冷铁20的受力变复杂，不能像理论上仅与辊模10之间具有挤压力，当孔型冷铁20的受力越简单，其仅通过胀紧紧密贴合在辊模10内时其圆度能够更好的保持，各部分扇形冷铁21的受力才会均匀，在离心铸造的时候，才能更好的限制住每块扇形冷铁21，减少其变形程度，达到工艺需求，使其能够反复使用；若胀紧销202的数量过多，扇形冷铁21会发生沿其轴向的细微移动，而该移动会被定位销212限制，体现在孔型冷铁20上就是其相当于倾斜的设置在辊模10内部，因此扇形冷铁21还会受到轴向的摩擦力，而该力又主要由定位销212进行抵消，从而使其在离心铸造前就受到应力的影响，而在铸造过程中的冷热变化就会放大该影响，从而使得扇形冷铁21的变形难以得到有效的控制，造成定位以及限制变形失效，且定位销212发生更加明显的塑性变形，也增加了脱模难度。
[0181]
孔型冷铁20内侧设有若干沟槽213，所述沟槽213横截面呈倒三角形，其底角呈圆弧状。通过沟槽213能够方便涂料的挂刷以及提升涂料的连接稳定性，避免离心铸造时涂料的脱离问题。
[0182]
如图13-15所示，上轧辊刚脱模出来后上轧辊的实物照片，经过孔型冷铁结构铸造出的轧辊无明显缺陷，能够方便进行脱模，后加工的加工尺寸明显减小，极大的缩短了加工周期。上轧辊刚脱模出来后从图13中可以看出，上端的孔型冷铁保持完整，无明显缝隙以及形变，其有效的解决了冷铁形变的问题，且能够反复使用，靠下方的孔型冷铁中出现了一条较小的冷缩缝隙，该缝隙的大小在加工余量范围内，且没有影响辊槽的圆度，孔型冷铁的形变在可控范围内，孔型冷铁同样能够进行多次使用，二次使用时只需要重新加工一个胀紧销202即可实现孔型冷铁的涨紧效果，有效的减少形变提升离心有型铸造轧辊的成品质量。
[0183]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。