辊颈铸造收缩热裂纹的解决范文

[摘要]

本文针对大型铸钢轧辊在生产中形成的上辊颈热裂纹，从铸造凝固收缩方面进行了成因分析。并结合实践经验，提出了生产中切实可行的解决方案。这些解决方案包括增加冒口及上辊颈的铸造斜度、采用倾翻包实现低温快浇、使用悬浮圈和高效保温冒口等。

[关键词]

铸钢轧辊；凝固收缩；热裂纹

大型铸钢轧辊虽然结构简单，却是厚大实体件，在静态浇注时其轴向凝固收缩量很大（伸尺都超过20‰），收缩中心指向辊身中部，一旦收缩受阻极易产生铸造热裂纹。最常见的是上辊颈热裂纹。上辊颈热裂纹产生的具体位置为辊身与上辊颈转角上部50～300mm范围内，如（图一）所示。我公司在生产这类轧辊的初期，由于经验不足，对其凝固收缩特性认识不充分，在上辊颈部位经常出现横向热裂纹。这些裂纹缺陷较轻的可以修复，严重时只能报废，质量很不稳定。经过一段时间地探索，才逐步加深了认识，使这种缺陷得以解决。

1上辊颈热裂纹成因分析

铸造热裂纹主要出现在上辊颈，说明轧辊在凝固收缩时，有大量应力集中该处，分析原因应与铸造方式有很大关系。静态浇注的大型铸钢轧辊，辊身多采用冷型挂涂；而上辊颈和冒口采用砂型，为增大冒口模数，有效补缩辊身，还会使用保温冒口。这种状况下，当轧辊开始凝固时，辊身与冷型将率先形成脱离状态。大致有以正是三方面原因：⑴辊身处，直径最大，相对径向收缩也越多；⑵冷型的激冷作用，加快了辊身凝固收缩，且使辊身表面有了厚硬凝固层；⑶冷型内表的涂料作用，隔断了辊身与冷型的高温烧熔，使辊身与冷型能够脱离。辊身与冷型的率先脱离，使辊身失去冷型支撑，收缩应力和自重拉力都向上辊颈集中。而此时的上辊颈和冒口，由于上部工装的散热能力弱，所以凝固较慢，表面的凝固层还与型砂烧结在一起，无法与之脱离，而是提拉着轧辊，使其收缩应力和自重拉力都较大地集中在上辊颈。而上辊颈此时只有薄薄地凝固表层，表层下更多是半凝固状态（芯部液态），所以自身强度弱，抵挡不住外力时就会在其表产生热裂纹。

2解决方案

2.1增加上辊颈及冒口的铸造斜度增大上辊颈及冒口的铸造斜度，尽可能使上辊颈与冒口在轧辊凝固过程中能自由收缩，减少向下的收缩受阻，也就降低了上辊颈热裂纹倾向。上辊颈及冒口的铸造斜度越大，其自由收缩越有利，但这样会减小冒口直径而不利于补缩，所以斜度的设定要和上辊颈直径、冒口高度等因素综合考虑，一般情况下斜度选择不超过1.2°。另外需要说明的是，上辊颈及冒口的斜度，并不能使轧辊完全自由收缩。上辊颈和冒口的粘砂，加上温度高凝固慢、内外凝固时间不一致等因素，都会造成收缩受阻。

2.2使用悬浮圈悬浮圈的使用让轧辊的上部工装能伴随轧辊的收缩而移动。如下（图二）所示，合箱时用垫铁支撑浇注后由于浮力能让悬浮圈上浮一段距离，此时勾掉垫铁，悬浮圈和上部工装就能随轧辊的凝固收缩而下移。设计悬浮圈时应注意使之与冷型间隙应在2～5mm内，过大易跑火；合箱时注意从冷型内弥缝，弥好的间隙还可以塞填干砂；采用自重冒口时，要根据浮力计算好重量。过重不能使其上浮取垫铁，也就不能起到随轧辊收缩而移动的作用，过轻又易倒箱。如采用压梁压箱时，应注意冒口箱与压梁应预留2mm左右间隙，以备其有上浮空间；浇注完，悬浮圈上浮后应立即勾掉垫铁，否则上部工装下移时会被卡死。经生产中实际检测，悬浮圈的下移高度并不等于轧辊上部应有的收缩长度，仅有其40～50%。这说明悬浮圈的使用并不能完全抵消轧辊上部的收缩。分析原因，应是辊身在冷型作用下，凝固早期就有较厚较硬的凝固层，顶住了悬浮圈；悬浮圈下移高度只体现了轧辊辊身外壳的收缩量；而辊身中上部未凝固区，继续接收上辊颈和冒口内的补缩钢水，逐步凝固时拉扯着上辊颈收缩。

2.3采用低温快浇实行低温浇注，能大幅度减少其液固收缩量，从而大幅度降低轧辊的凝固收缩应力，也就会减弱对上辊颈的拉应力，使其热裂纹倾向变小。要实现低温浇注，也就要更快速地浇注方式。由于无论柱塞式漏包，还是滑动水口式漏包浇注，浇注速度都相对较低，还存在低温水口打不开问题，所以最好使用倾翻包浇注。为保证倾翻包浇注钢水的纯净度，可以采用包内吹氩；加碳化稻壳造渣减少氧化，后用集渣剂排尽渣；浇前拔渣速度要快，拔后尽快浇注，浇时钢液面应微有结皮现象为宜。钢水在型内上升到冒口位置时，改将钢水直接从冒口倾入。我公司以前在铸钢轧辊的生产上都是采用柱塞式漏包，水口最大也只有φ65（平均浇注量65kg/s），双浇道（φ90）浇38吨的轧辊，时间要用5分钟左右。改用倾翻包后，浇道设为φ120，浇注时间仅用2.5分钟左右。从而实现钢水的浇注温度下调了20～30℃。不仅减弱了轧辊辊颈的粘砂，也降低了上辊颈热裂纹倾向。

2.4运用保温冒口保持冒口钢水温度，增加冒口模数，有效地为辊身提供补缩。但不同的方法，就有不同的效果，产生的收缩应力也有差别。我公司以前一直采用电加热法，由于其热影响区域有限，冒口的收缩后为漏斗型，冒口边部早已凝固，并粘连在冒口箱型壁上，使轧辊收缩受阻，增加了上辊颈热裂纹倾向。也曾使用木棒，在电加热时，把冒口边部初凝飞边捣掉，但效果依然不明显。现改为Fuseco公司的保温板与Ferrux707覆盖剂配合使用，效果较好。在凝固初期，冒口的中部和边部都能保持高温液态，收缩后为平锅底型；这种状态下，轧辊凝固初期，冒口与冒口箱型壁未粘连紧，收缩自由度大，减少了上辊颈的应力集中，也就减少了该处的热裂纹倾向。另外采用这种保温冒口，可以较大程度降低冒口高度（可降30～50%左右），这样也减少了收缩受阻长度。

2.5其它方面：悬浮圈、上辊颈、冒口箱的砂型，刷涂后，一定要表面光整、具有较高地耐火度，尽量减少粘砂，从而减少轧辊的收缩阻力。我公司按以上方式，成功解决大型铸钢轧辊上辊颈收缩热裂纹，目前较稳定生产着42CrMo辊轴、热轧R1半钢轧辊、万能轧机BD辊。当然形成铸钢轧辊的铸造热裂纹还有很多如成份、组织上的复杂原因，需要在设计轧辊铸造工艺时综合考虑，这样才能有更完善地解决此类问题。

3结论

在铸钢轧辊的铸造生产中，增加冒口及上辊颈的铸造斜度、采用倾翻包实现低温快浇、使用悬浮圈和高效保温冒口等，能有效解决上辊颈铸造收缩热裂纹。

[参考文献]

[1《]铸钢手册》编写组.铸钢手册[S].机械工业出版社，1982.

[2《]特种铸造手册》编写组.特种铸造[S].机械工业出版社，1978.

[3]第三届铸造标准化技术委员会.最新铸造标准应用手册[S].机械工业出版社，1997

作者：丁春明 单位：四川鸿舰重型机械制造有限责任公司