一种离心轧辊模铸造工装及其铸造工艺的制作方法

本发明涉及离心扎辊铸造技术领域，具体为一种离心辊模铸造装置。

背景技术：

离心辊模是浇注离心轧辊外层金属液体的专用工装。离心辊模放置在转速850--1100r/min的离心机上，经过浇注系统，将温度在1360-1460°c的金属液体浇入离心辊模，利用重力离心作用，将离心辊模内的金属液体中气体、杂质离心到外表层，保证轧辊辊身工作外层内在组织致密，减少铸造缺陷。

由于离心辊模长期处于高速、高温状态，一旦在旋转过程辊模出现使用异常，金属液体从辊模中飞出，会危及周围操作者的生命安全，所以，不但对离心辊模制作质量要求高，还延续至日常使用的强制检验，为此，新投离心辊模投入使用，必须超声波无损检测合格，方可准许；离心辊模常规使用制定严格的日检制，指派专人检查，符合工艺要求再使用，并规定离心辊模复检时间，并将离心辊模轨道车光，减少在离心机上的振动，起到保护离心辊模的作用。

离心辊模一般采用低碳铸钢件或球铁铸件，防变形抗振动。按照常规铸钢件生产模式，使用砂型造型；圆形铸件造型会出现两种方式：一是从直径最大处半圆对开，分别处于上下两个砂箱，浇冒口放置在上半圆，缺陷存留本体上部，形成离心辊模整体质量上下不一致；二是整圆立浇，外圆底部放置外冷铁，顶部设置浇冒口，受高度影响，易在辊模毛坯中上部存在缩孔、缩松；球铁件虽具有自补缩性能，若采用常规铸造方式，铸件内部组织的疏松，与铸钢件相似，无损探伤检验不过关，不能投放现场；即便勉强使用，会在薄弱点产生裂纹源，存在安全隐患；离心辊模出现肉眼可见的缩孔、夹渣，不允许补焊方式修复；从离心辊模使用的安全性、经济性考虑，急需一种简便、实用的铸造方式。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种离心辊模铸造装置及其铸造工艺，操作简单，经济实用，确保离心辊模内部组织致密，达到离心辊模使用标准。

为解决上述问题，本发明一种离心辊模铸造装置包括有金属冷型ⅰ、金属冷型ⅱ、底座、浇注漏斗管和浇注管，金属冷型ⅰ与金属冷型ⅱ均为圆筒形状，金属冷型ⅰ同轴连接在金属冷型ⅱ上端，金属冷型ⅰ与金属冷型ⅱ内径相同，底座包括有方腔和圆腔，方腔和圆腔连通，方腔设在圆腔侧面，金属冷型ⅱ同轴连接在圆腔上端，浇注漏斗管同轴连接在浇注管上端，浇注管同轴连接在方腔上端，金属冷型ⅰ与金属冷型ⅱ内部同轴连接有主砂芯，主砂芯直径小于金属冷型ⅰ与金属冷型ⅱ内径，主砂芯上端连接有上砂芯，上砂芯直径等于金属冷型ⅰ与金属冷型ⅱ内径，主砂芯、上砂芯、金属冷型ⅰ内壁和金属冷型ⅱ内壁之间形成空腔ⅱ，上砂芯上设有排气孔，排气孔设在空腔ⅱ上端，底座、浇注漏斗管和浇注管内设有耐火管道砖，耐火管道砖设有多个，多个耐火管道砖依次收尾连接，耐火管道砖包括直段和弯头，耐火管道砖内部形成空腔ⅰ，空腔ⅰ与空腔ⅱ联通，耐火管道砖与浇注漏斗管和浇注管你内壁之间填充有型砂，底座与耐火管道砖之间填充有型砂。本发明利用金属冷型代替普通砂型造型，制造更加简单方便，可重复利用，使用时从浇注漏斗管浇注，采用底注方式，利用液体自旋将空腔ⅰ与空腔ⅱ中的浮渣带至上表面，减少内部组织缺陷。

进一步的，所述的金属冷型ⅰ上端面设有凸台ⅰ，金属冷型ⅰ下端面设有凹槽ⅰ，所述的金属冷型ⅱ上端面设有凸台ⅱ，金属冷型ⅱ上端面设有凹槽ⅱ，所述的圆腔上端设有圆法兰，圆法兰上端面设有凸台ⅲ，凸台ⅲ连接在凹槽ⅱ内，凸台ⅱ连接在凹槽ⅰ内。金属冷型ⅰ、金属冷型ⅱ和底座之间的连接采用了凸台与凹槽配合的方式，确保了连接准确性也提高了密封效果。

进一步的，所述的浇注漏斗管包括有漏斗、直管ⅰ和方法兰ⅱ，漏斗连接在直管ⅰ上端，方法兰ⅱ连接在直管ⅰ上端。所述的浇注管包括有方法兰ⅲ、直管ⅱ和方法兰ⅳ，方法兰ⅲ连接在直管ⅱ上端，方法兰ⅳ连接在直管ⅱ下端。所述的方腔顶端连接有方法兰ⅰ，所述的方法兰ⅰ连接在方法兰ⅳ下端，所述的方法兰ⅲ连接在方法兰ⅱ下端，所述的漏斗下端高度大于金属冷型ⅰ上端高度。漏斗的设置提高了浇注时的使用便利性，漏斗下端高度大于金属冷型ⅰ上端高度，确保浇注工作的顺利进行。

进一步的，所述的耐火管道砖从漏斗下端连接到空腔ⅱ下端。采用底注方式，利用液体自旋将空腔ⅰ与空腔ⅱ中的浮渣带至上表面，减少内部组织缺陷。

进一步的，所述的方法兰ⅰ与方法兰ⅳ之间连接在有卡子，所述的方法兰ⅲ和方法兰ⅱ之间连接有卡子，卡子上设有卡槽形成u型，卡槽两侧边为斜边，方法兰ⅰ与方法兰ⅳ连接在卡槽内，方法兰ⅲ和方法兰ⅱ连接在卡槽内。卡子用于连接固定底座、浇注漏斗管和浇注管，防止浇注时发生位移影响浇注工作。

进一步的，所述的金属冷型ⅰ上设有吊把ⅰ，吊把ⅰ设在金属冷型ⅰ外壁上，吊把ⅰ设有多个；所述的金属冷型ⅱ上设有吊把ⅱ，吊把ⅱ设在金属冷型ⅱ外壁上，吊把ⅱ设有多个；所述的底座上设有吊把ⅲ，吊把ⅲ设在底座外壁上，吊把ⅲ设有多个；所述的浇注漏斗管上设有吊把ⅳ，吊把ⅳ设在浇注漏斗管外壁上，吊把ⅳ设有多个；所述的浇注管上设有吊把ⅴ，吊把ⅴ设在浇注管外壁上，吊把ⅴ设有多个。吊把的设置方便零部件的吊装，提高使用便利性。

进一步的，所述的上砂芯上端连接有砂芯压块。砂芯压块的设置防止浇注时主砂芯和上砂芯发生位移。

本发明一种离心辊模铸造装置的铸造工艺，包括有如下步骤：

s1.尺寸选择：根据离心辊模壁厚，按1-1.5倍选择金属冷型ⅰ和金属冷型ⅱ的壁厚，根据离心辊模高度，选择金属冷型ⅰ和金属冷型ⅱ连接后的总高度大于离心辊模高度300mm-500mm；

s2.制作砂芯：根据离心辊模尺寸制作主砂芯和上砂芯，主砂芯和上砂芯采用树脂砂制作，主砂芯和上砂芯外表面涂抹2mm-3mm厚的涂料，涂料为醇基涂料；

s3.造型：金属冷型ⅰ和金属冷型ⅱ内壁喷涂涂料或挂砂，金属冷型ⅰ、金属冷型ⅱ、底座、浇注漏斗管和浇注管依次连接，底座、浇注漏斗管和浇注管内埋设耐火管道砖，设耐火管道砖形成空腔ⅰ，设耐火管道砖外填充型砂并椿实；

s4.烘型：将步骤s3的金属冷型ⅰ、金属冷型ⅱ和底座放入干燥窑内烘干水分，出窑晾至200度；

s5.合箱：清理底座上表面的杂物和浮砂，将步骤主砂芯和上砂芯放入金属冷型ⅰ和金属冷型ⅱ并找正，砂芯压块连接在上砂芯上端；

s6.浇注，按照zg270-500化学成分冶炼，出炉温度控制在1550℃±10℃，浇注温度1500℃±10℃，确保浇注漏斗充满一次性浇起，不允许断流，捣冒口10-20分钟后点冒口。

进一步的，所述步骤s3若在金属冷型ⅰ和金属冷型ⅱ内壁喷涂涂料，涂料厚度2mm-3mm，涂料为水基锆英粉。

进一步的，所述步骤s3若在金属冷型ⅰ和金属冷型ⅱ内壁挂砂，挂砂厚度10mm-15mm，挂砂为黏土砂。

本发明的有益效果是：包括有金属冷型ⅰ、金属冷型ⅱ、底座、浇注漏斗管和浇注管，金属冷型ⅰ同轴连接在金属冷型ⅱ上端，金属冷型ⅱ同轴连接在圆腔上端，浇注漏斗管同轴连接在浇注管上端，浇注管同轴连接在方腔上端，金属冷型ⅰ与金属冷型ⅱ内部同轴连接有主砂芯，主砂芯上端连接有上砂芯，主砂芯、上砂芯、金属冷型ⅰ内壁和金属冷型ⅱ内壁之间形成空腔ⅱ，底座、浇注漏斗管和浇注管内设有耐火管道砖，耐火管道砖内部形成空腔ⅰ，空腔ⅰ与空腔ⅱ联通，本发明方法简单，操作简便，便于质量控制，操作简单，安全可靠，减少外购离心辊模费用，降低制作成本，可消除离心辊模内部铸造缺陷，提高组织致密度，铸钢件通过无损超声波探伤ⅱ级检验，球磨铸铁件通过无损超声波探伤ⅱ级检验。

附图说明

图1为本发明整体结构剖视图；

图2为本发明金属冷型ⅰ的剖视图；

图3为本发明金属冷型ⅱ的剖视图；

图4为本发明底座的结构示意图；

图5为本发明浇注漏斗管的结构示意图；

图6为本发明浇注管的结构示意图；

图7为本发明卡子的结构示意图；

图8为本发明离心辊模浇注成型的结构示意图。

图中：1.金属冷型ⅰ；101.凸台ⅰ；102.凹槽ⅰ；103.吊把ⅰ；2.金属冷型ⅱ；201.凸台ⅱ；202.凹槽ⅱ；203.吊把ⅱ；3.底座；301.方腔；302.方法兰ⅰ；303.圆腔；304.圆法兰；305.凸台ⅲ；306.吊把ⅲ；4.浇注漏斗管；401.漏斗；402.直管ⅰ；403.方法兰ⅱ；404.吊把ⅳ；5.浇注管；501.方法兰ⅲ；502.直管ⅱ；503方法兰ⅳ；504.吊把ⅴ；6.卡子；601.卡槽；7.耐火管道砖；8.型砂；9.主砂芯；10.上砂芯；1001.排气孔；11.砂芯压块；12.空腔ⅰ；13.空腔ⅱ。

具体实施方式

如图1-图8所示，本发明一种离心辊模铸造装置包括有金属冷型ⅰ1、金属冷型ⅱ2、底座3、浇注漏斗管4和浇注管5，金属冷型ⅰ1与金属冷型ⅱ2均为圆筒形状，金属冷型ⅰ1同轴连接在金属冷型ⅱ2上端，金属冷型ⅰ1与金属冷型ⅱ2内径相同，底座3包括有方腔301和圆腔303，方腔301和圆腔303连通，方腔301设在圆腔303侧面，金属冷型ⅱ2同轴连接在圆腔303上端，浇注漏斗管4同轴连接在浇注管5上端，浇注管5同轴连接在方腔301上端，金属冷型ⅰ1与金属冷型ⅱ2内部同轴连接有主砂芯9，主砂芯9直径小于金属冷型ⅰ1与金属冷型ⅱ2内径，主砂芯9上端连接有上砂芯10，上砂芯10直径等于金属冷型ⅰ1与金属冷型ⅱ2内径，主砂芯9、上砂芯10、金属冷型ⅰ1内壁和金属冷型ⅱ2内壁之间形成空腔ⅱ13，上砂芯10上设有排气孔1001，排气孔1001设在空腔ⅱ13上端，底座3、浇注漏斗管4和浇注管5内设有耐火管道砖7，耐火管道砖7设有多个，多个耐火管道砖7依次收尾连接，耐火管道砖7包括直段和弯头，耐火管道砖7内部形成空腔ⅰ12，空腔ⅰ12与空腔ⅱ13联通，耐火管道砖7与浇注漏斗管4和浇注管5你内壁之间填充有型砂8，底座3与耐火管道砖7之间填充有型砂8。

进一步的，所述的金属冷型ⅰ1上端面设有凸台ⅰ101，金属冷型ⅰ1下端面设有凹槽ⅰ102，所述的金属冷型ⅱ上端面设有凸台ⅱ201，金属冷型ⅱ上端面设有凹槽ⅱ202，所述的圆腔303上端设有圆法兰304，圆法兰304上端面设有凸台ⅲ305，凸台ⅲ305连接在凹槽ⅱ202内，凸台ⅱ201连接在凹槽ⅰ102内。

进一步的，所述的浇注漏斗管4包括有漏斗401、直管ⅰ402和方法兰ⅱ403，漏斗401连接在直管ⅰ402上端，方法兰ⅱ403连接在直管ⅰ402上端。所述的浇注管5包括有方法兰ⅲ501、直管ⅱ502和方法兰ⅳ503，方法兰ⅲ501连接在直管ⅱ502上端，方法兰ⅳ503连接在直管ⅱ502下端。所述的方腔301顶端连接有方法兰ⅰ302，所述的方法兰ⅰ302连接在方法兰ⅳ503下端，所述的方法兰ⅲ501连接在方法兰ⅱ403下端，所述的漏斗401下端高度大于金属冷型ⅰ1上端高度。

进一步的，所述的耐火管道砖7从漏斗401下端连接到空腔ⅱ13下端。

进一步的，所述的方法兰ⅰ302与方法兰ⅳ503之间连接在有卡子6，所述的方法兰ⅲ501和方法兰ⅱ403之间连接有卡子6，卡子6上设有卡槽601形成u型，卡槽601两侧边为斜边，方法兰ⅰ302与方法兰ⅳ503连接在卡槽601内，方法兰ⅲ501和方法兰ⅱ403连接在卡槽601内。

进一步的，所述的金属冷型ⅰ1上设有吊把ⅰ103，吊把ⅰ103设在金属冷型ⅰ1外壁上，吊把ⅰ103设有多个；所述的金属冷型ⅱ2上设有吊把ⅱ203，吊把ⅱ203设在金属冷型ⅱ2外壁上，吊把ⅱ203设有多个；所述的底座3上设有吊把ⅲ306，吊把ⅲ306设在底座3外壁上，吊把ⅲ306设有多个；所述的浇注漏斗管4上设有吊把ⅳ404，吊把ⅳ404设在浇注漏斗管4外壁上，吊把ⅳ404设有多个；所述的浇注管5上设有吊把ⅴ504，吊把ⅴ504设在浇注管5外壁上，吊把ⅴ504设有多个。

进一步的，所述的上砂芯10上端连接有砂芯压块11。

本发明利用金属冷型代替普通砂型造型，制造更加简单方便，可重复利用，使用时从浇注漏斗管4浇注，采用底注方式，利用液体自旋将空腔ⅰ12与空腔ⅱ13中的浮渣带至上表面，减少内部组织缺陷。

金属冷型ⅰ1、金属冷型ⅱ2和底座3之间的连接采用了凸台与凹槽配合的方式，确保了连接准确性也提高了密封效果。

漏斗401的设置提高了浇注时的使用便利性，漏斗401下端高度大于金属冷型ⅰ1上端高度，确保浇注工作的顺利进行。

卡子6用于连接固定底座3、浇注漏斗管4和浇注管5，防止浇注时发生位移影响浇注工作。

吊把的设置方便零部件的吊装，提高使用便利性。

砂芯压块11的设置防止浇注时主砂芯9和上砂芯10发生位移。

本发明一种离心辊模铸造装置的铸造工艺，包括有如下步骤：

s1.尺寸选择：根据离心辊模壁厚，按1-1.5倍选择金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2的壁厚，根据离心辊模高度，选择金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2连接后的总高度大于离心辊模高度300mm-500mm；

s2.制作砂芯：根据离心辊模尺寸制作主砂芯9和上砂芯10，主砂芯9和上砂芯10采用树脂砂制作，主砂芯9和上砂芯10外表面涂抹2mm-3mm厚的涂料，涂料为醇基涂料；

s3.造型：金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2内壁喷涂涂料或挂砂，金属冷型ⅰ1、金属冷型ⅱ2、底座3、浇注漏斗管4和浇注管5依次连接，底座3、浇注漏斗管4和浇注管5内埋设耐火管道砖7，设耐火管道砖7形成空腔ⅰ12，设耐火管道砖7外填充型砂并椿实；

s4.烘型：将步骤s3的金属冷型ⅰ1、金属冷型ⅱ2和底座3放入干燥窑内烘干水分，出窑晾至200度；

s5.合箱：清理底座3上表面的杂物和浮砂，将步骤主砂芯9和上砂芯10放入金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2并找正，砂芯压块11连接在上砂芯10上端；

s6.浇注，按照zg270-500化学成分冶炼，出炉温度控制在1550℃±10℃，浇注温度1500℃±10℃，确保浇注漏斗充满一次性浇起，不允许断流，捣冒口10-20分钟后点冒口。

进一步的，所述步骤s3若在金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2内壁喷涂涂料，涂料厚度2mm-3mm，涂料为水基锆英粉。

进一步的，所述步骤s3若在金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2内壁挂砂，挂砂厚度10mm-15mm，挂砂为黏土砂。

普通铸钢件一般采用均布的圆形或椭圆形冒口补缩，但存在冒口根部或在相邻冒口之间出现缩孔，而圆筒型铸钢件采用整体加高替代冒口补缩，会消除上述冒口间缩孔；按照铸钢件工艺出品率=铸件毛重/铸件毛重+浇冒口重量×100%的计算公式,对应离心辊膜单重及主要壁厚，对应查找出工艺出品率在64-72%，因整体采用厚壁金属型作为外冷铁，加强激冷效果，且该类型离心辊模壁厚一致，缺少形成热节的条件，对冒口补缩要求有所降低。再通过辊模浇注模拟核算，确认金属液体中渣滓上浮且最终形成的缩孔位于大于离心辊模高度180--270mm范围内，遂将该工艺出品率上升到85-89%。选择金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2连接后的总高度大于离心辊模高度300mm-500mm，是考虑钢水温度及金属型模温，还有考虑气候的影响，超出500以后就是浪费，造成离心辊模工艺出品率低下，制作成本上升。

根据离心辊模壁厚，按1-1.5倍选择金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2的壁厚小于1.0，冷型激冷效果差，冷型辊模内部会被反抽出现缩孔；大于1.5，一是激冷效果递增，影响冒口补缩。

烘烤前，金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2内壁喷涂涂料或挂砂已经完成，放入干燥窑的时候是只烘烤金属冷型ⅰ1、金属冷型ⅱ2、底座3，底座3内以埋设有耐火管道砖7，浇注漏斗管4和浇注管5事先造型烘干。

金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2内壁喷涂涂料，涂料厚度2mm-3mm；2mm-3mm的涂料层会紧贴冷型内壁，起到保护冷型作用；小于2mm，涂料过薄，形成的保护膜会存在薄弱点，被充入型腔的钢水穿破，钢水与冷型粘连，影响辊模外形质量，严重会损坏冷型内壁；涂料大于3mm时，会起皮、爆裂，同样被充入型腔的钢水穿破。

金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2内壁挂砂，挂砂厚度10mm-15mm；砂层小于10mm，强度差，不能抵御钢水冲击；砂层大于15mm，冷型激冷效果在逐步降低，影响冷型辊模内壁枝晶方向；从10mm-15mm逐渐增长的时候，型砂强度在增强，冷型激冷效果在降低，最佳砂层厚度为12.5mm。

主砂芯9和上砂芯10外表面涂抹2mm-3mm厚的涂料是为了形成外壳起到保护砂芯不被钢水冲破，确保钢水纯净度，小于2mm，涂料过薄，形成的保护膜会存在薄弱点，被充入型腔的钢水穿破，钢水与冷型粘连，影响辊模外形质量，严重会损坏冷型内壁；涂料大于3mm时，会起皮、爆裂，同样被充入型腔的钢水穿破。

实施例一：

以∮890*2500离心辊模，壁厚为200mm，材质zg270-500，净单重13吨为例，利用本发明方法，

s1.尺寸选择：∮850*2500离心辊模壁厚为200mm，选择1：1.5的比列，选用金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2的壁厚≧300mm，选择组合高度超出离心辊模净尺寸500mm；采用金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2的尺寸均为∮1526×1500mm；

s2.制作砂芯：根据∮850*2500离心辊模尺寸，核算出砂芯的尺寸为∮890×2800mm，采用树脂砂可分段制芯，总高累加达标即可；

s3.造型：金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2内壁挂砂12mm，金属冷型ⅰ1、金属冷型ⅱ2、底座3、浇注漏斗管4和浇注管5依次连接，底座3、浇注漏斗管4和浇注管5内埋设耐火管道砖7，设耐火管道砖7形成空腔ⅰ12，设耐火管道砖7外填充型砂并椿实；

s4.烘型：将步骤s3的金属冷型ⅰ1、金属冷型ⅱ2和底座3放入干燥窑内烘干水分，出窑晾至200度；

s5.合箱：清理底座3上表面的杂物和浮砂，将步骤主砂芯9和上砂芯10放入金属冷型ⅰ1和金属冷型ⅱ2并找正，砂芯压块11连接在上砂芯10上端；

s6.浇注，按照zg270-500化学成分冶炼，净钢水≥20吨，出炉温度控制在1550℃±10℃，浇注温度1500℃±10℃，确保浇注漏斗充满一次性浇起，不允许断流，捣冒口10-20分钟后点冒口0.5吨水钢水。

金属液体中渣滓上浮且最终形成的缩孔位于2500mm+180--270mm，离心辊模最上端凝固后下缩180mm，该部位主要为浮渣、保护渣及缩孔组成，切割冒口留量2500mm+70mm，端面存在细小缩孔和夹渣，加工至2500mm时缺陷消除，超声波检验内部组织致密达到二级标准。