宏业-专业的耐磨铸件材料解决方案专家
专注锻造铸件20余年,成功服务西北市场上千家
咨询热线电话:0972-8616333 13897728166
搜索关键词:   耐磨件,板锤,锷板,高锰钢,球磨机衬板  
p
产品分类roduct
N
新闻动态ews
当前位置:首页 > 常见问题
热轧初轧机架大型铸钢件的冶炼铸造2018/7/21 19:50:09

1铸件简介

  马钢热轧2250mm轧机生产线共有9架轧机,其中R1-R2为初轧机架,毛坯单片重达285t,F1-F7为精轧机架,毛坯单片重达150t,材料均为GS-45N.机架的力学性能要求见表3.检验试块为附铸试块,最小尺寸为80mm×80mm×250mm.马钢重机公司先前已积累了冶炼铸造150t左右的各类机架经验,但冶炼铸造毛重达285t机架尚属首次,经过对初轧机机架的冶炼铸造工艺性、技术要求、钢液熔炼及生产等方面综合剖析认为,铸件生产存在如下技术难点。

  (1)机架探伤要求高,特别是内窗口4个圆弧及轧制线区域内不允许焊补,而圆弧又特别容易出现冶炼铸造缺陷,冶炼铸造难度较大。

  (2)初轧机架断面结构厚大,凝固时间长,结晶组织粗大,偏析严重,裂纹倾向也大。

  (3)机架钢液充型速度慢,对上箱型砂烘烤强烈,落砂倾向较大,对型砂耐火度要求高,必须正确选择合适的型砂。

  (4)机架铸件较长,缩尺较难准确设计,铸件尺寸精度较难扼制。

  (5)机架仅靠4个大冒口来补缩,补缩距离不够,窗口立柱存在缩松区域,需要设置外冷铁来扼制铸件顺序凝固。

  通过利用FT-STAR凝固模拟软件剖析大型轧钢机架铸件充型和凝固过程,并且借助有限元软件IDEAS剖析了凝固、冷却过程中的热应力、应变并借助于铸造工艺计算机辅助剖析,为实际生产设计合理冶炼铸造工艺,从而确保了铸件质量。

  2基本冶炼铸造工艺马钢热轧2250mm机架的计算机三维造型,初轧机机架铸件本体毛重285t,浇冒口165t,总耗钢液量达470t.机架最大轮廓尺寸为12070mm×4640mm×3000mm.采用地坑造型加盖箱,地坑深2000mm.造型面砂为铬铁矿砂,背砂为水玻璃石英砂。面砂层厚度40~60mm,中间砂层厚度150~200mm.型腔底部及侧面共放置12块挂砂冷铁,总重56t,挂砂厚度30~40mm.采用两端、双侧双层阶梯浇注系统。盖箱上放置总重400t的暗压铁。浇注温度为1550~1570℃。型腔热风预热(约150℃)48h.先用3包共计375t钢液同时浇注,2h后,第四包点补冒口,点补钢液量85t,浇注后在地坑中保温20天后打箱。

  3凝固模拟剖析

  3.1温度场模拟前处理机架造型在AutoCAD中完成,然后输出cast.stl、chiller.stl及box.stl文件。由于需要计算机架点补冒口过程,因此还需输出机架点补冒口前造型的cast2.stl文件。为了使模拟结果更精确,对于该机架的温度场计算采用了更细的网格剖分,剖分步长分别为:Δx=30mm、Δy=60mm、Δz=30mm,得到铸件本体单元数为1070109,总计算单元数为5928000.

  3.2模拟结果剖析

  3.2.1补缩通道剖析根据工艺要求,机架浇注时先浇入钢液375t,此时冒口中液面距冒口顶部800mm.计算时浇注温度取1570℃,浇注2h后点补冒口前的温度场模拟结果,点浇冒口10min后的温度场模拟结果。

  此时冒口已部分收缩,冒口液面约下降了60mm(2个网格高度),冒口顶部截面温度仍在液相线以上。点补冒口后浇入的钢液能够正常熔入冒口钢液中,此时铸件本体内部没有凝固,大小冒口之间钢液贯通。

  由温度场模拟结果可见,该机架凝固过程主要受到挂砂冷铁的影响,凝固初期,机架凸出的边角处及设置冷铁处凝固速度较快,补缩通道也从大小冒口之间立柱中间部位断开,而横梁上2个大冒口凝固速度慢,最后凝固,机架完全凝固需要60h左右。由补缩通道透视图可见,当机架浇注结束后大约10h时,补缩通道从靠近凸台侧的立柱中部断开,12h后小冒口另一侧立柱上的补缩通道也逐渐断开,此后立柱上的收缩由小冒口补充,而大冒口补充两端横梁上的收缩。凝固30h后,小冒口基本失去补缩作用,46h后大冒口补缩通道也完全闭合,此时冒口中的钢液还并未完全凝固。最后凝固部位位于凸台上大冒口的根部。

  3.2.2凝固模拟结果由缩孔、缩松预测结果显示,铸件本体虽然不至于产生缩孔,但最后凝固部位正好位于凸台上冒口的根部,已经接近凸台表面,因此应采取措施使热节上移。可考虑适当加高冒口高度。

  4应力场模拟剖析

  4.1有限元剖析前处理首先设置材料参数,包括铸件和砂芯的高温力学性能参数。然后进行有限元网格划分如图6所示,2250mm初轧机架采用六面体网格配合局部四面体网格对机架进行了有限元离散。

  4.2应力场模拟结果剖析

  4.2.1凝固过程应力场剖析对于凝固过程应力场的剖析,采用准固相区的受力状况作为产生热裂的判据.铸件在铸型中冷却时,一方面由于温度的变化及外界对收缩的阻碍等作用而产生应力,另一方面随着温度降低强度逐渐建立。铸件凝固、冷却过程中的变形及热裂等缺陷正是上述过程综合作用的结果。等效应力/屈服强度的比值这个物理量则反映了上述过程的结果,在固相区当等效应力大于屈服应力即比值大于1时发生屈服;而在准固相区也就是裂纹敏感区间时,比值大于1时则很容易产生微裂纹而最终导致热裂。

  准固相区分布与等效应力/屈服强度比值分布叠加图中彩色云图为应力比值分布情况,深蓝色等值线为固相与准固相的分界线,紫红色等值线为液相与准固相的分界线,深蓝色等值线与紫红色等值线之间的区域即为准固相区。由图可见,在准固相区应力比值最大值在0.4~0.5之间,因此产生热裂的倾向性并不是很大。

  4.2.2冷却过程残余应力变化该机架浇注后在型腔中保温20天后打箱,然后进入热处理炉内进行热处理,整个应力场的模拟也至机架落砂后结束。铸件冷却过程中如果产生裂纹,则需先发生屈服,所以此时裂纹倾向性预测以等效应力/屈服应力为判据。由图8可知2250mm初轧机架冷却过程中应力比值的最大值在1.0~1.2之间,也就是说铸件局部刚好进入屈服阶段。冷却过程中应力比值较大处主要集中在窗体内腔过渡圆角处、立柱上有截面突变处及大小冒口根部,这些部位会发生一定的屈服变形,但不会产生裂纹。

  机架冷却过程中虽然裂纹倾向性很小,但冷却后局部区域仍会出现应力集中,产生较大的残余应力。

  由模拟结果可知,落砂前过渡圆角处一直处于较高的应力水平,而且冷却时应力值会不断增大,过渡圆角处的应力集中区有沿着大冒口的外围不断往外扩展的趋势。另外,小冒口根部特别是与立柱上截面突变处相交的位置也一直处于高应力状态。从总体上来看,机架立柱上的应力要高于横梁的应力。落砂后,机架内腔部分应力得到释放,总体应力水平有所下降(大约20MPa)。可以看到,落砂以后图中所标出的部位仍保持较高的残余应力。

  5结语

  (1)采用FDM/FEM集成剖析系统对2250mm初轧机机架凝固过程中的温度场及应力场进行了模拟剖析,对冒口大小和位置,冷铁位置和设置及补浇工艺的合理性进行了验证。

  (2)从应力剖析的角度而言,按设定工艺浇注,铸件凝固过程中热裂倾向并不严重,相比较而言,大小冒口根部靠近内腔一侧产生裂纹倾向要大一些。

  (3)铸件在地坑中保温20天以后落砂,此时温度约在500~600℃左右,落砂后应及时送入热处理炉内进行热处理。否则,落砂后空冷时机架受到激冷,应力大幅增大,就有可能在上述残余应力集中处产生冷裂纹。

  马钢热轧2250mm轧机在马钢新区自2007年投产至今运行情况良好。


扫描二维码访问手机版

Copyright ©2018 www.qhhyzz.com All Rights Reserved 版权所有©海东市平安区宏业耐磨铸造厂

地 址:青海省海东市平安区东台小微企业集中区邮 编:810699 电 话:0972-8616333

手 机:13897728166联系人:徐经理E-mail:postmaster@mail.qhhyzz.com

网络实名:耐磨件板锤锷板高锰钢球磨机衬板Sitemap:xmltxt

开发团队:青海热线 技术支持:青海达扬网络传媒有限责任公司

青ICP备18000685号 青公网安备63022102000045号 青海省互联网违法和不良信息举报中心

访问统计今日: 昨日:本月: 全部: