粗軋厚板軋機生產(chǎn)工藝的優(yōu)化

粗軋厚板軋機生產(chǎn)工藝的優(yōu)化

寬板機是衡量國家冶金設備制造水平和材料制造能力的重要體現(xiàn)。本文介紹了5m粗軋寬厚板軋機的主要受力零件,重達490t的牌坊鑄件的鑄造工藝。該牌坊鑄件(圖1)輪廓尺寸為15890mm×4730mm×2390mm,最小壁厚為1045mm,主體壁厚為1100mm左右。鑄件要求進行整體超聲波和磁粉探傷檢查。鑄件材料執(zhí)行德國標準DIN17182中GS-20Mn5V。其化學成分如表1,力學性能要求如表2。鑄件的質(zhì)量檢查按SMS:SN320第10部分《軋機鑄鋼機架的供貨和檢驗規(guī)程》執(zhí)行。需要進行整體超聲波和磁粉探傷檢驗,內(nèi)窗口要進行雙晶探傷。對壓下孔和所有機架窗口轉角處的表面進行裂紋檢查。1研制1個主要構件寬厚板軋機是技術含量極高和機械結構極為復雜的大型軋機之一,也是生產(chǎn)大口徑油氣輸送管等國民經(jīng)濟和國防產(chǎn)品的關鍵設備之一。軋機牌坊是軋機的主要承力關鍵零件。壁厚≤950mm的軋機牌坊在國內(nèi)重型機械廠有較多的鑄造生產(chǎn)成功經(jīng)驗,但壁厚≥1000mm以上的寬厚板軋機牌坊屬新開發(fā)產(chǎn)品,技術難度很大,尚少見報道。1.1工藝癱瘓分析(1)冒口補縮設計牌坊的熱節(jié)、模數(shù)大,鑄件最小熱節(jié)模數(shù)達30cm,需要設計合理的冒口補縮。鑄件長度達到15890mm,雖然鑄件的模數(shù)大,但冒口間補縮距離長,滿足鑄件超聲波探傷困難。(2)超聲波探傷法鑄件壁厚越大,冷卻速度越慢,得到的鑄件晶粒越粗大。該牌坊厚度較大,鑄件最小壁厚為1045mm,最大熱節(jié)處壁厚達1416mm,容易造成晶粒粗大,采用超聲波探傷,容易造成底波衰減而不能達到標準要求。(3)控制尺寸的困難鑄件長度達15890mm,容易造成鑄件變形。(4)鑄造缺陷導致質(zhì)量不合格厚壁鑄鋼件由于冷卻速度慢,容易造成枝晶發(fā)達、晶粒粗大,在較高的溫度下因為收縮常常產(chǎn)生熱裂紋,主要分布在冒口下、鑄件圓角處、鑄件底面,導致質(zhì)量不合格。因此裂紋的控制顯得尤為重要。1.2雕塑工藝設計1.2.1立柱分型面該件屬于特大型鑄鋼件,根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)條件采用堿酚醛樹脂砂、地坑造型。為了保證兩邊立柱的質(zhì)量均勻,適宜的鑄造工藝方案只有兩種,立柱處于水平位置,如圖1。(1)方案一,分型面是將立柱帶凹槽部位向上,放冒口時將該部位鑄死,相當于立柱增肉,有利于鑄件補縮,但相對增加鋼液總量。(2)方案二,將立柱凹槽部位向下,可以將立柱凹槽部位完全鑄出,但增加底面放置外冷鐵的難度,且不利于鑄件補縮。通過比較,工藝方案一更有利于保證鑄件質(zhì)量,因此采用工藝方案一。1.2.2延長系統(tǒng)的設計(1)對照方式計算結果將鑄件分成3部分計算模數(shù),如圖2。采用傳統(tǒng)手工計算(M=V/S)和計算機模擬對照方式,計算結果如表3。根據(jù)其結構分別在壓下端、地腳端、立柱中端兩側的4個熱節(jié)處分別設置了1#、2#、3#冒口,如圖3。(2)口凝固時間根據(jù)各段計算出的模數(shù)大值選定冒口尺寸,可以保證冒口凝固時間晚于被補縮部位凝固時間。1#冒口尺寸?2300mm×2200mm,2#冒口尺寸?2000mm,3#冒口尺寸?1700mm。(3)鑄造碳纖維的體收縮根據(jù)資料,冒口補縮效率取15%,碳的平均質(zhì)量分數(shù)為0.2%(澆注溫度為1550～1580℃)的鑄造碳鋼的體收縮率取4.4%。根據(jù)以下公式計算冒口補縮量:G件(最大)=G冒×(η-S)÷S式中η——冒口補縮效率;S——鋼的凝固收縮值。由表4中計算結論可知,冒口滿足鑄件補縮要求。(4)距離模數(shù)法通常,按SN320第10部分探傷的牌坊,根據(jù)牌坊結構,冒口間補縮距離為12～15倍模數(shù)。但該牌坊冒口補縮距離偏長,于是采用掛砂外冷鐵增加和調(diào)節(jié)鑄型冷卻速度,掛砂厚度為5～10mm,冒口的補縮距離能大于17.4倍模數(shù),保證了在較長補縮距離的情況下,滿足鑄件補縮要求。1.2.3工藝方案驗證為了驗證工藝方案的正確性,對工藝方案進行數(shù)值模擬,同時對冒口增加保溫覆蓋劑和保溫板進行對照模擬。模擬結果見圖4。方案一A為冒口未加保溫劑,有外冷鐵的情況。方案一B為冒口加保溫劑,1#、2#冒口增加保溫板。通過凝固模擬,驗證了工藝方案的正確性;同時體現(xiàn)出覆蓋劑和保溫板在冒口保溫上意義重大。綜上所述,設計的補縮系統(tǒng)對整個鑄件補縮良好,鑄造工藝方案可行。1.3階梯緩沖系統(tǒng)設計鑄鋼澆注溫度高、流動性差、易氧化,因此要求快速平穩(wěn)充型。設計決定采用全開放階梯緩沖澆注系統(tǒng),內(nèi)澆道的分布避開末端外冷模區(qū),既可以快速平穩(wěn)充型,還可以調(diào)節(jié)鑄型與鑄件各部分的溫度分布,控制鑄件的凝固順序。充型過程模擬如圖5所示。1.4大型鑄鋼件與大型鑄鋼件工藝設計對比鑄件凈重405t,毛重490t,鋼液總重770t,工藝出品率計算結果為64%,高于大型鑄鋼件的工藝出品率在51%～59%的一般工藝要求,因此工藝設計合理。2生產(chǎn)結束根據(jù)設計并經(jīng)Magma凝固模擬的鑄造工藝成功生產(chǎn)出了牌坊鑄件,如圖6。2.1肥力試驗的結果取鑄件上的附鑄試塊做力學性能試驗,其結果完全滿足標準驗收要求,結果見表5。2.2ut和mt檢查粗加工后,按SN320第10部分,對鑄件進行UT、MT檢查,無超標缺陷,探傷合格。3凝固及補縮系統(tǒng)及模擬通過對5米寬厚板軋機牌坊鑄件進行系統(tǒng)分析,利用Magma凝固模擬技術驗證優(yōu)化工藝,有效攻克鑄件產(chǎn)生縮孔縮松缺陷的技術難關,獲得UT零缺陷的優(yōu)質(zhì)鑄件。對于內(nèi)部要求致密、力學性能要求高的特大型鑄鋼件,鑄件壁厚大,鑄件的模數(shù)大,鑄件的冷卻速度慢,得到的鑄件晶粒粗大;在存在熱節(jié)的情況下,容易產(chǎn)生縮孔縮松缺陷,因此壁厚鑄件的凝固及補縮控制是關鍵。同時鑄鋼澆注溫度高、流