２ｏＩｏ￣第２期 铸造设备与工艺 ２０１０年４月 Ｆ０ＵＮＤＲＹ ＥＯＵＩＰＭＥＮＴ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ．２ＯｌＯ№２ ・应用研究・ 破碎机辊子的研制与应用 郭洪涛，郭林，刘波 （济钢集团重工机械有限公司，山东济南２５０１０１） 摘要：通过对破碎机辊子的使用状况和结构特点分析，选择合理的材质，设计合理的铸造工艺方案、热处 理工艺方案，研制出长寿命破碎机辊子，实践证明，该种破碎杌辊子抗冲击，耐磨性能好，具有较长的使用寿命。 关键词：铸造工艺；破碎机辊子；使用寿命 中图分类号：ＴＧ２２３１．３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７４—６６９４（２０１０）０２—００３８—０２ 我公司为总公司烧结厂制作的破碎机辊子，使 状、粗大碳化物，会降低破碎辊的韧性。为此，选择 用寿命短，不耐磨，使用３个月左右的时间就出现 碳含量为Ｏ．８％～０．９％。铬是主要合金元素，在改变 质量问题，夹砂、裂纹、缩孔等铸造缺陷较多，严重 组织和性能时的作用较强，且价格相对较低；铬还 制约了烧结厂的正常生产，为了改变这一被动局 可以固溶强化基体．同时又是较强的碳化物形成元 面。我们确定开发研制长寿命耐磨破碎机辊子。 素，与碳结合形成高硬度的颗粒状碳化物，有利于 １辊子的使用条件及结构特点 提高钢的硬度。选择铬含量为１．０％一１．５％。钼能显 著提高钢的淬透性，同时起固溶强化基体的作用， 破碎机的主要工作结构是两对辊子相向旋转 与铬、锰等易导致回火脆性的元素配合使用，能降 时，物料进入两辊间，受到高挤压力和摩擦力而得 低或抑制回火脆性。钒是强碳化物形成元素，有较 以破碎。破碎机辊子作为影响破碎机使用状况的一 强的固溶强化和细化晶粒的作用，能提高钢的回火 个主要构件，必须有良好的耐磨性和较强的韧性， 稳定性。钼、钒是贵重元素，对钢的成本影响很大。 以保证破碎机辊子服役过程中不断裂和有较长的 选择钼含量为Ｏ．２％～０．５％，钒＜０．５％。稀土元素是 使用寿命：辊子结构特点，最大直径为 ９００ ｍｍ， 很好的脱硫、除气剂，能除去钢中的有害杂质，净 总高度为７００ ｍｍ。辊子结构如图１。 化钢液，改善夹杂物的形态，细化晶粒，提高钢的 韧塑性．并能改善钢的铸造性能。生产中作炉前冲 包处理。具体的化学成分为：ｃｃＪ（ｃ）＝ｏ．８％一０．９％，ｏＪ（Ｓｉ） ＝０．８％－１．５％，ｔｏ（Ｍｎ）－＝－０．６％－１．５％，ｗ（Ｃｒ）＝１．０％－１．５％， 晷 ｗ（Ｍｏ）＝０．２％一０．５％，，ｏ（ｖ）＿－－ｏ．２％－－－０．４％，ｗ（ＲＥ）－－０．３％－ ｅ ０．４％， （Ｐ、Ｓ）＜ｏ．０４％。 ２铸造生产工艺 图１辊子结构图 为得到所需的组织结构以满足破碎机辊子的 使用要求，并尽量降低生产成本，确定辊子材质选 用高碳低合金钢。在成分设计中，主要考虑了以下 若干方面：碳是影响铸钢强度、硬度、韧塑性及淬透 性的主要元素。碳含量过低，破碎辊的强度和硬度 低。为得到具有一定硬度的珠光体和适量的碳化 物，碳含量不能低。但若碳含量过高，则易形成网 删收藕日期：２０１０－０３—２６ 作者简介：郭洪涛（１９６７一），男，山西大同人，硕士研究生学，高级工 程师，技术质量部经理，长期从事铸钢、铸铁及有色金属 铸件的生产技术研究。 ● ・３８ ・ 至箜 塑 塑 凌！墨 ！刘 壁 辊 笪研制与应用 铸造设备与工艺 型砂，兼顾表面粗糙度与解决清砂难问题即与钢液 钢液钻人或跑火；合箱卡子紧好后，分型面是否合 严，以防跑火。 接触的内表面由于受钢液的热作用时间较长。在芯 子表面采用耐高温的铬铁矿砂，这种砂具有很高的 耐火度，防止铸件粘砂，保证铸件光洁，但这种砂价 格较高，为了节约成本，只可采用薄薄的一层，厚度 约１０ ｍｍ～１５ ｍｍ。芯子内层采用高温下能自动分 解，易溃散的低价人工粉碎的石灰石砂，以利于清 砂；砂型型腔采用石英砂，刷锆英粉涂料二次。 刚一 放箱的地面要平整，划出十字出气道。浇口杯一 定要用直径为 ８０ ｍｍ的耐火材料制的漏斗。不许 用砂质浇口杯。浇注时及时引火，并采取防跑火措施。 浇注：浇注原则，大流快浇。钢包采用底注式浇 包，不许用新砌的钢包。钢包必须保持干燥．烘包温 度要保证在７００ ｏＣ以上。镇静时间，钢液在包内镇静 ２．３浇冒口工艺 设置合理的浇冒口系统，需要精确计算出铸件 的热节．在热节处放置适当的冒口．在冒口下增设 补贴．保证冒口形成顺序凝 固，获得致密铸件。根据计 算和经验，制定初始工艺方 案．并采用华铸ＣＡＥ铸造仿 真模拟软件。按初始工艺对 辊子进行仿真凝固模拟、分 析和论证，掌握温度场和流 动场的变化规律，以此调整 冒口和浇口的大小和数量， 优化铸造工艺，保证铸件的 顺序凝固和金属液的有效 补缩，保证获得无缩孔、无 图４铸造仿真凝固 缩松、组织致密的辊子铸 模拟铸件无缩孔 件。浇冒口工艺如图３，铸造 仿真凝固模拟铸造件无缩孔见图４。采用腰形１３号 保温暗冒口４个，高度５００ ｍｍ，浇注系统采用底注 快浇的方式。直浇口、横浇口采用耐火砖专用浇口， 直径 ８０ ｍｍ各一道，内浇口采用 ６０ ｍｍ耐火 砖专用浇口四道。 ２．４熔炼 钢液的纯净度及浇注温度直接影响辊子铸件的 质量。Ｓ、Ｐ等有害元素含量越高，裂纹倾向性越大，钢 中夹杂物与偏析越严重，越易造成应力集中。浇注温 度越高，凝固收缩越大．热裂纹、缩孔、缩松、粘砂的 产生机率也越大。加强工序质量控制，采用变质处理 及钢包底吹氩技术严格控制钢液质量，减少钢液中 气体及有害元素含量，控制浇注温度和浇注速度，增 加钢液的补缩能力，保证铸件组织致密。冶炼时成分 按中线控制，炉前脱氧，在包内采用稀土硅进行孕育 变质处理，出钢温度控制在１ ６００℃～１ ６２０℃。 ２．５合箱浇注 合箱前做到五检查：出气孔是否畅通（冒口、芯 头、芯座）；尺寸形状是否符合图纸；浇冒口系统内 和型腔内是否干净；芯头、芯座间隙是否填严，防止 时间大于７ ｍｉｎ，以便杂质上浮。浇注温度：１ ５１０℃～ １ ５３０℃。用热电偶测温仪测温。 ２．６打箱、清理 根据生产经验．参照理论保温曲线，确定浇注后 保温时间为冬季２５ ｈ～２６ ｈ，夏季２６ ｈ一２８ ｈ。由于该 件为低合金高碳钢，气割冒口时裂纹倾向大。为防止 气割裂纹，采用热割冒口，热割温度大于２６０ ｃＩ＝，为 了降低成本采用清砂后利用铸件本体余热进行热割 冒口，热割后立即进退火窑进行保温缓冷。 ３热处理 热处理工艺设计的出发点是保证获得均匀一 致的细珠光体组织和弥散分布的小颗粒状碳化物， 消除网状碳化物，并要获得细晶组织．防止晶粒长 大。热处理质量的好坏对辊子的整体性能影响也较 大，为了获得合格的组织和性能，首先对试块进行 热处理．然后总结实验结果后，确定最佳热处理工 艺方案。采用８９０ ｃＣ均匀化退火＋７４０ ｏＣ球化退火 的预备热处理和８７０ ｏＣ正火＋５６０ ｃＩ＝高温回火热处 理。既可保证技术要求的性能，又获得了良好的显 微组织和细晶粒度，从而杜绝因粗大晶粒和严重网 状碳化物导致破碎机辊子断裂的危害。 ４结果分析 采用高碳低合金钢材质，通过合金化特别是添 加钒、稀土等微量元素，并结合采用合理的熔炼工 艺，通过计算机工艺优化，合理设置浇口，冒口，控制 浇注温度及采用合理的热处理工艺，有效地细化了 晶粒、强韧化基体及获得颗粒形状合理分布的高硬 度碳化物组织，铸造出优质合格的破碎机辊子铸件。 ５结论 用以上工艺试制的第一批４件辊子已经使用１ 年多，还正在使用。实践证明，采用高碳低合金钢材 质，经过一系列工序质量控制和工艺优化，生产的 破碎机辊子韧性好，抗冲击，耐磨性能好，具有较长 的使用寿命。 ・３９・
