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    热轧初轧机架大型铸钢件的冶炼铸造

    类别:行业动态   发布时间:2020-03-18 16:54:26   浏览:

      1铸件简介

      马钢热轧2250mm轧机出产线共有9架轧机,其间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,资料均为GS-45N.机架的力学性能要求见表3.检验试块为附铸试块,最小尺度为80mm×80mm×250mm.马钢重机公司从前已积累了锻炼铸造150t左右的各类机架经历,但锻炼铸造毛重达285t机架尚属首次,通过对初轧机机架的锻炼铸造工艺性、技能要求、钢液熔炼及出产等方面归纳分析以为,铸件出产存在如下技能难点。

      (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,而圆弧又特别简单呈现锻炼铸造缺陷,锻炼铸造难度较大。

      (2)初轧机架断面结构厚大,凝结时间长,结晶组织粗大,偏析严峻,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,有必要正确挑选适宜的型砂。

      (4)机架铸件较长,缩尺较难精确规划,铸件尺度精度较难扼制。

      (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,需求设置外冷铁来扼制铸件顺序凝结。

      通过利用FT-STAR凝结模仿软件分析大型轧钢机架铸件充型和凝结进程,而且借助有限元软件IDEAS分析了凝结、冷却进程中的热应力、应变并借助于铸造工艺核算机辅佐分析,为实践出产规划合理锻炼铸造工艺,从而保证了铸件质量。

      2根本锻炼铸造工艺马钢热轧2250mm机架的核算机三维造型,初轧机机架铸件本体毛重285t,浇冒口165t,总耗钢液量达470t.机架最大概括尺度为12070mm×4640mm×3000mm.选用地坑造型加盖箱,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.型腔底部及旁边面共放置12块挂砂冷铁,总重56t,挂砂厚度30~40mm.选用两端、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凝结模仿分析

      3.1温度场模仿前处理机架造型在AutoCAD中完成,然后输出cast.stl、chiller.stl及box.stl文件。因为需求核算机架点补冒口进程,因而还需输出机架点补冒口前造型的cast2.stl文件。为了使模仿成果更精确,关于该机架的温度场核算选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,总核算单元数为5928000.

      3.2模仿成果分析

      3.2.1补缩通道分析依据工艺要求,机架浇注时先浇入钢液375t,此刻冒口中液面距冒口顶部800mm.核算时浇注温度取1570℃,浇注2h后点补冒口前的温度场模仿成果,点浇冒口10min后的温度场模仿成果。

      此刻冒口已部分缩短,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,此刻铸件本体内部没有凝结,大小冒口之间钢液贯穿。

      由温度场模仿成果可见,该机架凝结进程首要受到挂砂冷铁的影响,凝结初期,机架凸出的边角处及设置冷铁处凝结速度较快,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个大冒口凝结速度慢,终究凝结,机架彻底凝结需求60h左右。由补缩通道透视图可见,当机架浇注完毕后大约10h时,补缩通道从挨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步断开,此后立柱上的缩短由小冒口弥补,而大冒口弥补两端横梁上的缩短。凝结30h后,小冒口根本失掉补缩效果,46h后大冒口补缩通道也彻底闭合,此刻冒口中的钢液还并未彻底凝结。终究凝结部位坐落凸台上大冒口的根部。

      3.2.2凝结模仿成果由缩孔、缩松预测成果显现,铸件本体虽然不至于发作缩孔,但终究凝结部位正好坐落凸台上冒口的根部,现已挨近凸台表面,因而应采取措施使热节上移。可考虑恰当加高冒口高度。

      4应力场模仿分析

      4.1有限元分析前处理首要设置资料参数,包含铸件和砂芯的高温力学性能参数。然后进行有限元网格区分如图6所示,2250mm初轧机架选用六面体网格配合部分四面体网格对机架进行了有限元离散。

      4.2应力场模仿成果分析

      4.2.1凝结进程应力场分析关于凝结进程应力场的分析,选用准固相区的受力状况作为发作热裂的判据.铸件在铸型中冷却时,一方面因为温度的改变及外界对缩短的阻碍等效果而发作应力,另一方面跟着温度下降强度逐步树立。铸件凝结、冷却进程中的变形及热裂等缺陷正是上述进程归纳效果的成果。等效应力/屈从强度的比值这个物理量则反映了上述进程的成果,在固相区当等效应力大于屈从应力即比值大于1时发作屈从;而在准固相区也便是裂纹敏感区间时,比值大于1时则很简单发作微裂纹而终究导致热裂。

      准固相区分布与等效应力/屈从强度比值分布叠加图中彩色云图为应力比值分布状况,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,因而发作热裂的倾向性并不是很大。

      4.2.2冷却进程剩余应力改变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,整个应力场的模仿也至机架落砂后完毕。铸件冷却进程中如果发作裂纹,则需先发作屈从,所以此刻裂纹倾向性预测以等效应力/屈从应力为判据。由图8可知2250mm初轧机架冷却进程中应力比值的最大值在1.0~1.2之间,也便是说铸件部分刚好进入屈从阶段。冷却进程中应力比值较大处首要会集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,这些部位会发作一定的屈从变形,但不会发作裂纹。

      机架冷却进程中虽然裂纹倾向性很小,但冷却后部分区域仍会呈现应力会集,发作较大的剩余应力。

      由模仿成果可知,落砂前过渡圆角处一向处于较高的应力水平,而且冷却时应力值会不断增大,过渡圆角处的应力会集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方位也一向处于高应力状况。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,落砂今后图中所标出的部位仍保持较高的剩余应力。

      5结语

      (1)选用FDM/FEM集成分析系统对2250mm初轧机机架凝结进程中的温度场及应力场进行了模仿分析,对冒口大小和方位,冷铁方位和设置及补浇工艺的合理性进行了验证。

      (2)从应力分析的视点而言,按设定工艺浇注,铸件凝结进程中热裂倾向并不严峻,相比较而言,大小冒口根部挨近内腔一侧发作裂纹倾向要大一些。

      (3)铸件在地坑中保温20天今后落砂,此刻温度约在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,就有可能在上述剩余应力会集处发作冷裂纹。

      马钢热轧2250mm轧机在马钢新区自2007年投产至今运转状况良好。


     

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