球墨铸铁轧辊保温冒口研究

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1983.04.003 北京铜铁学院学报 1883年第4海 球墨铸铁轧辊保温胃口研究 北京钢铁学院熊仲明 乐山冶金机械轧辊厂李慧龄 长春有色合金厂亓金和 摘 要 球墨铸铁轧辊的补缩，一般是米用砂型明冒口和浇注后每隔20一25分钟用过 热铁水，点冒口1一2次的办法解决，这样的工艺使冒口金属消耗量占轧棍毛重的 15%左右。为了节约金属和提高轧辊上辊颈质量，本研究工作是米用铝型膨胀发热 剂单独使用或与绝热套组合成的保温冒口，以取代原工艺以稻草灰覆益的干砂型 胃口。经过实验室及现场对比实验表明：采用保温冒口以后，球墨铸铁共品凝固 时间延长了33一62%，缩孔形状由倒维形变为盆形，轧棍冒口的致密段高度增加， 省去了用过热铁水，点冒口的工序。冒口高度可以降低25~50%，节约置口金属量 20~50%。研究工作表明：采用保温冒口是解决球铁轧桃补缩的最合理、经济 而简便的措施。 前 言 球墨铸铁轧辊采用立浇，顶冒口补缩，辊身为金属型或金属型挂砂，形成由下而上的 顺序凝固，能够保证辊身组织致密。但由于球铁的体积收缩大，冒口中常常形成倒锥形缩 孔和二次缩孔。由于受到工艺上的限制，轧辊冒口不能采用加大冒口直径，即增大冒口几 何模数的办法来提高补缩效率，而是采用加高冒口至0.8~1.2米，以及浇注后每隔20~25 分钟，用过热铁水点1一2次冒口的办法来解决补缩问题。乐山冶金机械轧辊厂为了点臀 口，专门设置一台一吨的冲天炉熔化铁水，这些办法致使冒口金属消耗量占轧辊毛重的 15%左右。即使如此，对于一些长辊身细辊颈的轧辊，例如，中750×2450×5600毫米（辊 身直径×辊身长度×轧辊总长)的大中板轧辊，还是经常发生缩孔深入到上辊颈，严重影 响轧辊质量的问题。 为解决上述问题，我们研制了一种适用于球铁轧锟的保温冒口，由铝型膨胀发热剂和 绝热套两部份组成。同球铁轧辊原冒口工艺作为对照，进行了发热剂和绝热材料的物理性 ·一九八三年五月通过鉴定。 参加实验的有：乐山治全机械轧棍厂胡梓清、赵桂安、苏富银、衷其文、李样瑞、马晓丽、戴如军，长春有 色合金厂张均、王化新，北京钢铁学院吴卷京、张宁、孙维钢。 23

北 京 钥 铁 学 院 学 报 名年 茸 球墨铸铁轧辊保温 冒口 研究 拓 京 钢 铁 学 院 熊仲 明 乐山 冶金机械 札 辘 厂 李慧龄 长 春 有 色 合 金 厂 介 金和 摘 要 球 荃铸铁 轧辊 的补 缩 ， 一般是采 用砂 型 明 胃 口 和 浇注 后 每 隔 一 分 钟 甩过 热铁 水 点 冒 口 一 次 的 办 法解决 ， 这 样 的工 艺使 胃 口 金属 消耗童 占轧 棍 毛 重 的 左 右 。 为 了节约金 属和提 高札辊上 棍 颈 质童 ， 本研 完工 作是来 用铝 型 澎胀 发 热 剂 单独 使 用或 与绝 热 套组合 成 的保 温 胃 口 ， 以取代 原工 艺 以 稻 草灰度 盖 的干砂型 胃 口 经 过 实验 室及 现 场 时 比 实验表明 采 用保 温 胃 口 以 后 ， 球 荃铸铁共 晶凝 固 时间延 长 了 一 ， 缩 孔 形状 由倒 锥形 变 为盆 形 ， 札棍 胃口 的致 密段 高度 增加 ， 省 去 了用过 热铁水 点 胃 口 的工 序 胃 口 高度 可 以 降低 ， 节约 胃 口 金 属全 研 究工 作表明 采 用保 温 胃口 是解决球铁 札机 补 缩 的最 合 理 、 经 济 而 简便 的措 施 。 前 刁沙 日 球墨铸铁轧辊采用立 浇 ， 顶 冒口 补缩 ， 辊身为金 属 型或金属 型挂砂 ， 形成 由下而 上 的 顺序凝 固 ， 能 够保证辊身组织致密 。 但 由于球铁的体积 收缩大 ， 冒口 中常常形成倒锥形缩 孔和二 次缩孔 。 由于受到工 艺上 的限制 ， 轧辊 冒口 不能采用加大 冒 口 直径 ， 即增大 冒 口 几 何模数 的办法 来提 高补缩效率 ， 而是采用 加 高冒 口 至 米 ， 以及浇 注后每隔 分钟 ， 用过热铁水点 一 次 冒 口 的办法来解决补缩 问题 。 乐 山冶金 机械轧 辊厂 为 了 点 冒 口 ， 专门设置一 台一吨 的冲天 炉熔化铁水 ， 这 些办法致使 冒 口 金属 消耗量 占轧 辊 毛 重 的 左右 。 即使如此 ， 对 于一些 长辊身细辊颈 的轧辊 ， 例如 ， 小 毫米 辊 身直径 辊身长度 轧辊总长 的大 中板轧 辊 ， 还 是经常发生缩孔深入到上辊颈 ， 严重影 响轧辊 质盈的间题 。 为解决上述 间题 ， 我们研 制了一 种适用 于球铁轧辊 的保温 冒 口 ， 由铝型膨胀发热剂和 绝热套两部份组成 ， 同球铁轧辊原 冒 口 工艺 作为对照 ， 进 行了发热 剂和绝热 材料 的物理性 一 九八三年五 月通 过鉴 定 。 参加 实验的 有 乐 山冶金机械 轧辊厂 胡梓清 、 赵桂安 、 苏 富 银 、 袁其文 、 李祥 瑞 、 马 晓丽 、 戴 如军， 长春 有 色合 金厂 张均 、 王化新 ， 北 京钢铁学院吴春京 、 张宁 、 孙维纲 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1983．04．003

能和热物理性能测试对比和对大、中型轧辊（毛重在5吨以上）进行了保温冒口和普通胃 口的补缩效果对比实验。先后对260支，约1600吨大、中、小型轧辊试用了保温冒口。本 文仅就其中在工艺上比较典型的大、中型轧辊讨论如下： 一、保温材料及其热物理性能 1、发热剂 发热剂选择原则要考虑点火时间、发出热量、最高发热温度、体积膨胀倍数。铅型发 热剂和硅型发热剂的组成及热物理性能如表1所示： 点火时间视件大小不同，铸件大、点火时间长，铸件小、点火时间短。铝型发热剂最 高发热温度比硅型和草灰高。发热剂膨胀倍数大于1.5，草灰不膨胀而收缩。 发热剂组成中硝酸钠和铁精矿粉配比分别为低温和高温点火材料，其配比控制点火时 间。酸化石墨燃烧后体积膨胀，起隔热作用。 表1 发热剂 组 威 % 点火时间（分 X Al0,70.31Si0213.01Fe,0,3.6Ca02.8y 1-2 铝 型· D C2.7,Mg0微量，均诚2.4 46 硅 型 硅铁粉（含S75)40,硝酸钠10，三氧化三铝42，酸化 石墨8 :`稠草灰（原工艺） 碳8.9 为燃烧产物的组成 2、绝热材料 绝热材料本着就地取材的原则选用，配比：耐火砖粒85%，树脂5%，纸渣10%。原 工艺用干砂型配比：石英砂15%，旧砂68%，粘土10%，膨润土2%，焦碳粒5%。 石英砂和耐火砖粒的粒度分布如表2所示： 3、保温材料的热特性测试方法 保湿材料的热物理性能应以导热系数来衡量，但由于在浇注条件下测定导热系数很困 难，本实验采用以电加热模拟铁水温度，测量通过保温材料热损失率的办法，来判定材料 表2 石英砂粒度分布% 筛 12 20 30 40 50 70 100 140 200 ·底盘 绝热板 0.20 0,12 0.38 1.24 74.24 9.86 10.32 2,18 1.10 0.22 干砂型 36.26 43.24 14.56 2.20 1,88 0,66 0.46 0.16 0.14 0.20 耐火传粒 2.89 46.20 18.00 8.90 15.00 4.79 3.18 0.41 0.14 0.06 的保温性能，测试装置为“JR-G2型浇注材料热特性测试仪”[5]，该装置由单向加热炉，控 制系统和记录仪表组成。测试装置示意图如图1所示，如图：碳硅板2的加热温度选定为 1200°C,以模拟轧辊冒口中的铁水温度，热电偶7测量发热、保温材料1的热面温度，热 24

能 和热物理性能测试对 比和对大 、 中型轧辊 毛 重在 吨 以上 进行了保温 冒口 和普通 冒 口 的补缩效果对比实验 。 先后对 支 ， 约 。 吨大 、 中 、 小型轧辊试用了保温 冒 口 。 本 文仅就其中在工艺上 比较典型 的大 、 中型轧辊讨论如下 一 、 保温材料及其热物理性能 、 发热荆 发热剂选择原则要考虑点火时间 、 发 出热量 、 最高发热温度 、 体积膨胀倍数 。 铝型 发 热剂和硅型 发热剂的组成及热物理性能如表 所示 点火时间视件大小不 同 ， 铸件大 、 点火时间长 ， 铸件小 、 点火时间短 。 铝型发热 剂最 高发热温度 比硅型 和草灰高 。 发热剂膨胀倍数大于 ， 草灰不膨胀而收缩 。 发热剂组成 中硝酸钠和铁精矿粉配 比分别为低温 和高温 点火材料 ， 其配 比控制点火时 间 。 酸化石 墨燃烧后体积膨胀 ， 起隔热作用 。 衰 发 热 剂 点 火 时 间 ‘分 、 ’ 稻草灰 原工艺 。 ， ， 。 ， 。 ， ， ， · 了， ‘ 微遭， 灼减， · ‘ 硅铁骊 否亏玉丁币诬石， 确醉钠功了豆氧花二福丽「酸花一 一 下一 石 墨 一 〕留生 一 为燃烧产物的组成 、 绝热材料 绝热材料本着就地取材的原 则选用 ， 配 比 耐火砖粒 ， 树脂 ， 纸渣 。 原 工艺用干砂型配 比 石英砂 ， 旧砂 ，粘土 ， 膨润土 ， 焦碳粒 。 石英砂和耐火砖粒的粒度 分布如表 所 示 、 保温材料的热特性测试方法 保温材料的热物理性能应 以导热系数来衡量 ， 但 由于在浇注条件下测定导热 系数很 困 难 ， 本实验采用 以 电加热模拟轶水温度 ， 测量通过保温材料热损失率的办法 ， 来判定材料 衰 石 英 砂 粒 度 分 布 筛 号 绝 热板 。 。 民 盘 。 干 砂型 。 。 。 耐火砖拉 。 。 ，。 。 … ‘ 。 · ， 。 · ‘ 一 少 一 少 。 琴 · ’ · … 一 卫竺 一 二些 。 ‘ ‘ 。 。 一 · 一 ︸邵︸ 卜卜卜 的保温性能 ， 测试装置为 ，’ 一 型浇注材料热特性测试仪” 〔 〕 ， 该装置 由单 向加热炉 ， 控 制系统和记录 仪表组成 。 测试装置 示意 图如 图 所示 ， 如图 碳硅板 的加热 温度选 定为 “ ， 以模拟轧辊 冒 口 中的铁水温度 ， 热电偶 测量发热 、 保温材料 的热面很 度， 热

图1单向电加热炉测试装置 1.发热保温材料 2,硅碳板 3、4,保温层 5.硅碳棒 6,测炉温的热电偶 7,测热面温度的热电偶 8,测冷而温度的热电偶 电偶8测量冷面温度。测保温材料时，制成23×23×3厘米的方板，测发热剂时，把1公斤 发热剂铺在23×23cm面积的槽中。被测材料与碳硅板的接触面积为S。用一台LD6-W自 动记录电功率测量炉子的电功率。通过被测材料散失的热流密度或热损失率g损表示为： q损=0.24Pa/s千卡/秒.厘米2 式中：P。一炉子电功率，千瓦 S一试样的散热面积，厘米2 测量出的q损随时间变化的曲线称为保温材料的热特性曲线。 4、保温材料的热物理性能测试结果 为了使保温材料的热物理性能具有可比性，在测试时，使发热剂与原工艺中的稻草灰 相对照，绝热材料与干砂型相对照。测试结果：发热剂的热面温度变化如图2所示，热特 性曲线如图3所示。 温度℃ 1600 D型 120C X型 409 30 60时时（分） 图？发热剂热面温度变化曲线 由图2可以看出，各种发热剂热面温度曲线上升部份表示发热剂放热，水平部份表示 发热剂的保温性能。稻草灰和硅型发热剂明显低于铝型发热剂，铝型发热剂中又以D型 发热剂最好。图3表示发热剂的热损失率变化，在起始阶段，曲线出现第一次上升表示发 热剂一开始是吸热的。第二阶段（约5分钟左右）曲线陡降，表示发热剂燃烧放热，热损 失率减小，这一阶段称为发热段，此时发热剂的温度高于铁水温度（1200°C),发热剂 向铁水（实验中为炉体）传热，因此，铁水温度不下降，够够发挥液态补缩作用。·发热 剂放热完毕后（约25分钟)，进入保温阶段，此阶段的热损失愈小，则保温性能愈好。： 从图3中可看出：D型发热剂发热量大，保温性能也好。稻草灰也有少量发热，但发热和 保温性能皆远低于铝型。表3是在实验中测定的各种发热剂的热物理性能。 25

卜》习一 ， 卜户 护，，， ， ，叫芭 绮，，，白尸， ，嵘，民夔咬叫 碳赶丝 不交苏夕 睽 图 单向电加热炉测试装 置 发热保温材料 。 硅碳板 、 保 温层 硅碳棒 测炉温 的热电偶 测热面 温 度的热 电 偶 测 冷面 温 度的热 电偶 电偶 测 量冷面 温度 。 测保温材料时 ， 制成 厘 米的方板 ， 测 发热剂时 ， 把 公斤 发热剂铺在 面 积 的槽 中 。 被测材 料与碳硅板的接触面 积 为 。 用一 台 一 自 动记录 电功率测量 炉子 的 电功率 。 通 过被测材料 散失 的热流密度或热损失率 损 表示 为 损 。 千卡 秒 · 厘米 式 中 。 － 炉子 电功率 ， 千瓦 － 试样的散热 面 积 ， 厘 米 “ 测 量 出的 损 随时间变化 的 曲线称为保温材料 的热特性 曲线 。 、 保温材料 的热物理性能 测试结果 为了使保温材料的热物理性能具有可 比性 ， 在测试 时 ， 使发热剂与原工 艺 中的稻草灰 相对照 ， 绝热材料 与干砂型相对照 。 测试 结果 发热剂的热面温度 变化如 图 所示 ， 热特 性 曲线如 图 所示 。 夕飞 、 、 型 了 一 一刃六丫 峨 门 ， 一 … 泣，’ 研 洲产 口召‘ 二 共 门 … 。户梦 一 、 竺尸气 二，月， 去 白 一 一 、 一 － 、 稻 攀灰 硅 型 一 一一 一 ‘ 一 图 发 热剂热面温度 变化 曲线 由图 可 以看 出 ， 各种发热剂热面 温度 曲线上升部份表示发热 剂放热 ， 水平部份表示 发热剂的保温性能 。 稻 草 灰和硅 型 发热 剂明显低 于铝型 发热剂 ， 铝型 发热 剂中又 以 型 发热 剂最好 。 图 表示 发热剂的热损失率变化 ， 在起始阶段 ， 曲线 出现第一 次上升 表示 发 热剂一开始是吸热 的 。 第二 阶段 约 分钟左右 曲线陡降 ， 表示 发热剂然烧放热 ， 热损 失率减小 ， 这一 阶段称为 发热段 ， 此 时发热剂的温度高于铁水温度 ， 发热荆 向铁水 实验 中为炉体 传热 ， 因此 ， 铁水温度不下 降 ， 够够 发 挥液态补缩作 用 。 ’ 发 热 剂放热完毕后 约 分钟 ， 进 入保温 阶段 ， 此 阶段 的热损失愈小 ， 则保温性妞 愈 好 。 从 图 中可看出 型发热剂发热量 大 ， 保温性能也好 。 稻草灰也有少 量发热 ， 但发热和 保温性能皆远低于铝型 。 表 是在实验中侧定的各种发热剂的热物理性能 。 招奋

卡/黑米"出 0.7 草灰 0. 0.2 15 30 15 时（分 0. =0. 图3发热剂的热特性曲线 豪3 体，积密度 最高发热温度 保温阶殷热损失率 发热材料 代号 克/厘米· C 燃烧后能张倍数 (q损)卡/厘米：秒 稻草灰 0.396 1008 -0.17 0.327 铝型发 X 0.756 1580 1.5 0.081 热 剂 D 0.786 1850 1.5 0.014 硅 型 Si 1.890 1075 2.2 0.122 从表3可看出，稻草灰和硅型发热剂的最高发热温度皆低于球铁铁水的共晶凝固温度 (约1150°C),说明它们保持铁水液态补缩能力较差，而在保温段的热损失率远高于铝 型，保温性能也不佳，但硅型发热剂体积膨胀大，而草灰燃烧后是收缩的，因此，硅型 发热剂的保温性能仍高于稻草灰。 绝热材料的热特性曲线如图4所示。 图4中，在5分钟之前，热损失率增加表示绝热材料是吸热的，在25分钟以后，q损稳 定，此时，q损值愈高则保温性能愈差。从图中可看出干砂型的保温性能劣于绝热材料。 它们的热物理性能测试结果如表4所示。 由表4可看出，绝热材料的q损比干砂型小，保温性能好。而且绝热材料的保温性能主 要与它的容重（体积密度）有关。因而与纸渣的加入量有关。根据就地取材的办法，决定 以耐火砖粒为骨干材料，纸渣为纡维材料，酚醛树脂为粘结剂制做轧辊冒口的绝热套。根 据现场条件绝热套采用湿法成型，在特制模具（如图5）中压制成整体绝热套，在温度为 28

曰 曰门曰日曰 日日曰日曰 八 厂刃日 曰曰 曰门口厂 厂刃冈 曰门门门门 阴爪 苹灰 了不 一 ’ … 才 二 」犷 四网图 、 …二 口 「一一 「 一刀 一一门口 甲尸 叫 「一一阵下叫厂一司 广一 ’ 一甲曰厂一门「节 卜 曰曰 一一 ， 叹 一广 一尸 丫一 州 一 州 一 州 〔二〕泣二里巨 巨二巨二 口二 甲一弓口下一…夕花竺二二 一 一 丫一 二，一 一一州卜一 甲 了甲州 一一甲 一一， 甲 一，「一 一尸 干州汀川 一 ， ， 叫护口月 ，口一二 口 ，产 叫户 叫，， 一 ， 叫 巨二巨二『勺『二口门屁 尸 ， 一 广一气尸勺份犷广一门尸甲尸 院州尸 一广一 一节广州渝叫片下 间《分 又 牙 了丁 口 礼 日日 囚 门 「 汽产 口曰图曰 口 曰 门曰 灭 丁 夕 曰 日口口 曰日门 门门门门口曰口 口 门门门 门 曰 一 … 图 发热剂的热特性曲线 发 热 材 料 代 号 休 积 密 度 克 厘米 最高发热温度 燃烧后膨胀倍数 保退阶段鹅拥失率 润》 卡 厘米 种 稻 草 灰 。 马 一 。 。 铂 型 发 。 。 。 热 荆 。 了 。 。 硅 型 。 了 。 。 从表 可看出 ， 稻草灰和硅型 发热剂的最高发热温度 皆低于球铁铁水的共 晶凝 固温度 约 。 。 ， 说 明它们保持铁水液态 补缩能力较差 ， 而在保温段的热损失 率 远 高 于 铝 型 ， 保温性能也不佳 ， 但硅型发热剂体积膨胀大 ， 而 草灰燃烧后 是收缩 的 ， 因此 ， 硅 型 发热剂的保温性能仍高于稻草灰 。 绝热材料的热特性曲线如图 所示 。 图 中 ， 在 分钟之前 ，热损失率增加 表示绝 热材料是 吸热 的 ，在 分钟 以后 ， 损 德 定 ， 此时 ， 损值愈 高则保温性能愈差 。 从 图 中可 看 出干 砂型的保温性能劣于绝热 材 料 。 它们的热物理性能测试 结果如表 所示 。 由表 可看出 ， 绝热材料的 损 比 千砂型小 ， 保温性能好 。 而 且绝热材料的保温性能主 要与它的容重 体积密度 有关 。 因而与纸渣 的加入量有关 。 根据就地取材的办法 ， 决定 以耐火砖粒为骨 干材料 ， 纸渣为纤维材料 ， 酚醛树脂为粘结剂制做轧辊 冒口 的绝热套 。 根 据现场条件绝热套采用湿法成型， 在特制模具 如图 中压制成整体绝热套 ， 在握 度 为 幼

0.5 下动型 20 30 40 时间（分） 剧4绝热板的热特性曲线 表4 容重 燃烧后失重 保湿段热损失率q损 材 料 克/刚米 % 卡/厘米*秒 干砂型 1.544 5.1 0.449 绝热板 0,981 12.08 0.264 140~200°C经10~12小时烘干脱模，使用时装在轧辊冒口上部，示意如图6。 如图6，保温套的高度H和直径D取H/D=1.2。厚度为r2-r1=30毫米。 图5绝热套模具 图6绝热套安装 ,1一底座2一外套 1一绝热套2一砂型 8一压头4一内套 3一冒口箱4一上辊颈 27

叮 幼 卡 曰米 秒 ‘、、 、 、 、 、 厅 千砂熨 、 、 一 一 一 绝 热 板 、 上一一一一一 一 时一问 分 图 绝热板的热特性曲线 衰 材 料 容 重 克 厘米 吕 燃 烧 后 失 重 保温段热损失率 损 卡 厘米 秒 干 砂 型 一一 ‘ “ 经 小时烘 干脱模 ， 使用时装在轧辊 冒 口 上部 ， 示 意如 图 如图 ， 保温套的高度 和直径 取 。 厚 度 为 一 毫米 。 尸 一 ‘ 、 、委 ，叮 羹 长翔万 工 、 受戮、 、 、 合 繁 阵 ， 少共「 一 图 绝热套模具 图 绝热套安装 底座 一压头 一外套 一 内套 一绝热套 一 冒 口 箱 一砂型 一上辊颈