厚大断面球墨铸铁托轮的生产实践

度，获得了无缺陷、组织良好、力学性能优异的托轮铸件。关键词：厚大断面；球墨铸铁；数值模拟；铸造工艺；生产实践托轮是回转窑的关键零件，在水泥和冶金矿山机械中得到广泛应用。由于工作 时托轮承受巨大的交变压应力和数百吨的载荷，工作环境非常恶劣，因此其质量要

求极为严格川。目前，国内外使用的托轮材质通常为铸钢，与球墨铸铁相比，铸钢的 强度较高、冲击韧性较好，但其减震性、耐磨性、缺口敏感性等性能较差。由于球

墨铸铁各项性能指标接近于铸钢，且成形性好、成本低廉，以铁代钢具有成本低、 生产周期短等优势，成为制造托轮的重要发展方向。本实验中的托轮属于厚大断面球铁铸件。早在20世纪70年代，国际铸造技术委

员会已把厚大断面球墨铸铁列为当时的铸造关键技术问题之一0。经过几十年的发 展，虽然厚大断面球铁基础理论和实践上都取得了许多重要进展，但其组织和性能 控制仍是厚大断面球铁件研究与生产中的关键问题⑷。1铸件技术要求托轮最大外径I 300 mm、高760 mm ,最大壁厚415 mm ,毛重7.5 t,材质 QT700—2,结构如图I所示。铸件质量按GB/T 1348-2009《球墨铸铁件》规走验收，铸件球化等级依据

作者简介：岳建国（1985-），男，工 程师，学士，主要从事耐 磨材料及球墨铸铁铸造 工艺设计工作。E-mail:

yuejianguo 1985@ 163.com

GB/T 9441—2009《球墨铸铁金相检验》达到3级；铸件需进行超声波探伤，超声检

测依据EN12680-3-2011标准,全部达到3级；着色检测依据EN1371-1-2011标准，全

部达到3级。探伤部位为所有加工表面。2铸件工艺分析由于该托轮断面厚大，凝固时间长，壁厚中心及热节处石墨形态易恶化，易产

通讯作者：沈 闯，男，高级工程师， 硕士。E-mail: shenchuang 07@163.com生缩孔、缩松缺陷。铸件材质为QT700-2,基体组织主要为珠光体，强度要求高。 铸件要求超声波探伤及着色探伤，生产制造难度极大。为生产出合格的铸件，采用ProCAST模拟软件对球铁托轮的凝固过程及温度场 进行数值模拟，预测缺陷可能出现的部位并采取相应改进措施。中图分类号：TGI72文献标识码：B文章编号：1001 -4977 （2020）02-0209-033铸造及熔炼工艺设计3.1铸造工艺设计浇注系统采用底注式，并采用挡渣装置进行挡渣。顶部使用保温冒口，冒口圆 周均布，交错摆放，保证铸件得到均匀补缩。冷铁设置于托轮内外圆，调整其厚度

收稿日期：2019-02-14收到初稿，2019-03-13收到修订稿。保证铸件均衡凝固，避免铸件产生缩孔缩松缺陷。托轮原工艺方案如图2所示，原工FOUNDRY 工艺技术艺方案的数值模拟结果如图3所示。根据图3的模拟结 果，铸件本体显示有缩松缩孔缺陷。为了消除这些铸

造缺陷，加大了外圆中层冷铁的直径，以增强冷铁激 冷效果，而且内圆顶部增加补贴，增大了补缩通道。

改进后的工艺方案如图4所示。改进工艺后的数值模拟结果如图5所示，缩松缩孔 主要集中于冒口内部，铸件本体则无任何缺陷显示。上述结果表明，冷铁的合理设置可以加快铸件冷

却速度，而且冷铁与冒口的合理搭配可以改善补缩效 果，大大降低铸件出现缩孔缩松缺陷的几率。3.2熔炼工艺设计托轮的化学成分要求如表1所示。按计算得出的配 比加入优质生铁、纯净的废钢，送电熔化，升温至一定 温度取样、进行炉前成分分析，根据分析结果调整铁

液成分到目标范围内。铁液升温至1 500 t过热适当时

间。球化前铁液的温度应控制在1 350-1 380七之间。

孕育剂总量根据含硅量确定，孕育以接近浇注为原 则，以便增加石墨球数，提高球化级别。球化处理采

用喂线法处理工艺，球化剂加入量准确易控制，同时 可有效提高铸件综合力学性能W 浇注温度为1 330~ 1 360 T,应尽可能缩短球化后至浇注前的停留时间，

同时浇注后及时对冒口进行维护。图1托轮结构图Fig. 1 3D Roller structure diagram图2托轮原工艺方案Fig. 2 The original casting process of rollerVol.69 No.2 20204铸件质量检测对托轮铸件进行粗加工后，进行超声波探伤和着

色探伤，未发现超标缺陷。铸件粗加工后如图6所示。图3原工艺方案数值模拟结果Fig. 3 Simulation results of original casting process图4托轮改进后的工艺方案Fig. 4 The improved casting process表1托轮的化学成分要求Table 1 Chemical composition requirements of roller /%C

Si Mn S P Mg RE3.2-3.6 I.6-2.0 0.5-0.6 <0.05 <0.02 0.04 - 0.06 0.01 -0.03图5改进工艺后数值模拟结果Fig. 5 Simulation results of improved casting process图6托轮铸件Fig. 6 Rough machined roller casting2020年第2期/第69卷工艺技术 FOUNDRY为测试力学性能，浇注了附铸试块，厚度为

70 mm。从附铸试样上取样进行力学性能检测，完全

表2托轮试块的力学性能满足技术要求。力学性能如表2所示，表中所有数值为

3个试样的平均值。Table 2 The mechanical properties of cast・on sample屈服强度/MPa抗拉强度/MPa伸氏率/%硬度HBW备注冃标值从附铸试样上取样进行组织分析，球化率90%, 石墨大小5 ~ 6级，基体组织主要为珠光体。金相组织

>380>650753> 1 3

225 ~ 305附铸实测值494257附铸如图7所示。(a )试样未腐蚀

图7托轮试块金相组织(b)试样腐蚀后Fig. 7 Microstructure of cast-on sample5结束语通过数值模拟优化铸造工艺方案，选用优质原辅材料，喂线法球化处理、强化孕育处理等一系列工艺措施，获

得了完全满足客户要求的托轮球铁铸件。参考文献：— 2 3 4-

孙鑫志.王话.孙爰新.等•大型回转窑托轮铸造工艺的改进[J].铸造.2016, 65 ( 6 ) ： 577-579.刁晓刚•厚大断面球铁石墨析岀行为及其铸件的物理模拟研究[D].黑龙江：哈尔滨工业大学.2010.张铁军.杨静.李培杰•喂线法孕育在铸铁中的应用[J].铸造，2005. 54 ( 6 ) ： 587-590.姚成方，李明,张行河,等•冲入法与喂线法球化处理工艺对比[J].现代铸铁,2011 (4) ： 29-31.Production Practice of Heavy Section Ductile Iron RollerYUE Jian-guo, YUE Wei-guo, SHEN Chuang, DIAO Xiao-gang, WANG Ting-yong, WEI Wei(CITIC HIC Heavy Cast-lron Metal Foundry Co., Ltd., Luoyang 471003, Henan, China)Abstract:This article introduces the casting process and production practice of heavy section ductile iron roller. In the process of casting process design. numerical simulation software ProCAST was used to predict the casting defects, and based on the simulation results, the layout of risers and chills was adjusted. By using high quality pig iron and pure scrap steel, and adopting reasonable spheroidizing temperature and pouring temperature, high quality roller castings with sound microstructure and excellent mechanical properties have been obtained.Key words:heavy section; ductile iron; numerical simulation; casting process; production practice(编辑：刘冬梅，ldm@fbundry\\\\x)rld.com )