森吉米尔轧机是高精度轧制核心设备之一，主要用来轧制不锈钢冷轧薄带，由机架、辊系、辊箱、压下装置以及驱动装置等部分组成，其中机架内腔呈梅花状又称梅花机架，机架独特的结构设计确保了轧制力呈放射状作用于机架的各个断面，为工作辊在整个长度方向上提供稳定的支撑，在森吉米尔轧机中起着至关重要的作用。新乡市长城铸钢有限公司生产的1450mm 二十辊轧机机架主要轮廓尺寸为2575mm×2440mm×2380mm，尺寸较大，壁厚较厚质量要求严格，结构如图1 所示。 1 铸件材质、结构及探伤要求
1.1 化学成分及机械性能 1.2 质量检验要求
1.2.1 铸造尺寸公差符合JB/T5000.6-2007 标准CT13 级执行。
1.2.2 对该机架进行超声波探伤，100mm 范围内探伤等级不大JB/T5000.14-2007 中规定的2 级，大于100mm 范围内探伤等级不大于JB/T5000.14-2007 规定的3 级见图2。工件加工面着色按二级，精加工到1mm 对梅花孔进行磁粉探伤，不得有裂纹、疏松、气孔、砂眼等影响强度及外观的缺陷。 1.2.3 附属要求：型腔内不能放内冷铁
1.3 机架结构及工艺难点
1.3.1 机架结构厚大，热节集中在四角处比较分散，同时重量较重砂芯比较集中不易散热，易粘砂和产生缩孔、缩松缺陷。
1.3.2 两侧进出料位置，从外呈锥形向梅花孔内逐渐减小，在内部最窄端极易形成铁包砂，后续铁包砂缺陷处理不当有崩裂风险。
1.3.3 梅花孔要求较高几乎零缺陷。

2 铸造工艺方案
2.1 分型面的选择及模型方案
根据机架结构，梅花孔面向上，锥形三角孔位于两侧，从铸件上下中心位置分型，模型外型采用1/2 实样，上下箱实样共用，活块不同处做活，拔模斜度1:50，梅花孔与两侧三角锥形做成芯盒，芯头实样外型模型带出。
2.2 冒口设计
传统制作基本都是放两个冒口，考虑到铸件较重约72 吨，热节比较大（φ900）设计依据厚大件采用冒口集中补缩的原则设计一个冒口，置于梅花孔正上方，同时冒口下设置补缩通道（通道的厚度必须≥最大热节）以满足各个热节的补缩需求，冒口置于梅花孔正上方还能避免冒口因缩孔、缩松对机架产生的潜在质量风险。根据solidworks 三维建模计算出铸件最大处模数，同一体积的下球形冒口补缩效率最大，是理想的冒口形状，考虑到型腔内抽砂及排气，并且铸件外型接近于正方形，选择仅次于球形的圆柱形冒口加覆盖剂的冒口设计方式，通过模数计算选择φ1500 的保温冒口。
2.3 浇注系统设计
对于大型铸钢件，为了保持充型平稳，充型后上部金属液温度高于下部，利于顺序凝固和冒口补缩，铸件组织致密，避免缩孔、缩松等铸造缺陷一般优先选用阶梯式浇注系统。本机架采用阶梯式开放浇注系统，每层内浇口8 处分布，选用φ80 高铝质耐火浇道管，为保持充型平稳第一层内浇口从底部进入，上层从两侧面进入，横浇道选用φ100 耐火浇道管上下2 层，直浇道选用φ120 耐火浇道管，冒口中间一道φ100 耐火浇道管用于后期专用点浇冒口。
2.4 其它工艺参数
由于铸件模型带有一定的拔模斜度，加工余量选择外型单边20mm。上下面单边25mm，梅花孔要求较严单边30mm，铸件较厚大故选择缩尺2.2％，浇注温度1540-1550℃，下箱摆放300×300 外冷铁制造人为补缩末端。 2.5 采用凝固模拟分析
长城铸钢通过solidworks 三维软件建模，用MAGMA 软件进行仿真模拟，模拟结果可以看出本体内并无质量缺陷，缩孔缩松集中在冒口内与冒口下补贴还有一定的安全距离。 3 铸造生产实践
3.1 造型与浇注
铸件采用地坑造型，地坑采用硬砂床，底部埋入带排孔钢管缠草绳排气，考虑到铸件厚大，铸件表面采用铬铁矿砂包裹厚度＞10mm，其余主体用水玻璃石英砂。为了避免两侧锥形三角芯后续产生铁包砂缺陷，按图5 进行型砂填充，尖角部位铬矿砂≥100mm，并撞制紧实。型腔与砂芯表面刷锆英粉醇基涂料三遍，合箱后压压铁90t 并背死防止抬箱，钢水总量109 吨，采用2 包同时浇注，第一次浇注冒口上升铸件最高点300mm 后加入覆盖剂，冒口距离铸件800mm 第一次浇注结束，安排人员负责出气道的点火引气，同时二次冶炼，二次冶炼的钢水成分可采用ZG230-450,温度尽量高，从冒口专用冒口浇口点浇。浇注结束后冒口加足量覆盖剂，并不断用木棒捣冒口，防止冒口顶部产生真空，提高补缩效率。 3.2 清理与热处理
机架保温8 天后开始拆箱，利用冒口余温进行冒口预割处理，冒口预留高度≥200mm，气割后冒口停放＞24 小时，转运铸件清除铸件表面及内孔型砂，浇口等多余附属物（有铁包砂缺陷需后续带温处理）。将铸件整体进炉热处理升温速度＜80℃/h 升温至910±10℃，保温28 小时出炉空冷，待铸件冷至300℃开始切割预留冒口及内部梅花孔补贴，切割过程中间不得停顿，切割完成后立即进炉回火，回火温度610±10℃，保温24 小时待炉内小于300℃出炉空冷。
3.3 生产验证
按照以上方案生产出的机架本体成分及性能如下表所示 经检测机架表面无粘砂，内部无铁包砂，粗加工后经用户超声检测完全符合图纸要求，化学成分与性能满足要求，整体质量得到客户的高度认可，后续生产此类森吉米尔轧机几十件无重大质量问题，为公司发展奠定基础。
4 结论
1）采用集中补缩设计冒口及结合MAGMA 软件模拟能够有效保证厚大件内部组织，有效保证了铸件的探伤质量。
2）合理的运用砂种能够有效的规避厚大件粘砂及不易铸造孔的铁包砂缺陷。
3）利用工序温度切割冒口，能够节约成本又能避免大冒口切割带来的裂纹风险。
4）为后续生产类似森吉米尔机架产品提供了宝贵经验。 新乡市长城铸钢有限公司单件铸造能力可达350吨，年铸造能力10万吨，作为大型铸钢企业，拥有丰富的二十辊轧机机架铸造加工经验，对于有此类需求的朋友，可以随时联系我们，提供免费报价。