CN102747315B - 一种基于铝热反应的高温钢液喷射沉积轧辊修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于铝热反应的钢液喷射沉积修复轧辊的技术，本发明将铝热反应和喷射沉积技术结合，利用铝热反应产出的合金液体，采用喷射沉积工艺直接沉积在待修复的轧辊表面，通过调整气液比和沉积高度，使初始沉积层在轧辊表面重熔，从而形成与轧辊冶金结合的高合金沉积层。利用本发明修复轧辊提高了轧辊的耐磨性能，延长了轧辊的使用寿命，大大降低了轧钢业的生产成本。

Description

一种基于铝热反应的高温钢液喷射沉积轧辊修复方法
技术领域
本发明涉及一种轧辊的修复方法，尤其涉及一种基于铝热反应的高温钢液喷射沉积轧辊修复方法。
背景技术
轧辊作为轧钢工业的重要工具，是轧钢设备的最主要消耗部件，随着产钢量的增加，轧辊消耗量迅速增加。我国大型钢铁企业轧辊损耗率约为0.8-1.1千克/吨，而大量民营企业中窄带及中宽带单机架轧机轧辊消耗量为1-2千克/吨，如冷轧工作辊按1.2千克/吨钢产量计算轧辊损耗，2010年仅冷轧板需消耗轧辊6.4万吨。为了适应薄板带增长，锻钢轧辊每年需要量将以大于20%的速度增长。随着近年来对钢材质量要求的提高，轧制过程的强化，难变形金属及合金钢轧制的增加，轧辊的服役条件越来越残酷，轧辊的损耗也同时加剧。鉴于轧辊消耗量大，大型轧辊价格昂贵，如何修复受损或报废轧辊，并同时提高轧辊的质量（如耐磨性、耐急冷急热工作环境性能、加工性能、硬度和强度等）是提高轧辊使用寿命，降低钢材生产成本的关键。因此，轧辊的修复长期以来受到轧钢行业以及有色金属加工行业的高度关注。
轧辊的损耗或失效形式主要是磨损，目前修复轧辊的技术有堆焊、热喷涂、热喷焊等。堆焊修复技术工艺复杂，生产率低，硬度不太高，轧辊在堆焊时容易产生裂缝、夹渣、焊瘤和脱落；热喷涂修复技术的缺点是涂层与基材结合强度较低（25MPa～80MPa），因其结合机理主要是机械结合，所以涂层存在孔隙和残余应力，韧性差，切削加工性较差等问题；热喷焊修复技术的缺点是热喷焊材料必须与基材相匹配，喷焊材料和基材范围比热喷涂窄得多，且热喷焊工艺中基材的变形比热喷涂大得多。
由上述得知，修复轧辊技术的关键在于，能产生成分与厚度可控、达到一定的硬度和耐蚀耐磨性能的修复层，且该修复层与轧辊基体具有良好的冶金结合，以大大提高轧辊的使用寿命，从而大幅度地降低轧钢业的生产成本。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于铝热反应的高温钢液喷射沉积轧辊修复方法。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：一种基于铝热反应的高温钢液喷射沉积轧辊修复方法，其特征在于：将铝热反应和喷射沉积技术结合，利用铝热反应产出的合金液体，采用喷射沉积工艺直接沉积在待修复的轧辊表面，通过调整气液比和沉积高度，使初始沉积层在轧辊表面重熔，从而形成与轧辊冶金结合的高合金沉积层。
本发明所述的一种基于铝热反应的高温钢液喷射沉积轧辊修复方法，其特征在于：所述的铝热反应中使用的铝热剂为铝和三氧化二铁的混合物。
本发明所述的一种基于铝热反应的高温钢液喷射沉积轧辊修复方法，所述的铝热反应添加按照一定比例配制的高熔点或强碳化物形成的元素，使得从铝热反应中获得的高温钢液成分和待修复轧辊表面成分一致。
本发明所述的一种基于铝热反应的高温钢液喷射沉积轧辊修复方法，其特征在于：采用横向移动喷射沉积装置，轧辊（5）以30～60r/min旋转，滑板（6）移动速率为5～30mm/s，钢液液流直径为5～8mm，喷嘴至轧辊表面高度即雾化高度为80～200mm，雾化氮气的压力为0.8～1.4MPa。
本发明所述的高熔点或强碳化物形成的元素为C、Cr、Ni、Mo。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明在保持沉积层组织致密、晶粒细小、力学性能优异的同时，使得沉积层界面冶金结合良好，结合层抗拉强度提高，且本发明工艺过程简单，且沉积层成分和厚度可控。
附图说明
图1是本发明轧辊修复技术的原理示意图；
图2是本发明喷射沉积实验沉积层的金相照片；
其中：1.减速机，2.传动链条，3.齿轮盘，4.夹具，5.轧辊，6.滑板，7.雾化喷枪，8.坩埚，9.铝热剂，10.陶瓷过滤层，11.导液管，12.氮气，13.雾化锥，14.滚轮，15.沉积层，16.收尘出口，17.雾化室，18.扫描方向。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
图1中，电机通过减速机1和传动链条2驱动齿轮盘3转动，齿轮盘经过夹具4带动轧辊5沿轴旋转。混有合金元素的铝热剂9置于坩埚8中，铝热剂被燃烧的镁带点燃后发生铝热反应，反应产生的高温高合金钢液通过陶瓷过滤层10，过滤掉铝热反应的副产品氧化物浮渣，液流经导液管11导至雾化器喷枪7，最终与通过雾化喷枪7的高压氮气12在雾化焦点相汇并充分雾化，同时形成雾化液流13，雾化后的高温合金钢液在轧辊表面形成沉积层15。坩埚8和喷枪7安装在滑板6上，滑板6在滚轮14上通过曲柄连杆带动，使坩埚和喷枪在扫描方向18上横向扫描，雾化室17中尘埃和氮气通过收尘出口16收集。
图2所示为样品的金相照片。以模拟铬钼球墨普通铸铁轧辊为实施对象，对相同成分的板材进行喷射沉积实验。利用图1所示的喷射沉积装置进行试验，其实验步骤如下：1.先向坩埚8中加入质量比为3:1的Fe2O3与Al的市售铁铝热剂4Kg，再向其中添加5%的-200目铬粉、2%的-200目镍粉、0.03%的-325目石墨粉、0.3%的-200目钼粉和钒粉，然后混合均匀；2.向雾化喷枪7通入氮气，雾化压力为1.0MPa，再用镁带点燃铝热剂；3.待反应完全后，钢液液流直径为5mm，滑板6沿轧辊轴向移动，横向移动速率为10mm/s，喷嘴至轧辊表面高度即雾化高度为100mm。
实验结束后，在钢板中部沉积层与基体结合部位取样，进行检测。样品的洛氏硬度为68HRC。
以上结合附图对本发明的实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，任何在本发明权利要求上的改动都是本发明的保护范围，且发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.一种基于铝热反应的高温钢液喷射沉积轧辊修复方法，其特征在于：将铝热反应和喷射沉积技术结合，利用铝热反应产出的合金液体，采用喷射沉积工艺直接沉积在待修复的轧辊表面，通过调整气液比和沉积高度，使初始沉积层在轧辊表面重熔，从而形成与轧辊冶金结合的高合金沉积层；
所述喷射沉积工艺过程中，采用横向移动喷射沉积装置，反应产生的高温高合金钢液先通过喷射沉积装置的陶瓷过滤层（10），过滤掉铝热反应的副产品氧化物浮渣，液流经导液管（11）导至雾化器喷枪（7），最终与通过雾化喷枪（7）的高压氮气（12）在雾化焦点相汇并充分雾化，同时形成雾化液流（13），雾化后的高温合金钢液在轧辊表面形成沉积层（15），轧辊（5）以30～60r/min旋转，喷射沉积装置的滑板（6）移动速率为5～30mm/s，钢液液流直径为5～8mm，喷嘴至轧辊表面高度即雾化高度为80～200mm，雾化氮气的压力为0.8～1.4MPa；所述的铝热反应添加按照一定比例配制的高熔点或强碳化物形成的元素，使得从铝热反应中获得的高温钢液成分和待修复轧辊表面成分一致。
2.根据权利要求1所述的一种基于铝热反应的高温钢液喷射沉积轧辊修复方法，其特征在于：所述的铝热反应中使用的铝热剂为铝和三氧化二铁的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种基于铝热反应的高温钢液喷射沉积轧辊修复方法，其特征在于：所述高熔点或强碳化物形成的元素为C、Cr、Ni、Mo。
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