CN1059365C - 一种复合轧辊的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于轧辊的制造方法领域。其特征是在一种电渣熔铸装置上，采用电渣熔铸方法制造复合轧辊。以预先制造好的辊芯为电渣熔铸的内结晶器，以需复合的轧辊外套层材料为电渣熔铸的自耗电极。外结晶器的内径等于需复合的复合轧辊的外径；在电渣熔铸装置中，含有连体双U型坩埚、附加磁场和辊芯包覆环。在实施熔铸时，可以抽拉辊芯下头部及其包覆环不断向下移动，即复合轧辊的长度是可变化的。

Description

一种复合轧辊的制造方法

本发明属于轧辊的制造方法领域。主要适用于制造复合轧辊。

各种轧机在工作时，几乎所有轧辊都要经受激冷激热、冲击和磨损等恶劣的工作条件，为此，对轧辊材质的性能也有着特殊的要求：要求轧辊芯部具有良好的韧性，耐冲击；要求表面有高的硬度，耐磨损，抗激冷激热性好。为了达到上述要求，国际上通常采用复合法制造轧辊，如堆焊法和离心复合法。

通常，堆焊法就是在成形的轧辊表面堆焊一层耐热耐磨金属，经相应的退火后即成。该方法效率低，生产周期长，另外，不是所有轧辊都能采用堆焊，如冷轧辊就不能进行堆焊。

现有的轧辊制造方法大部分采用离心复合法。离心复合法又有两种方式：<一>首先采用离心法制造一个轧辊外套，即内空的筒体，然后将此外套与辊芯一并离心复合而成；<二>轧辊外套与辊芯同时离心复合而成，先离心浇铸外套，未等凝固完即刻浇铸辊芯。

第<一>种离心复合法增加了先制造外套的工序，并且在与辊芯复合时，外套必须先加热到一定温度，否则，不易与辊芯复合，另外，在浇铸辊芯时，钢水中的氧化物和耐火材料容易在外套的内表面聚集，在随后的离心作用下，冷却较快，不易上浮，造成界面夹杂物多。另外，浇铸温度不易控制：温度过高，则过度层太宽，容易产生大的内应力，影响轧辊寿命；温度过低，有可能复合不好。

第<二>种离心复合法在浇铸外套后，必须加入低熔点氧化物保护渣，随后浇铸辊芯，这种氧化物只能在辊的端部浮出，但是离心力在辊芯直径为50mm左右处为死区，没有离心力，因此，上浮到端部的可能性很小，易造成辊芯部分区域大量夹杂。

此外，离心复合法所获得的粗大柱状晶粒为径向取向，与裂纹的传播方向一致，因而降低了疲劳寿命(《电渣熔铸》，1983年，机械工业出版社，(苏)巴顿著，唐朝瑛等译)。

日本专利JP昭61-238407公开了一种复合轧辊的制造方法，该方法采用电渣熔铸工艺，且电渣熔铸在电渣熔铸装置上进行，以预先制造好的辊芯为电渣熔铸的内结晶器，以需复合的外套层材料制成电渣熔铸的自耗电极，自耗电极可为1根或两根以上，另外，熔融金属池的内径等于复合轧辊的外径。根据该方法可以获得其长度与外结晶器的高度一致的复合轧辊。但该方法仍在存在如下不足之处：

(1)该方法采用固定式结晶器，在复合过程中，复合轧辊的高度是由水冷外结晶器的高度来决定的，一种结晶器只能生产一个规格的复合轧辊，而且复合轧辊的长度也受限制，只能生产较短的复合轧辊。

(2)该方法的熔铸复合是在由外结晶器与辊芯组成的直筒式环形空间中进行，是直筒式的熔炼与结晶为一体结晶器。因此，熔炼空间小，电极又必须插入此空间，自耗电极与结晶器内壁应留有一定距离，距离太小，易打弧，造成事故，而且，电极的垂直度也要求很高，否则，电极与结晶器壁接触造成事故，所以该方法的结构和操作都较复杂易，易出现事故，其次，复合轧辊的外套层厚度受到限制，复合层厚可以，但不能薄，否则电极插不下去，且更易出事故，再次，由于熔炼空间小，加渣量受到限制，实际上，电渣熔铸速度与渣量有关，电渣的数量及性能至关重要，渣少则熔炼不稳定，熔炼速度也慢，另外，电渣还起到加热辊芯的作用，该方法由于渣量小，渣的温度不高，加热辊芯受到限制，这也影响最终复合轧辊的质量。

本发明的目的在于提供一种复合性能优异的，而且在外结晶器一定的情况下，复合轧辊长度可随辊芯长度变化的复合轧辊的制造方法。

根据上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明复合轧辊的制造方法，采用电渣熔铸工艺，且电渣熔铸在电渣熔铸装置上进行，以预先制造好的辊芯为电渣熔铸的内结晶器，以需复合的轧辊外套层材料制成电渣熔铸的自耗电极，外结晶器的内径等于复合轧辊的外径，自耗电极可为1根或两根以上。

在电渣熔炼装置中含有连体双U型坩埚、附加磁场和辊芯包覆环；连体双U型坩埚底部的金属液出口与外结晶器相连相通，且金属液出口直径与外结晶器的内径相等，附加磁场设在辊芯的上方，包覆环套在辊芯的下头部；

实施熔铸时当金属液漫过连体双U型坩埚的内U型墙流入外结晶器中，并开始凝固时，抽拉辊芯下头部及其包覆环，使之随着复合轧辊外套层的不断凝固，辊芯不断向下移动，直至辊芯的上头部与外结晶器的上口相平，即完成复合轧辊的制造过程。

本发明所实施的电渣熔铸为电渣转铸工艺，熔炼在连体U型坩埚的U型空间进行，复合结晶在外结晶器中进行。

包覆环的外径等于需复合轧辊的外径。

现根据附图对本发明作进一步说明。

附图1为本发明用于制造复合轧辊的电渣熔铸装置的结构示意图。

图中，1为辊芯，也为内结晶器，2为渣液，3为自耗电极，4为连体U型坩埚，5为外结晶器，6为复合轧辊的外套层，7为金属液，8为液位探头，9为附加磁场，10为辊芯包覆环。

连体双U型坩埚4的金属液出口与外结晶器5相连相通，附加磁场设在辊芯1为上方，包覆环10套装在辊芯(1)的下头部。由图看出，本发明的自耗电极熔炼是在连体双U型坩埚的U型空间中进行，轧辊复合结晶是在外结晶器中进行，即熔炼与结晶是分体进行的，实施的是电渣转铸工艺。

本发明采用电渣熔铸方法制造复合轧辊的工序过程如下：

[1]、根据复合轧辊的工作条件和使用性能要求设计复合轧辊的辊芯1和外套层6的直径，并选定辊芯1和外套层6的材料。

[2]、将选定的辊芯材料和外套层材料分别制成辊芯1和自耗电极3。

[3]、根据所需制造的复合轧辊的外径，选择内径相应的外结晶器5和金属液出口直径相应的连体双U型坩埚4，并装配在一起。

[4]、将辊芯1的下头部套上包覆环10。

[5]、将自耗电极3和辊芯1分别装好在电渣重熔装置适当的位置上。将热渣料置于坩埚4中。

[6]、启动电源；实施自耗电极的熔化。

当熔化的金属达到连体双U型坩埚4内U型墙的高度时，金属液漫过内U型墙流入外结晶器5中，实施转铸，并逐渐凝固，同时抽拉辊芯下头部和包覆环10，使之随着外套层6的不断凝固，辊芯不断地向下移动，直至辊芯上头部与外结晶5的上口相平，即完成复合轧辊的制造过程。

自耗电极熔化速率控制在100～1000Kg/h。

与现有相比，本发明具有如下优点：

[1]、由于在渣面上方辊芯1周围设有附加磁场，使辊芯感应产生热量，对辊芯有加热作用，这样就减小了金属液7与辊芯1的温度梯度，易于复合，且能提高复合质量；另一方面，减小了内应力及应力集中，有利于提高轧辊寿命。

[2]、利用电渣转铸工艺，使自耗电极的大小、形状不受限制；由于热源由芯部均匀地移向环形空间，这样，一是使金属液体在外结晶器内连续平稳地结晶，二是使液态渣能充分上浮，大大提高轧辊的质量。

[3]、自耗电极熔化速率可以控制在较宽的范围，这样可以根据辊芯材料和外套层材料两者熔点的差异来选择最佳的熔铸温度，可获得较窄的过度层和良好的复合性能。

[4]、本发明在实施熔铸时，当连体双U型坩埚中的金属液流入外结晶器5中，开始凝固时，同时抽拉辊芯下头部和包覆环10，使之随着外套层6的不断凝固，辊芯不断向下移动，直至辊芯上头部与外结晶器5的上口相平。即在外结晶器5的尺寸确定后，可熔铸各种长度的复合轧辊，即本发明所熔铸的复合轧辊的长度是可变化的，可根据需要预先确定辊芯长度，则可得到长度一致的复合轧辊，这不仅提高了生产效率，降低成本，更适用于大型复合轧辊。

[5]、本发明的熔炼与凝固结晶是分开的，而且金属液是处于结晶器5的上方，与辊芯接触的高度较长，更好地预热辊芯，以便获得良好的复合界面，可获得复合性能更优异的复合轧辊。

[6]、由于本发明熔炼是在连体双U型坩埚空间进行，空间大，可加大渣量，除保持正常的冶炼温度外，更有利于加热辊芯，保证辊芯有足够高的温度。

[7]由于本发明自耗电极的熔炼是在较大的U型空间中进行，故自耗电极的尺寸精度要求不严格，可降低成本。

[8]由于熔炼和凝固结晶分开，因此，复合轧辊的外套层6的厚度不受限制，可根据需要调整外套层6的厚度。

实施例。

在本发明所述的电渣熔铸装置上熔铸了四根复合轧辊。四根复合轧辊的辊芯和外套层的直径以及选定的材料如表1所示。熔铸时的自耗电极根数、熔化速率及熔铸温度如表2所示。

熔铸之后，对复合轧辊进行表面检验和纵剖面检验，检验结果如表3所示。

表1  实施例复合轧辊的辊芯和外套层的直径及所用材料

批号	辊芯		外套层
					直径mm	材料	外径mm	材料
	1	100	(锻)20号钢	30					8Mn2MoV
2					100	(铸)20号钢	130	8Mn2MoV
	3	100	(锻)20号钢	130					60SiMnMo
4					100	(铸)20号钢	130	60SiMnMo

表2  实施例所用自耗电极根数、熔化速率和熔铸温度

批号	自耗电极根数	熔化速率Kg/h	熔铸温度℃
				1	2	200	1600
2	2	200	1650
				3	4	500	1600
4	4	500	1650

     表3  实施例复合轧辊表面和纵剖面检验结果

批号	表面质量	纵剖面质量	过度层宽度mm
				1	表面光洁	复合层与芯部有明显界面	0.05
2	表面光洁	复合层与芯部有明显界面	1
				3	表面光洁	复合层与芯部有明显界面	0.1
4	表面光洁	复合层与芯部有明显界面	1

Claims (2)

1、一种复合轧辊的制造方法，采用电渣熔铸工艺，且电渣熔铸在电渣熔铸装置上进行，以预先制造好的辊芯为电渣熔铸的内结晶器(1)，以需复合的轧辊外套层材料制成电渣熔铸的自耗电极(3)，外结晶器(5)的内径等于复合轧辊的外径，自耗电极可为1根或两根以上，其特征在于：

[1]电渣熔炼装置中含有连体双U型坩埚(4)、附加磁场(9)和辊芯包覆环(10)；连体双U型坩埚(4)底部的金属液出口与外结晶器(5)相连相通，且金属液出口直径与外结晶器(5)的内径相等，附加磁场(9)设在辊芯(1)的上方，包覆环(10)套在辊芯(1)的下头部；

[2]实施熔铸时，当金属液漫过连体双U型坩埚的内U型墙流入外结晶器(5)中，并开始凝固时，抽拉辊芯(1)下头部及其包覆环(10)，使之随着复合轧辊外套层(6)的不断凝固，辊芯不断向下移动，直至辊芯(1)的上头部与外结晶器5的上口相平，即完成复合轧辊的制造过程；

[3]所实施的电渣熔铸为电渣转铸工艺，熔炼在连体U型坩埚的U型空间进行，复合结晶在外结晶器(5)中进行。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于包覆环(10)的外径等于复合轧辊的外径。

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