CN108247019B

CN108247019B - 一种复合轧辊的生产方法

Info

Publication number: CN108247019B
Application number: CN201810294769.7A
Authority: CN
Inventors: 常立忠; 施晓芳
Original assignee: Maanshan Huasheng Metallurgical Technology Development Co ltd
Current assignee: Maanshan Huasheng Metallurgical Technology Development Co ltd
Priority date: 2018-04-04
Filing date: 2018-04-04
Publication date: 2020-10-02
Anticipated expiration: 2038-04-04
Also published as: CN108247019A

Abstract

本发明公开了一种复合轧辊的生产方法，属于电渣重熔技术领域。本发明一种复合轧辊的生产方法，熔炼装置以空心轧辊作为复合轧辊的外层金属，在将液态渣倒入空心轧辊中形成电渣层，金属电极底部的自耗金属插入电渣层层中，再通电形成电回路进行熔炼，熔炼的过程中自耗金属熔化、精炼后进入金属熔池，金属熔池冷却凝固形成复合轧辊的内层金属。本发明金属电极的插入空心轧辊内部，金属电极的底部设置有自耗金属，采用复合轧辊外层材料的空心轧辊作为结晶器，内层材料的金属电极在其中进行重熔，实现了内外层金属的有效复合。

Description

一种复合轧辊的生产方法

技术领域

本发明属于电渣重熔技术领域，更具体地说，涉及一种复合轧辊的生产方法。

背景技术

轧辊是轧钢生产最重要的工具。不同的轧制条件及不同的轧制产品，对轧辊的性能、材质提出不同的要求。一般来说，轧辊要在强度、韧性、耐磨性、抗热疲劳性、抗剥落性以及表面粗糙的抵抗能力等方面，具有较高的综合性能。每根轧辊对辊身表面及辊芯、辊颈各个部位的要求不一样。单一材质的轧辊要同时满足多项要求是比较困难的。因此，轧辊制造工艺就从单一材质逐步发展到采用复合轧辊，以解决这一矛盾。目前的复合轧辊制造工艺包括：

(1)冲洗法.这种方法最大的缺点就是必须熔炼大量的外层铁水，铸造收得率低，能耗大；

(2)离心铸造.这种方法最大的缺点就是在离心力的作用下，钢中的一些化合物由于密度的不同，会发生偏析现象；

(3)CPC技术.这种方法生产设备投资大、操作方式复杂、制造成本相对较高；

(4)液态金属电渣熔炼复合轧辊技术.主要缺点包括两点：一是液态钢水没有得到有效的精炼；二是设备投资大、操作方式复杂。

因此，复合轧辊制造过程还存在很多问题需要克服，限制了双金属复合轧辊的广泛应用。特别是在冷轧辊领域，主要还是以整体轧辊为主(电渣重熔+锻造)，成本巨大。开发出一种双金属复合轧辊制造方法，对于降低轧钢成本、提高钢材质量具有重要的意义。

经检索，已有相关的技术方案公开。例如：一种复合轧辊的制造方法(申请号：CN95117832.6，申请日：1995-12-12)，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。该装置外结晶器的内径和连体双U形坩埚金属液出口的直径等于需复合的复合轧辊的外径；自耗电极的熔化速率控制在100～1000kg/h。该方法虽然提高了复合性能，但是生产成本有待进一步降低、轧辊质量有待进一步提高。

此外，一种液态电渣轧辊复合装置(申请号：CN201120453174.5，申请日：2011-11-16)，包括：水冷结晶器，所述水冷结晶器具有与待复合轧辊预设复合层外径相当的内径的通道；所述结晶器的上部还设置有用于向所述水冷结晶器和插入到所述通道中的待复合轧辊之间的间隙中倾倒预先熔化的金属液和渣液的中间保温炉。该技术虽然可以对轧辊进行复合修复，但是轧辊质量有待进一步提高。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中，复合轧辊制造过程成本较高、质量较差的问题，提供一种采用空心轧辊生产复合轧辊的装置，底水箱设置于空心轧辊的底部，空心轧辊内用于容纳有金属熔池和电渣层，金属电极的插入空心轧辊内部；采用复合轧辊外层材料的空心轧辊作为结晶器，内层材料的金属电极在其中进行重熔，实现了内外层金属的有效复合。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种复合轧辊的生产方法，熔炼装置以空心轧辊作为复合轧辊的外层金属，在将液态渣倒入空心轧辊中形成电渣层，金属电极底部的自耗金属插入电渣层层中，再通电形成电回路进行熔炼，熔炼的过程中自耗金属熔化、精炼后进入金属熔池，金属熔池冷却凝固形成复合轧辊的内层金属。

优选地，在熔炼的过程中旋转台驱动底水箱和空心轧辊进行旋转。

优选地，在熔炼的过程中通过冷却部件向空心轧辊的外表面进行喷水冷却。

优选地，自耗金属的熔点比液态渣的熔点高200℃以上。

优选地，液态渣的比电阻不大于0.5Ω^-1.cm^-1。

优选地，旋转台的旋转速率为5-28r/min。

优选地，冷却部件对空心轧辊表面的喷水量控制为30～45m³/吨钢。

优选地，液态渣包括Al₂O₃和CaF₂。

优选地，所述熔炼装置包括空心轧辊、金属电极和底水箱，所述底水箱设置于空心轧辊的底部，空心轧辊内用于容纳有金属熔池和电渣层；所述金属电极的插入空心轧辊内部，金属电极的底部设置有自耗金属。

优选地，还包括支撑机构，该支撑机构包括竖直支架和水平支架，水平支架的一端滑动安装于竖直支架上，金属电极安装于水平支架远离竖直支架的一端。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种复合轧辊的生产方法，底水箱设置于空心轧辊的底部，空心轧辊内用于容纳有金属熔池和电渣层；金属电极的插入空心轧辊内部，金属电极的底部设置有自耗金属，熔炼装置以空心轧辊作为复合轧辊的外层金属，在将液态渣倒入空心轧辊中形成电渣层，金属电极底部的自耗金属插入电渣层层中，再通电形成电回路进行熔炼，熔炼的过程中自耗金属熔化、精炼后进入金属熔池，金属熔池冷却凝固形成复合轧辊的内层金属，采用复合轧辊外层材料的空心轧辊作为结晶器，内层材料的金属电极在其中进行重熔，实现了内外层金属的有效复合；

(2)本发明的一种复合轧辊的生产方法，冷却部件对空心轧辊的外表面喷水冷却，同时在电渣重熔过程使外层材料发生旋转，保证冷却水均匀的喷涂到外层材料的表面，使得重熔完成后外层材料的厚度均匀。

附图说明

图1为本发明的一种采用空心轧辊生产复合轧辊的装置整体结构示意图；

图2为本发明的空心轧辊分段示意图；

图3为实施例2的结构示意图；

图4为实施例3的结构示意图；

图5为本发明的一种复合轧辊的生产方法的流程图。

示意图中的标号说明：

110、变压器；120、支撑机构；121、竖直支架；122、水平支架；130、金属电极；131、第一电极；132、第二电极；133、自耗金属；140、电极夹持部件；

210、空心轧辊；211、凝固段；212、熔池段；213、电渣段；214、空心段；221、内金属层；222、金属熔池；223、电渣层；230、轧辊轴心线；

310、底水箱；320、旋转台；330、冷却部件；331、冷却喷头；340、振动部件；350、升降部件。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

如图5所示，本实施例的一种复合轧辊的生产方法，空心轧辊210的材料为M2钢，辊芯材料为9Cr2Mo，即自耗金属133材料为9Cr2Mo。本发明的熔炼方法，熔炼装置以空心轧辊210作为复合轧辊的外层金属，在将液态渣倒入空心轧辊210中形成电渣层223，金属电极130底部的自耗金属133插入电渣层223层中，再通电形成电回路进行熔炼，熔炼的过程中自耗金属133熔化、精炼后进入金属熔池222，金属熔池222冷却凝固形成复合轧辊的内层金属。在熔炼的过程中旋转台320驱动底水箱310和空心轧辊210进行旋转，旋转台320 的旋转速率为5-28r/min。

步骤一、重熔开始前先将中空的空心轧辊210安装于底水箱310上，而后打开冷却部件 330的冷却水，冷却喷头331对空心轧辊210的外表面进行喷水冷却，冷却水的流量为30m³/t，同时在炉外开始化渣。本实施例的炉渣20％CaO+20％Al₂O₃+60CaF₂，熔点1250℃，比电阻 0.5Ω^-1.cm^-1；

步骤二、炉渣熔化完成后，将液态渣倒入空心轧辊210中形成电渣层223，再将金属电极130底部的自耗金属133插入电渣层223层中，开始给电重熔。待重熔稳定后，启动旋转台320，旋转台320驱动空心轧辊210连同底水箱310一起旋转，本实施例转速为5r/min。

本实施例的一种采用空心轧辊生产复合轧辊的装置，第一电极131和第二电极132采用双极串联电渣重熔的方法生产复合轧辊，重熔过程没有采用铜质结晶器，采用复合轧辊外层材料的空心轧辊210作为结晶器，内层材料的金属电极130在其中进行重熔，空心轧辊210 的外部进行喷水冷却，实现了内外层金属的有效复合；同时在电渣重熔过程使外层材料空心轧辊210发生旋转，保证冷却水均匀的喷涂到空心轧辊210的表面，使得重熔完成后外层材料的厚度均匀，从而提高了复合轧辊的质量。

如图1所示，本实施例的一种采用空心轧辊生产复合轧辊的装置，包括支撑机构120、空心轧辊210、金属电极130和底水箱310，其中支撑机构120包括竖直支架121和水平支架 122，水平支架122的一端滑动安装于竖直支架121上，水平支架122可沿着竖直支架121的高度方向进行滑动，从而调节水平支架122的高度。金属电极130安装于水平支架122远离竖直支架121的一端，详细说明是：水平支架122上设置有电极夹持部件140，该电极夹持部件140滑动安装于水平支架122，第一电极131和第二电极132通过电极夹持部件140安装于水平支架122上，滑动电极夹持部件140可以调节第一电极131和第二电极132在空心轧辊210中的位置。

本实施例的底水箱310设置于空心轧辊210的底部，底水箱310对空心轧辊210具有支撑、冷却的作用，且底水箱310与空心轧辊210共同围成复合轧辊电渣冶炼的反应熔池，熔池的底部在底水箱310冷却作用下冷却、凝固形成复合轧辊内金属层221，内金属层221上部依次为金属熔池222和电渣层223，该空心轧辊210内用于容纳金属熔池222和电渣层223。

金属电极130的底部设置有自耗金属133，该自耗金属133即为复合轧辊的内侧金属材料，金属电极130底部的自耗金属133插入空心轧辊210内部，且自耗金属133与电渣层223 直接接触。值得说明的是，金属电极130包括第一电极131和第二电极132，第一电极131和第二电极132平行设置，且第一电极131、第二电极132和轧辊轴心线230平行。第一电极131和第二电极132通过导线分别与变压器110的两极相连，第一电极131和第二电极132 通电形成电回路进行熔炼，熔炼的过程中自耗金属133熔化、精炼后进入金属熔池222，金属熔池222冷却凝固形成复合轧辊的内层金属。

本实施例的底水箱310的下部设置有旋转台320，旋转台320用于驱动底水箱310旋转。值得说明的是，空心轧辊210的外部设置有冷却部件330，冷却部件330沿着空心轧辊210的长度方向设置。冷却部件330上设置有冷却喷头331，冷却喷头331用于向空心轧辊210 表面喷冷却水。冷却部件330对空心轧辊210表面的喷水量控制为30～45m³/吨钢。

同时在电渣重熔过程，旋转台320驱动底水箱310和空心轧辊210旋转，使得外层材料与金属熔池222发生旋转，且外层材料与金属熔池222之间也发生相对旋转，不仅促进了内层成份组织的均匀化，而且促进了内层金属组织柱状晶的生产；此外，空心轧辊210的旋转保证了冷却水均匀的喷涂到外层材料的表面，使得重熔完成后外层材料的厚度均匀，进而提高复合轧辊的生产质量。在熔炼的过程中通过冷却部件330向空心轧辊210的外表面进行喷水冷却。自耗金属133的熔点比液态渣的熔点高200℃以上。液态渣的比电阻不大于0.5Ω^-1.cm^-1。其中，液态渣包括Al₂O₃和CaF₂。

实施例2

本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：如图2所示，空心轧辊210由下至上依次划分为凝固段211、熔池段212、电渣段213和空心段214；其中凝固段211与空心轧辊210内层凝固金属的位置相对应，熔池段212与空心轧辊210内的金属熔池222的位置相对应；电渣段213与空心轧辊210内的电渣层223的位置相对应；空心段214的内部为空心部分，尚未进行反应的阶段。在空心轧辊210的外部进行喷水冷却的过程中，冷却部件330的喷嘴对空心轧辊210外部进行喷水冷的强度分别为Q1、Q2、Q3和Q4，其中Q2>Q3>Q1>Q4。从而促进了熔池段212的金属相对快速的冷却形成固体金属，促进了内层金属组织的细化，且Q3的冷却强度相对较小，既可以保障电渣段213的温度，并促使着自耗金属133熔化进入电渣层223，又可以保证电渣层223与金属熔池222的交界处温度不会急速降低，从而保证了内层金属组织的均匀性。

实施例3

本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：如图3所示，第一电极131与轧辊轴心线230之间的距离为d₁，第二电极132与轧辊轴心线230之间的距离为d₂，且d₁≠d₂。且是第一电极131和第二电极132相同且为R，则d₂>d₁+R，从而使得底水箱310在旋转的过程中，第一电极131和第二电极132与液态的电渣层223进行相对运动，且第一电极131和第二电极132的运动轨迹不相同、也不相重合，从而促进了熔化的内层金属均匀的分布于电渣层223中，不仅提高了内层金属分布的均匀化，而且使得熔化的液体金属与电渣层223发生充分的反应。

本实施例的空心轧辊210的材料为9Cr2Mo钢，辊芯材料为45号钢，即自耗金属133材料为45号钢。重熔开始前先将中空的空心轧辊210安装于底水箱310上，而后打开冷却部件 330的冷却水，冷却喷头331对空心轧辊210的外表面进行喷水冷却，冷却水的流量为40m³/t，同时在炉外开始化渣。本实施例的炉渣30％Al₂O₃+70CaF₂，，熔点1320℃，比电阻0.3Ω^-1.cm^-1；炉渣熔化完成后，将液态渣倒入空心轧辊210中形成电渣层223，再将金属电极130底部的自耗金属133插入电渣层223层中，开始给电重熔。待重熔稳定后，启动旋转台320，旋转台320驱动空心轧辊210连同底水箱310一起旋转，本实施例转速为8r/min。

实施例4

本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：如图4所示，旋转台320的底部还设置有升降部件350，该升降部件350用于抬升或者降低底水箱310，从而使得底水箱310连同空心轧辊210在竖直方向上进行抬升或者降低，当自耗金属133发生消耗时，即可以水平支架122向下运动，将自耗金属133的金属材料给料至空心轧辊210中，也可以通过抬升底水箱310，使得自耗金属133给料至空心轧辊210中。此外，值得注意的是，空心轧辊210的外部设置有振动部件340，该振动部件340与空心轧辊210内的金属熔池222对应设置，振动部件340对空心轧辊210进行振动，使得金属熔池222在冷却凝固的过程中，晶粒得到细化，从而使得内层金属组织更加致密，同时也使得内层金属成份更加均匀，实现了内外层金属的有效复合，进而提高了复合轧辊的质量。振动部件340可沿着空心轧辊210的长度方向进行移动，从而使得振动部件340始终与空心轧辊210内的金属熔池222对应设置，使得金属熔池222在冷却凝固的过程中，晶粒得到细化，从而使得内层金属组织更加致密。

本实施例的空心轧辊210的材料为W6Mo5Cr4V2钢，辊芯材料为35CrMo钢，即自耗金属133材料为35CrMo钢。重熔开始前先将中空的空心轧辊210安装于底水箱310上，而后打开冷却部件330的冷却水，冷却喷头331对空心轧辊210的外表面进行喷水冷却，冷却水的流量为45m³/t，同时在炉外开始化渣。本实施例的炉渣30％Al₂O₃+70CaF₂，，熔点1320℃，比电阻0.3Ω^-1.cm^-1；炉渣熔化完成后，将液态渣倒入空心轧辊210中形成电渣层223，再将金属电极130底部的自耗金属133插入电渣层223层中，开始给电重熔。待重熔稳定后，启动旋转台320，旋转台320驱动空心轧辊210连同底水箱310一起旋转，本实施例转速为12r/min。

在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。

Claims

1.一种复合轧辊的生产方法，其特征在于：熔炼装置以空心轧辊（210）作为复合轧辊的外层金属，在将液态渣倒入空心轧辊（210）中形成电渣层（223），金属电极（130）底部的自耗金属（133）插入电渣层（223）层中，再通电形成电回路进行熔炼，熔炼的过程中自耗金属（133）熔化、精炼后进入金属熔池（222），金属熔池（222）冷却凝固形成复合轧辊的内层金属；在熔炼的过程中旋转台（320）驱动底水箱（310）和空心轧辊（210）进行旋转；所述生产方法使用的熔炼装置包括空心轧辊（210）、金属电极（130）和底水箱（310），所述底水箱（310）设置于空心轧辊（210）的底部，空心轧辊（210）内用于容纳有金属熔池（222）和电渣层（223）；所述金属电极（130）的插入空心轧辊（210）内部，金属电极（130）的底部设置有自耗金属（133）；还包括支撑机构（120），该支撑机构（120）包括竖直支架（121）和水平支架（122），水平支架（122）的一端滑动安装于竖直支架（121）上，金属电极（130）安装于水平支架（122）远离竖直支架（121）的一端；金属电极130包括第一电极131和第二电极132，第一电极（131）与轧辊轴心线（230）之间的距离为d₁，第二电极（132）与轧辊轴心线（230）之间的距离为d₂，且d₁≠d₂；且是第一电极（131）和第二电极（132）相同且为R，则d₂>d₁+R；旋转台（320）的底部还设置有升降部件（350），该升降部件（350）用于抬升或者降低底水箱（310），从而使得底水箱（310）连同空心轧辊（210）在竖直方向上进行抬升或者降低，当自耗金属（133）发生消耗时，水平支架（122）向下运动，将自耗金属（133）的金属材料给料至空心轧辊（210）中，通过抬升底水箱（310），使得自耗金属（133）给料至空心轧辊（210）中；空心轧辊（210）的外部设置有振动部件（340），该振动部件（340）与空心轧辊（210）内的金属熔池（222）对应设置。

2.根据权利要求1所述的一种复合轧辊的生产方法，其特征在于：在熔炼的过程中通过冷却部件（330）向空心轧辊（210）的外表面进行喷水冷却。

3.根据权利要求1所述的一种复合轧辊的生产方法，其特征在于：自耗金属（133）的熔点比液态渣的熔点高200℃以上。

4.根据权利要求1所述的一种复合轧辊的生产方法，其特征在于：液态渣的比电阻不大于0.5Ω^-1.cm^-1。

5.根据权利要求1所述的一种复合轧辊的生产方法，其特征在于：旋转台（320）的旋转速率为5-28r/min。

6.根据权利要求2所述的一种复合轧辊的生产方法，其特征在于：冷却部件（330）对空心轧辊（210）表面的喷水量控制为30～45m³/吨钢。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种复合轧辊的生产方法，其特征在于：液态渣包括Al₂O₃和CaF₂。