CN108251652B

CN108251652B - 利用电渣重熔实现报废锻钢冷轧辊辊坯再生的方法

Info

Publication number: CN108251652B
Application number: CN201711405178.4A
Authority: CN
Inventors: 徐锟; 侯兴慧; 刘喜海; 陈伟; 胡现龙; 李�杰; 严雄骏
Original assignee: BAOGANG ROLLER TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BAOGANG ROLLER TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-11-29
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: CN108251652A

Abstract

本发明公开了一种利用电渣重熔实现报废锻钢冷轧辊辊坯再生的方法，具有以下步骤：①电极准备；②电渣重熔；③锻造及锻造热处理；电渣重熔采用的渣料为60%CaF₂+20%Al₂O₃+20%CaO；电渣重熔采用的引弧剂为CaF₂+TiO₂；电渣重熔的工艺参数为：电流为10000～15000A，电压为50～100V，熔速为5～15kg/min。本发明的方法不仅缩短了电渣重熔前的加工周期，降低了加工成本，而且经过两次电渣重熔后的辊坯纯净度及均匀性有了进一步提升，后续的综合使用性能，尤其是抗事故性会表现地更好。

Description

利用电渣重熔实现报废锻钢冷轧辊辊坯再生的方法

技术领域

本发明属于锻钢冷轧辊再生技术领域，具体涉及一种利用电渣重熔实现报废锻钢冷轧辊辊坯再生的方法。

背景技术

锻钢冷轧辊（包括工作辊和中间辊）是轧钢生产中的重要部件之一，也是轧机的主要消耗备件，我国每年报废的锻钢冷轧辊约有20多万吨，因此，对报废锻钢冷轧辊进行再生既可有效节约资源，又能避免能源损失，具有良好的经济和社会效益。

中国专利文献CN1095109A公开了一种废旧轧辊的改制工艺，它是依据废旧轧辊的成分、金相组织等不同的原始状况，分别采用全部的或部分的正火、球化退火、调质处理、工频表面淬火工艺制度进行处理。该方法主要针对的是Cr2系列的锻钢冷轧辊。

中国专利文献CN103074482A公开了一种报废Cr5锻钢工作辊的再生方法，包括工作辊检测、高温回火工艺、调质工艺、表面淬火工艺。该方法主要针对的是Cr5系列的锻钢冷轧辊。

中国专利文献CN102618710A公开了一种将报废冷轧辊改制成合格冷轧辊的方法，包括退火工艺、机械加工成辊坯、调质处理、最终热处理。该方法同样针对的是Cr5系列的锻钢冷轧辊。

上述文献的方法主要存在以下不足：

（1）改制后的新辊近表面存在缺陷的可能性较大：对轧辊辊坯而言，由表及里辊坯内部的偏析及夹杂会逐步严重，因此，若旧辊辊坯冶金质量较差，改制后的新辊内部的缺陷会暴露在新辊表面或工作层，从而影响新辊的使用。

（2）对新旧辊尺寸匹配要求高：旧辊改制要求新辊关键尺寸（辊身、轴承档及以内辊颈）必须在旧辊尺寸范围内，且关键部位车削量需控制在旧辊原直径的2/3以内，仅最外档非关键部位可采用堆焊等局部修复手段实现局部的小改大。当局部修复尺寸较大时，局部修复难度会增大，较差的修复质量也将存在使用风险。

（3）适用范围不广：例如，事故辊、探伤超标辊改制后缺陷无法消除，不能直接改制；再生辊由于已改制过一次，继续改制轧辊内部的冶金质量将不能满足新辊使用要求；而文献2的方法对于有通孔的旧辊以及外观有重度粘钢的旧辊同样不能进行再生。

（4）对于Cr6及以上系列的锻钢冷轧辊以及合金含量更高的半高速钢及高速钢轧辊不适用：这类材质与Cr2～Cr5材质相比，合金含量有了较大提升，而随着合金含量的不断提高，辊坯内成分及组织偏析程度相对更严重，液析碳化物量及碳化物带状倾向也越大，需要通过合理的锻造及锻造热处理加以改善以满足使用要求，但随着由表及里锻造比的减小，辊坯内部的组织及碳化物形貌将变差，无法满足轧辊制造及使用要求。而随着高端板材轧制量的不断提升，这类材质是未来轧辊材质的主要发展方向，其后续的使用量及报废量会越来越多，实现这类材质的循环再生意义重大。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有报废锻钢冷轧辊再生问题，提供一种适用范围广、经济效益好、再生效果好的利用电渣重熔实现报废锻钢冷轧辊辊坯再生的方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种利用电渣重熔实现报废锻钢冷轧辊辊坯再生的方法，具有以下步骤：①电极准备；②电渣重熔；③锻造及锻造热处理。

上述步骤①的电极准备是本发明的关键因素之一。

（1）对于1支报废锻钢冷轧辊电渣重熔再生1支新辊坯。

若报废锻钢冷轧辊辊身辊颈直径落差＜35%，则直接将该报废锻钢冷轧辊作为电极。

若报废锻钢冷轧辊辊身辊颈直径落差＞35%，则将报废锻钢冷轧辊辊颈切除后，仅留辊身作为电极。

对于1支报废锻钢冷轧辊电渣重熔再生1支新辊坯，该报废锻钢冷轧辊的规格、成分以及报废类型（例如探伤超标、粘钢、剥落、纵向开裂等）均没有任何限制，只要求辊内没有横向裂纹。

（2）对于2支及以上的报废锻钢冷轧辊电渣重熔再生1支及以上的新辊坯。

方式A：将辊身辊颈直径落差＜40%的粗辊颈与辊身作为组合焊接在一支假电极中作为一组电极，将两端直径小的辊颈与其它报废锻钢冷轧辊的细辊颈切除多支并排焊接在另外的假电极上进行电极交换重熔。

方式B：将2支及以上的报废锻钢冷轧辊并排焊接在一个假电极上进行重熔。

上述方式A和方式B均需要确保新辊坯的辊身是从报废锻钢冷轧辊的辊身处重熔获得。

对于2支及以上的报废锻钢冷轧辊电渣重熔再生1支及以上的新辊坯，除了同样要求各报废锻钢冷轧辊辊内没有横向裂纹外，对规格和报废类型同样没有任何限制，但对于成分则要求各报废锻钢冷轧辊每种元素均在一定的偏差范围内：C≤0.1%，Si≤0.2%，Mn≤0.15%，Cr≤0.3%，Ni≤0.2%，Mo≤0.1%，V≤0.1%。

上述步骤①的电极准备需要对报废锻钢冷轧辊进行表面除锈处理，对于具有如止推环等装配件的还需先拆除装配件。

上述步骤②的电渣重熔采用的渣料为60%CaF₂+20%Al₂O₃+20%CaO。

上述步骤②的电渣重熔采用的引弧剂为CaF₂+TiO₂。

上述步骤②的电渣重熔的工艺参数为：电流为10000～15000A，电压为50～100V，熔速为5～15kg/min。

对于2支及以上的报废锻钢冷轧辊电渣重熔再生1支及以上的新辊坯，需要交换电极的，在交换电极前需要将待重熔的电极进行预热处理，预热温度为400～500℃。

对于需要交换电极的，重熔过程中的电压和电流需要确保重熔功率随电极的变化而随时调整，因此，交换电极前需要将电压提高2～3V，将电流提高1000A～1500A，在交换电极后1分钟内，再将电流电压调整为正常值。

对于2支及以上的报废锻钢冷轧辊电渣重熔再生1支及以上的新辊坯，由于不同的报废锻钢冷轧辊成分略有差异，为了确保新辊坯的成分合格，在上述步骤②的电渣重熔过程中需要添加Si-Fe粉。

为了更好地控制氧含量，在上述步骤②的电渣重熔过程中，当电流达到正常值时，开始添加Ca-Al-Mg复合脱氧剂。

本发明具有的积极效果：

（1）本发明的方法与常规辊坯制造相比，不仅缩短了电渣重熔前的加工周期，降低了加工成本，而且经过两次电渣重熔后的辊坯纯净度及均匀性有了进一步提升，后续的综合使用性能（尤其是抗事故性）会表现地更好。

（2）本发明的方法对报废锻钢冷轧辊的规格尺寸、外观质量、冶金质量以及合金成分要求均不高，只有内部存在横向裂纹的不适用，其它包括粘钢剥落事故辊、改制再生辊、Cr6及以上系列的锻钢冷轧辊以及合金含量更高的半高速钢及高速钢轧辊均可采用本发明的方法进行辊坯再生，适用范围较广。

（3）本发明的方法既可实现1支报废锻钢冷轧辊电渣重熔1支新辊坯，也可实现多支报废锻钢冷轧辊电渣重熔1支新辊坯，还可实现多支报废锻钢冷轧辊电渣重熔多支新辊坯。

具体实施方式

各实施例采用的电渣炉均为5吨气保电渣炉；采用的结晶器规格均为：680mm/720mm×2m；电渣锭锭型规格为：Φ700mm。

（实施例1）

本实施例为1支报废锻钢冷轧辊电渣重熔再生1支新辊坯，具体方法包括以下步骤：

①电极准备。

本实施例对于报废锻钢冷轧辊的规格、成分以及报废类型均没有限制。

经检测，该报废锻钢冷轧辊辊内没有横向裂纹，规格如下：Φ480mm×1970mm×5120mm，成分如下：0.89%C-0.94%Si-0.32%Mn-6.03%Cr-0.19%Ni-0.42%Mo-0.14%V。

该报废锻钢冷轧辊辊身辊颈直径差＜35%，因此，直接将该报废锻钢冷轧辊作为电极。

②电渣重熔。

电渣重熔包括起弧化渣、电渣冶炼以及钢锭补缩三个阶段。

起弧化渣前，需要先向结晶器内通氩气10min，将结晶器内空气赶出。

起弧化渣采用的引弧剂为CaF₂+TiO₂，渣料为60wt%CaF₂+20wt%Al₂O₃+20wt%CaO三元渣系。

电渣冶炼工艺参数如下：电流为10000A，电压为60V，熔速为8kg/min。

为了更好地控制氧含量，在电渣冶炼过程中，当电流达到正常值（本实施例为10000A）时，开始添加Ca-Al-Mg复合脱氧剂，添加方式：每10min添加1次，每次添加100g。

钢锭补缩阶段后将电渣锭脱模，并立即装入退火炉进行退火，退火温度为800±10℃，时间10h。

③参照常规工艺对步骤②电渣重熔得到的电渣锭进行后续的锻造及锻造热处理，制得新辊坯。

经检测，该新辊坯的规格为：Φ445mm×1470mm×3500mm。

成分如下：0.85%C-0.86%Si-0.31%Mn-5.98%Cr-0.17%Ni-0.41%Mo-0.14%V。

化学成分、气体含量可满足技术要求；超声波及表面波探伤均合格，未见原报废锻钢冷轧辊内存在的超标缺陷，夹杂物、碳化物等级以及组织均匀性优于正常辊坯。

（实施例2）

本实施例为2支报废锻钢冷轧辊电渣重熔再生1支新辊坯，具体方法包括以下步骤：

①电极准备。

经检测，本实施例的2支报废锻钢冷轧辊（以下称为旧辊A和旧辊B）的内部均没有横向裂纹，规格均为：Φ500mm×1422mm×3365mm。

旧辊A成分如下：0.78%C-0.77%Si-0.35%Mn-5.27%Cr-0.14%Ni-0.98%Mo-0.48%V。

旧辊B成分如下：0.79%C-0.85%Si-0.32%Mn-5.29%Cr-0.13%Ni-1.01%Mo-0.49%V。

采用旧辊A辊身作为新辊坯辊身电极，采用旧辊B辊身作为新辊坯辊颈电极。

②电渣重熔。

电渣重熔包括起弧化渣、电渣冶炼以及钢锭补缩三个阶段。

电渣冶炼工艺参数如下：电流为14000A，电压为90V，熔速为12kg/min。

当第1支电极正常熔化5小时后抬起电极并换第2支电极，当第2支电极正常熔化4小时后进行补缩。而在交换电极前1.5小时需要将待重熔的电极进行预热处理，预热温度400～500℃。

尤其需要注意的时：重熔过程中的电压和电流需要确保重熔功率随电极的变化而随时调整，因此，交换电极前还需要将电压提高2～3V，将电流提高1000A～1500A，在交换电极后1分钟内，再将电流电压调整为正常值。

由于2支报废锻钢冷轧辊成分略有差异，为了确保新辊坯的成分合格，在电渣重熔过程中需要添加一定量的Si-Fe粉（本实施例为1.5kg）。

为了更好地控制氧含量，在电渣冶炼过程中，当电流达到正常值（本实施例为12000A）时，开始添加Ca-Al-Mg复合脱氧剂，添加方式：每10min添加1次，每次添加100g。

钢锭补缩阶段后将电渣锭脱模，并立即装入退火炉进行退火，退火温度为840±10℃，时间10h。

经检测，该新辊坯的规格为：Φ445mm×1800mm×4450mm。

成分如下：0.76%C-0.80%Si-0.35%Mn-5.17%Cr-0.11%Ni-0.97%Mo-0.46%V。

（实施例3）

本实施例为5支报废锻钢冷轧辊电渣重熔再生2支新辊坯（以下称为新辊M和新辊N），具体方法包括以下步骤：

①电极准备。

经检测，本实施例的5支报废锻钢冷轧辊（以下称为旧辊C～旧辊G）的内部均没有横向裂纹。

规格分别如下：

旧辊C：Φ400mm×1450mm×3480mm。

旧辊D：Φ482.6mm×1066.8mm×3454.4mm。

旧辊E：Φ440mm×1460mm×3715mm。

旧辊F：Φ425mm×1720mm×3700mm。

旧辊G：Φ440mm×1460mm×3715mm。

成分分别如下：

旧辊C：0.83%C-0.70%Si-0.31%Mn-4.80%Cr-0.32%Ni-0.31%Mo-0.08%V。

旧辊D：0.84%C-0.50%Si-0.32%Mn-4.90%Cr-0.38%Ni-0.30%Mo-0.14%V。

旧辊E：0.91%C-0.55%Si-0.21%Mn-4.80%Cr-0.50%Ni-0.40%Mo-0.16%V。

旧辊F：0.83%C-0.70%Si-0.22%Mn-5.10%Cr-0.49%Ni-0.40%Mo-0.09%V。

旧辊G：0.85%C-0.60%Si-0.35%Mn-4.95%Cr-0.35%Ni-0.30%Mo-0.15%V。

采用旧辊D的辊身作为新辊M的辊身电极，分别采用旧辊C的辊身以及旧辊E的辊身作为新辊M的头部辊颈电极和尾部辊颈电极。

采用旧辊G的辊身作为新辊N的辊身电极，分别采用旧辊F的辊身以及旧辊E的辊身作为新辊N的头部辊颈电极和尾部辊颈电极。

具体对应关系见表1。

表1

电极	来源
		新辊M头部辊颈电极	旧辊C辊身
新辊M辊身电极	旧辊D辊身
		新辊M尾部辊颈电极	旧辊E辊身
新辊N头部辊颈电极	旧辊F辊身
		新辊N辊身电极	旧辊G辊身
新辊N尾部辊颈电极	旧辊E辊身

②电渣重熔。

电渣重熔包括起弧化渣、电渣冶炼以及钢锭补缩三个阶段。

电渣冶炼工艺参数如下：电流为12000A，电压为70V，熔速为10kg/min。

对于每支新辊坯，当第1支电极正常熔化4小时25分钟后抬起电极并换第2支电极，当第2支电极正常熔化4小时后抬起电极再换第3支，当第3支电极正常熔化3小时后进行补缩。而在交换电极前1.5小时需要将待重熔的电极进行预热处理，预热温度400～500℃。

由于5支报废锻钢冷轧辊成分略有差异，为了确保新辊坯的成分合格，在电渣重熔过程中需要添加一定量的Si-Fe粉（本实施例为2.5kg）。

钢锭补缩阶段后将电渣锭脱模，并立即装入退火炉进行退火，退火温度为820±10℃，时间10h。

③参照常规工艺对步骤②电渣重熔得到的电渣锭进行后续的锻造及锻造热处理，制得辊坯。

经检测，新辊M和新辊N的规格均为：Φ450mm×1530mm×3950mm。

新辊M成分如下：0.85%C-0.57%Si-0.24%Mn-4.70%Cr-0.35%Ni-0.32%Mo-0.11%V。

新辊N成分如下：0.82%C-0.58%Si-0.25%Mn-4.80%Cr-0.40%Ni-0.38%Mo-0.13%V。

Claims

1.一种利用电渣重熔实现报废锻钢冷轧辊辊坯再生的方法，其特征在于具有以下步骤：

①电极准备；采用辊内没有横向裂纹的报废锻钢冷轧辊作为电极；

当采用2支及以上的报废锻钢冷轧辊电渣重熔再生1支及以上的新辊坯时；将辊身辊颈直径落差＜40%的粗辊颈与辊身作为组合焊接在一支假电极中作为一组电极，将两端直径小的辊颈与其它报废锻钢冷轧辊的细辊颈切除多支并排焊接在另外的假电极上进行电极交换重熔；或者将各报废锻钢冷轧辊并排焊接在一个假电极上进行重熔；只需要确保新辊坯的辊身是从报废锻钢冷轧辊的辊身处重熔获得；

对于需要交换电极的，在交换电极前需要将待重熔的电极进行预热处理，预热温度为400～500℃；

②电渣重熔；对于需要交换电极的，重熔过程中的电压和电流需要确保重熔功率随电极的变化而随时调整，因此，交换电极前需要将电压提高2～3V，将电流提高1000A～1500A，在交换电极后1分钟内，再将电流电压调整为正常值；

③锻造及锻造热处理。

2.根据权利要求1所述的利用电渣重熔实现报废锻钢冷轧辊辊坯再生的方法，其特征在于：各报废锻钢冷轧辊每种元素均在一定的偏差范围内：C≤0.1%，Si≤0.2%，Mn≤0.15%，Cr≤0.3%，Ni≤0.2%，Mo≤0.1%，V≤0.1%。

3.根据权利要求1所述的利用电渣重熔实现报废锻钢冷轧辊辊坯再生的方法，其特征在于：上述步骤②的电渣重熔过程中需要添加Si-Fe粉。

4.根据权利要求1所述的利用电渣重熔实现报废锻钢冷轧辊辊坯再生的方法，其特征在于：上述步骤②的电渣重熔过程中，当电流达到正常值时，开始添加Ca-Al-Mg复合脱氧剂。

5.根据权利要求1所述的利用电渣重熔实现报废锻钢冷轧辊辊坯再生的方法，其特征在于：上述步骤②的电渣重熔采用的渣料为60%CaF₂+20%Al₂O₃+20%CaO；采用的引弧剂为CaF₂+TiO₂；电渣重熔的工艺参数为：电流为10000～15000A，电压为50～100V，熔速为5～15kg/min。