CN108273980B

CN108273980B - 一种预热自耗电极电渣重熔生产复合轧辊方法

Info

Publication number: CN108273980B
Application number: CN201810297500.4A
Authority: CN
Inventors: 常立忠; 施晓芳
Original assignee: Anhui University of Technology AHUT
Current assignee: Anhui University of Technology AHUT
Priority date: 2018-04-04
Filing date: 2018-04-04
Publication date: 2020-02-07
Anticipated expiration: 2038-04-04
Also published as: CN108273980A

Abstract

本发明公开了一种预热自耗电极电渣重熔生产复合轧辊方法，属于电渣重熔技术领域。本发明包括偏心式结晶器、底水箱和金属自耗电极；所述的偏心式结晶器包括上结晶器和下结晶器，下结晶器的直径小于上结晶器的直径，下结晶器设置于上结晶器的下部，且上结晶器和下结晶器轴心不在同一条直线上；所述金属自耗电极的设置于上结晶器的上部，所述底水箱设置于下结晶器的下部，金属自耗电极和底水箱分别与电源的两极相连。本发明通过通过电渣重熔结晶器的偏心式设计，实工作面材料厚度可灵活调整；金属自耗电极外部围绕有感应线圈，可使重熔过程对自耗电极预热，加速电极的熔化，避免了辊芯表层的大量熔化，使辊芯与辊身有效焊合。

Description

一种预热自耗电极电渣重熔生产复合轧辊方法

技术领域

本发明属于电渣重熔技术领域，更具体地说，涉及一种预热自耗电极电渣重熔生产复合轧辊方法。

背景技术

目前，最典型且双金属复合材料应用较多的为冶金轧辊，轧辊是轧钢的主要大型工具。轧辊如果整体采用高硬度材料制备,不仅使生产成本提高,而且使非工作面机械加工难度增加。基于这一原因，双金属复合材料应运而生，工作面采用硬度高、耐磨性好、价格较贵的材料,而非工作面采用高韧性或加工性能好且相对便宜的材料，以高速钢轧辊为例，如果采用整体高速钢材质制造轧辊，成本昂贵；如果采用双金属复合轧辊，即辊芯采用价格较低的低合金钢，辊身采用高速钢，那么成本将大大降低。为了实现以上目标，冶金工作者进行了大量的基础研究和技术开发工作，但是目前双金属复合轧辊的制作未得到理想的效果。

经检索，发明创造名称为：一种液态电渣轧辊复合装置(申请号为：201120453174.5，申请日为：2011.11.16)，该装置包括：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。该申请案通过设置水冷结晶器和向水冷结晶器与待复合轧辊之间的间隙中倾倒熔融的金属液和渣液的中间保温炉，这样就能够直接对轧辊进行复合，但是该装置生产出来的轧辊辊身材料与辊芯材料焊合效果可能不理想，且倾倒过程中金属液容易产生夹杂，影响工作面质量。

也有人提出采用电渣重熔的方式生产轧辊，由于采用电渣重熔技术，辊芯的表面始终处于高温熔渣中，因此其表面会有一层薄薄的熔化层，由于高温熔渣的保护，熔化层与空气隔绝，确保了其纯净度；同时，外层金属在高温熔渣的作用下缓慢熔化，然后与辊芯表面焊合但是现有的电渣重熔生产复合轧辊过程中，双金属复合界面不能有效焊合。

因此，通过电渣重熔的方法，开发出一种双金属复合轧辊，使其应用于冷轧领域，不仅可大大降低冷轧辊的生产成本，而且可以保证双金属复合轧辊符合界面的有效焊合，对于电渣技术的发展具有重要的意义。

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双金属复合轧辊生产技术不能高效生产高质量的双金属复合轧辊的问题，提供了一种预热自耗电极电渣重熔生产复合轧辊方法，以辊芯作为复合轧辊的内层金属，将金属自耗电极的底部插入上结晶器中，加热部件对金属自耗电极进行预热，加速金属自耗电极熔化并焊合在焊合于辊芯的表面，实现实现工作面材料均匀涂覆于辊芯表面。2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种预热自耗电极电渣重熔生产复合轧辊方法，所述方法的步骤为：

步骤一、安放内层金属

将金属自耗电极设置于上结晶器熔炼侧上方，辊芯放置置于下结晶器中作为复合轧辊的内层金属，底水箱在下结晶器底部支撑辊芯；

步骤二、自耗电极预加热

金属自耗电极设置有加热部件，加热部件用于加热金属自耗电极，打开感加热部件对金属自耗电极进行预加热；

步骤三、电渣重熔

将重熔渣熔化以后倒入偏心结晶器中形成渣池，将金属自耗电极的一端插入渣池中，金属自耗电极与底水箱电连接形成电回路；金属自耗电极熔化、精炼后进入熔池；

步骤四、外层金属凝固焊合

熔池中的金属液冷却凝固并焊合于辊芯的表面形成复合轧辊的内层金属，得到双金属复合轧辊。

优选地，所述的偏心式结晶器包括上结晶器和下结晶器，下结晶器的直径小于上结晶器的直径，下结晶器设置于上结晶器的下部，且上结晶器和下结晶器轴心不在同一条直线上。

优选地，下结晶器的内径为D，生产轧辊工作面厚度为h，辊芯的直径为d，d＝D-2h。

优选地，上结晶器的外侧设置有电磁搅拌线圈，该电磁搅拌线圈用于对上结晶器内的金属液进行搅拌。

优选地，所述的感应线圈的频率为1-10KHz。

优选地，金属自耗电极熔化为金属液进入渣池后通过导流挡坝导流作用分布在开口侧上方渣池中。

优选地，所述下结晶器的上端设有振动机构，该振动机构用于振动凝固过程中的金属液。

优选地，上结晶器的直径为R，下结晶器的直径为r，R≥2r。

优选地，导流挡坝迎流面与底端面夹角α＝30°-45°，导流挡坝背流面与底端面夹角β＝60°-80°。

优选地，上结晶器的直径为R，金属自耗电极轴心到上结晶器圆心距离为D1，1/2R＞D1≥1/4R；下结晶器轴心到上结晶器圆心距离为D2，1/2R＞D2≥1/4R。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种预热自耗电极电渣重熔生产复合轧辊方法，以辊芯作为复合轧辊的内层金属，将金属自耗电极的底部插入上结晶器中，加热部件对金属自耗电极进行预热，加速金属自耗电极的熔化，减少辊芯在渣池的停留时间，加速金属自耗电极熔化并焊合在焊合于辊芯的表面，实现实现工作面材料均匀涂覆于辊芯表面；

(2)本发明的一种预热自耗电极电渣重熔生产复合轧辊方法，采用频率为1-10KHz的感应线圈加热金属自耗电极进行预热，加速金属自耗电极的熔化，减少辊芯在渣池的停留时间，加速金属自耗电极熔化并焊合在焊合于辊芯的表面；

(3)本发明的一种预热自耗电极电渣重熔生产复合轧辊方法，电渣重熔装置中结晶器为偏心式结晶器，分为上结晶器和下结晶器，下结晶器的直径小于上结晶器的直径，下结晶器设置于上结晶器的下部，且上结晶器和下结晶器轴心不在同一条直线上，可使得金属自耗电极在熔炼过程中不受辊芯位置和大小的影响，使得轧辊工作面的厚度可任意调整；金属自耗电极外部围绕有感应线圈，可使重熔过程对自耗电极预热，加速电极的熔化，从而减少辊芯在渣池的停留时间，避免了辊芯表层的大量熔化，同时又能使辊芯与辊身有效焊合；

(4)本发明的一种预热自耗电极电渣重熔生产复合轧辊方法，偏心式结晶器周边设置有电磁搅拌线圈，电磁搅拌线圈的设置范围从下结晶器上端区域至上结晶器顶端，使得金属自耗电极在上结晶器的渣池内在重熔过程发生搅动，促进渣池温度的均匀，同时促进轧辊工作面材料能够更加均匀地涂覆在轧辊辊芯表面；

(5)本发明的一种预热自耗电极电渣重熔生产复合轧辊方法，偏心式结晶器周边设置有电磁搅拌线圈，电磁搅拌线圈的设置范围从下结晶器上端区域至上结晶器顶端，下结晶器上端区域处通过电磁搅拌加快该区域金属液流动，同时可以使熔池细化晶粒，提高轧辊工作面的凝固质量；

(6)本发明的一种预热自耗电极电渣重熔生产复合轧辊方法，上结晶器内沿开口侧边沿设置导流挡坝，通过导流挡坝可以将金属自耗电极附近金属液导流至远处，加快轧辊辊芯背离金属自耗电极面轧辊工作层的涂覆，促进轧辊工作面材料更均匀地涂覆在轧辊辊芯表面。

(7)本发明的一种预热自耗电极电渣重熔生产复合轧辊方法，在下结晶器上端外设置有振动机构，通过振动细化熔池晶粒，强化轧辊工作面的质量。

附图说明

图1为本发明中的一种预热自耗电极生产复合轧辊的电渣重熔装置的结构示意图；

图2为本发明中的一种预热自耗电极生产复合轧辊的电渣重熔装置的俯视图；

图3为本发明中的一种预热自耗电极生产复合轧辊的电渣重熔装置的使用过程结构示意图；

图4为本发明中的一种预热自耗电极生产复合轧辊的电渣重熔装置的使用过程俯视图；

图5为本发明中的一种预热自耗电极生产复合轧辊的电渣重熔装置的导流挡坝截面放大结构示意图。

图6为实施例3的结构示意图；

图7为实施例4的结构示意图；

图8为实施例5的结构示意图；

图9为实施例6的结构示意图；

图10为本发明的一种预热自耗电极电渣重熔生产复合轧辊方法的流程图。

示意图中的标号说明：

110、上结晶器；111、导流挡坝；1112、引流槽；111A、迎流面；111B、背流面；112、开口侧；113、熔炼侧；120、下结晶器；121、振动机构；

200、电磁搅拌线圈；210、下搅拌线圈；

300、底水箱；

400、变压器；

510、金属自耗电极；520、辊芯；530、渣池；540、熔池。

600、感应线圈；610、线圈防护罩；611、防护罩侧板。

具体实施方式

下文对本发明的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本发明的元件和特征由附图标记标识。

实施例1

本发明的一种预热自耗电极电渣重熔生产复合轧辊方法，以辊芯520作为复合轧辊的内层金属，将金属自耗电极510的底部插入上结晶器110中，加热部件对金属自耗电极510进行预热，加速金属自耗电极510熔化并焊合在焊合于辊芯520的表面，得到复合轧辊。

如图10所示，一种预热自耗电极电渣重熔生产复合轧辊方法具体实施步骤为：

步骤一、设备安装

将金属自耗电极510设置于上结晶器110熔炼侧113上方，辊芯520置于下结晶器120中，底水箱300在下结晶器120底部支撑辊芯520，底水箱300与金属自耗电极510电连接形成电回路；

步骤二、自耗电极预加热

金属自耗电极510设置有加热部件，加热部件用于加热金属自耗电极510，打开感加热部件对金属自耗电极510进行预加热；

步骤三、电渣重熔

将重熔渣熔化以后倒入偏心结晶器中，形成渣池530，将金属自耗电极510的一端插入渣池530中，金属自耗电极510熔化形成金属液均匀分布在上结晶器110开口侧112上方渣池530中，均匀落到熔池540中；

步骤四、轧辊焊合与凝固

熔池540中金属液经过冷却凝固，焊合到辊芯520的表面，通过不断拉动底水箱300进行抽锭，得到轧辊成品。

参照图1、图2、图3和图4所示，本实施例的一种预热自耗电极生产复合轧辊的电渣重熔装置，包括偏心式结晶器、底水箱300和金属自耗电极510；该偏心式结晶器包括上结晶器110和下结晶器120，上结晶器110和下结晶器120轴心不在同一条直线上，下结晶器120设置于上结晶器110的下部；上结晶器110的底部包括开口侧112和熔炼侧113，开口侧112的下方连接下结晶器120，开口侧112的形状与下结晶器120上端口面相吻合；上结晶器110底面除开口侧112，其他区域为熔炼侧113，熔炼侧113上方竖直设置有金属自耗电极510；使用时，沿下结晶器120轴心线设置有辊芯520，辊芯520为金属复合轧辊的内层金属材料。

在电渣重熔冶炼过程中，若金属自耗电极510与辊芯520之间的距离过小，金属自耗电极510附近处高温使得辊芯520过度熔化，影响下方轧辊工作面材料与辊芯520的焊合，影响轧辊工作面材料与辊芯520焊合的牢固性，为避免该情况发生，现有技术中限制了辊芯520的直径，使得生产过程中轧辊工作面厚度受到限制。而本实施例中，由于上结晶器110和下结晶器120轴心线不在同一条直线上，所以金属自耗电极510的轴心与辊芯520的轴心线不在一条直线上，金属自耗电极510与辊芯520不触碰，且上结晶器110的直径为Φ，下结晶器120的直径为

本实施例中选用

金属自耗电极510轴心到上结晶器110圆心距离为D1，1/2Φ＞D1≥1/4Φ，本实施例优选D1＝1/4Φ，下结晶器120轴心到上结晶器110圆心距离为D2，1/2Φ＞D2≥1/4Φ，本实施例优选D2＝1/4Φ。且下结晶器120的侧壁与上结晶器110的开口侧112的侧壁相切，通过此布置，实现金属自耗电极510与辊芯520距离的增加，使金属自耗电极510在熔炼过程中不受辊芯520位置和大小的影响，不同直径的辊芯520的放置不会触碰到金属自耗电极510而影响金属自耗电极510的熔化，所以轧辊工作面的厚度可通过改变辊芯520直径任意调节，下结晶器120的内径为D，生产轧辊工作面厚度为h，辊芯520的直径为d，d＝D-2h；该放置方式提高生产轧辊的质量，在电渣重熔过程中，金属自耗电极510与渣池530接触处温度较高，金属自耗电极510与辊芯520轴心线距离较远，可以防止渣池530对辊芯520表面的过度熔化而影响下方轧辊工作面材料与辊芯520的焊合，使轧辊工作面材料与辊芯520牢固焊合，保证轧辊质量。

金属自耗电极510外部围绕有感应线圈600，本实施例中感应线圈600的频率为1-10KHz，本实施例优选5KHz，可使重熔过程对金属自耗电极510预热，加速金属自耗电极510的熔化，从而减少辊芯520在渣池530的停留时间，避免了辊芯520表层的大量熔化，同时又能使辊芯520与轧辊工作面材料有效焊合。

本实施例的偏心式结晶器周边设置有电磁搅拌线圈200，本实施例中电磁搅拌线圈200的频率为2-10Hz，本实施例优选5Hz，电磁搅拌线圈200的作用范围为上结晶器110的渣池530内。在上结晶器110的渣池530内，通过电磁搅拌线圈200的搅拌作用，使得金属自耗电极510在渣池530内重熔形成的金属液发生搅动，使金属液在渣池530内的均匀分布，促进轧辊工作面材料能够更加均匀地涂覆在辊芯520表面。

本实施例的上结晶器110内，所述开口侧112靠近金属自耗电极510的一侧设有导流挡坝111，导流挡坝111为弧形，本实施例中，导流挡坝111中心在金属自耗电极510轴心与下结晶器120轴心的一条直线上，导流挡坝111的弧长为所在圆周长的1/4，导流挡坝111高度为下结晶器120内径的1/4。

金属自耗电极510在渣池530内重熔出金属液后向下结晶器120内辊芯520方向扩散，加入导流挡坝111后，金属液冲击到导流挡坝111上，由于导流挡坝111导流作用，一部分金属液沿导流挡坝111弧形方向向导流挡坝111的两侧流动，使金属液流向更远处，加快轧辊辊芯520背离金属自耗电极510面轧辊工作层的涂覆，促进轧辊工作面材料更均匀地涂覆在轧辊辊芯520表面。

本实施例的下结晶器120上端外置有振动机构121，振动机构121的作用范围是熔池540位置，振动机构121在下结晶器120外环绕设置，为敲击振动，金属液滴落至熔池540后凝固，内部晶体开始形核长大，振动机构121敲击振动作用，振动波传入熔池540内，部分正在长大的晶体组织受振动后破碎，产生更多的形核核心，形成性能更好的晶体组织。

本实施例的底水箱300设置在下结晶器120的下方，与辊芯520连接，本实施例中底水箱300材料为铜，辊芯520向下方移动，底水箱300与金属自耗电极510连接至电源，本实施例中电源为交流电源，通过变压器400变压，底水箱300与金属自耗电极510构成电回路。

实施例2

如图5所示，本实施例基本同实施例1，不同的地方在于本实施例中导流挡坝111迎流面111A与底端面夹角α＝45°，导流挡坝111背流面111B与底端面夹角β＝70°，导流挡坝111高度为上结晶器110底面至金属自耗电极510底面距离的1/4，当金属液冲击到导流挡坝111上时，未被引流的一部分金属液直接越过导流挡坝111顶部，导流挡坝111截面方向顶部为圆弧形，金属液更易越过导流挡坝111顶部；导流挡坝111迎流面111A与底端面夹角α小于导流挡坝111背流面111B与底端面夹角β，金属液从迎流面111A方向流过时，由于坡度较小，较易通过，金属液若向背流面111B方向流动时，由于坡度较大，则阻力较大，不易流过，所以该设置一定程度上可防止金属液的回流，使金属液尽可能多地聚集在上结晶器110的开口侧112，促进轧辊工作面金属液在开口侧112的均匀分布，提高金属液涂覆速度，提高轧辊生产效率。

实施例3

如图6所示，本实施例基本同实施例1，不同的地方在于：本实施例在电磁搅拌线圈200下方设置有下搅拌线圈210，下搅拌线圈210的搅拌作用范围包括熔池540及其上方附近区域，熔池540上方附近区域温度较低，该区域内金属液温度较难控制，容易凝固导致熔炼过程中断，通过下搅拌线圈210搅拌作用后，促进该区域金属液与上方温度较高的金属液的交互流动，缓解该区域温度的降低；在下搅拌线圈210的搅拌作用下熔池540发生流动，使得正在生产的柱状晶破碎，产生更多的形核核心，从而促进了柱状晶向等轴晶的转化。提高轧辊工作面的质量。

实施例4

如图7所示，本实施例基本同实施例1，不同的地方在于本实施例中导流挡坝111迎流面111A朝金属液流动方向设置。在电磁搅拌线圈200作用下，渣池530内金属液呈螺旋状做向心运动，旋转搅拌，金属液冲击到导流挡坝111迎流面111A后，由于导流作用，部分金属液向上结晶器110边缘运动，增加金属液运动至开口侧112的几率，促进开口侧112处金属液聚集与均匀。

实施例5

参考图8，本实施例基本同实施例1，不同的地方在于本实施例的导流挡坝111设置有引流槽1112，本实施例中引流槽1112底部高度为导流挡坝111的1/2。被导流挡坝111导流至导流挡坝111两侧的部分金属液可通过引流槽1112直接引流进入开口侧112处，促进开口侧112处金属液聚集与均匀。

实施例6

参考图9，本实施例基本同实施例1，不同的地方在于本实施例的感应线圈600与上结晶器110之间设置有线圈防护罩610，该线圈防护罩610设置为U形或者凹槽形，即线圈防护罩610的端部设置有向上延伸的防护罩侧板611，该防护罩侧板611用于对感应线圈600底部进行保护，避免侧面的辐射损耗对感应线圈600，可以避免使用过程中熔渣的高温产生的辐射热对感应线圈600产生损害。

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

1.一种预热自耗电极电渣重熔生产复合轧辊方法，其特征在于：所述方法的步骤为：

步骤一、安放内层金属

将金属自耗电极（510）设置于上结晶器（110）熔炼侧（113）上方，辊芯（520）放置置于下结晶器（120）中作为复合轧辊的内层金属，底水箱（300）在下结晶器（120）底部支撑辊芯（520）；其中上结晶器（110）的直径为R，下结晶器（120）的直径为φ，Φ≥2φ；金属自耗电极（510）轴心到上结晶器（110）圆心距离为D1，1/2R＞D1≥1/4R；下结晶器（120）轴心到上结晶器（110）圆心距离为D2，1/2R＞D2≥1/4R；

步骤二、自耗电极预加热

打开感应线圈（600），对金属自耗电极（510）进行预加热；

步骤三、电渣重熔

将重熔渣熔化以后倒入偏心结晶器中形成渣池（530），将金属自耗电极（510）的一端插入渣池（530）中，金属自耗电极（510）与底水箱（300）电连接形成电回路；金属自耗电极（510）熔化、精炼后进入熔池（540）；上结晶器（110）底面除开口侧（112），其他区域为熔炼侧（113），熔炼侧（113）上方竖直设置有金属自耗电极（510）；上结晶器（110）内，所述开口侧（112）靠近金属自耗电极（510）的一侧设有导流挡坝（111），导流挡坝（111）为弧形；加入导流挡坝（111）后，金属液冲击到导流挡坝（111）上，由于导流挡坝（111）导流作用，一部分金属液沿导流挡坝（111）弧形方向向导流挡坝（111）的两侧流动，使金属液流向更远处，加快轧辊辊芯（520）背离金属自耗电极（510）面轧辊工作层的涂覆，促进轧辊工作面材料更均匀地涂覆在轧辊辊芯（520）表面；导流挡坝（111）迎流面与底端面夹角α小于导流挡坝（111）背流面夹角β;

步骤四、外层金属凝固焊合

熔池（540）中的金属液冷却凝固并焊合于辊芯（520）的表面形成复合轧辊的内层金属，得到双金属复合轧辊。

2.根据权利要求1所述的一种预热自耗电极电渣重熔生产复合轧辊方法，其特征在于：所述的偏心结晶器包括上结晶器（110）和下结晶器（120），下结晶器（120）的直径小于上结晶器（110）的直径，下结晶器（120）设置于上结晶器（110）的下部，且上结晶器（110）和下结晶器（120）轴心不在同一条直线上。

3.据权利要求1所述的一种预热自耗电极电渣重熔生产复合轧辊方法，其特征在于：下结晶器（120）的直径为φ，生产轧辊工作面厚度为h，辊芯（520）的直径为d，d=φ-2h。

4.根据权利要求1所述的一种预热自耗电极电渣重熔生产复合轧辊方法，其特征在于：上结晶器（110）的外侧设置有电磁搅拌线圈（200），该电磁搅拌线圈（200）用于对上结晶器（110）内的金属液进行搅拌。

5.根据权利要求1所述的一种预热自耗电极电渣重熔生产复合轧辊方法，其特征在于：所述的金属自耗电极（510）围绕有感应线圈（600），该感应线圈（600）用于加热金属自耗电极（510），感应线圈（600）的频率为1-10KHz。

6.根据权利要求1所述的一种预热自耗电极电渣重熔生产复合轧辊方法，其特征在于：所述下结晶器（120）的上端设有震动机构（121），该震动机构（121）用于振动凝固过程中的金属液。

7.根据权利要求1所述的一种预热自耗电极电渣重熔生产复合轧辊方法，其特征在于：导流挡坝（111）迎流面（111A）与底端面夹角α=30°-45°，导流挡坝（111）背流面（111B）与底端面夹角β=60°-80°。