CN108372286A - 一种电渣重熔法制备双金属复合轧辊的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种电渣重熔法制备双金属复合轧辊的装置及方法，装置包括T型结晶器的上部结晶器和下部水冷结晶器；上部结晶器为导电结晶器，与下部水冷结晶器绝缘隔断，下部水冷结晶器装配液位检测仪；重熔复合变压器电源通过短网导线与上部结晶器连接；方法为：化渣结束后，断开化渣供电回路；浇渣时，当结晶器内渣池的液面没过导电石墨块下沿时，轧辊辊芯预热供电回路导通并对辊芯进行预热；预热结束，关闭此回路并降低自耗电极至其端部插入渣池以导通电极熔化与双金属复合供电回路，随之进行双金属的熔炼复合。本发明通过改善电渣试验装置及供电回路的方法对辊芯表面处的温度场进行了合理的优化，以便制备出界面结合质量更趋良好的双金属复合轧辊。

Description

一种电渣重熔法制备双金属复合轧辊的装置及方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种电渣重熔法制备双金属复合轧辊的装置及方法。

背景技术

近年来，随着先进轧机和高效轧制技术的问世，轧辊生产线向着大型化、高速化和自动化方向发展，使得作为轧钢生产中的主要消耗设备——轧辊的使用工况变得更为苛刻。轧辊的性能好坏直接影响轧机的生产效率、轧材的表面质量和轧制成本，因此，对轧辊材质和生产工艺的研究已成为国内外轧辊及冶金行业共同关注的问题。

众所周知，传统单一材质合金轧辊难以同时满足轧制过程中对其耐磨性和强韧性的双重要求，为此，在企业实际生产中为了保证不断辊，往往是采用了强韧性很好而耐磨性一般的轧辊，这就使得轧辊寿命很低，严重影响了轧钢企业的经济效益；为此，研究开发高质量、高寿命的新型轧辊以适应我国轧钢企业发展的需要已成为轧辊产业的重要课题。

而对于双金属复合轧辊，由于轧辊辊芯和工作层的材质不同，因而使得轧辊制造者选用耐磨性好的高合金材料作为轧辊工作层及选用强韧性良好的金属材料作为轧辊辊芯成为了可能，如此，不仅可以解决单一材质合金轧辊耐磨性和强韧性之间的矛盾，而且还可以节约大量的贵重金属材料，参见《Thermal behavior of high speed steel workrolls in the finishing stands of a hot strip mill》(Iron&Steelmaker,1997,24(5):55-60)，节约轧辊的生产制造成本；因此，双金属复合轧辊的研究、生产和使用必将成为适应现代轧制生产的新方向。

目前，国内外生产制备双金属复合轧辊的方法主要有离心浇铸法、连续浇注外层成形法、电渣重熔法、电渣液态浇注法等。由于电渣重熔技术的自身优势，其生产的电渣锭成分及组织高度均匀、金属致密，不仅保证了轧辊表面硬度的均匀性，更有利于提高轧制产品的表面光洁度，因此，国内外关于电渣冶金法制备双金属复合轧辊的研究报道也是层出不穷《电渣冶金法制造轧辊技术研究进展》(材料与冶金学报,2011,10(S1):43-52)。这些报道主要集中在以下三个方面：1，改善自耗电极的形状(丝状、棒状、管状)、个数、分布及结晶器的旋转等以提高熔炼制备过程环向的均匀、稳定，参见《Development of highperformance new composite roll》(ISIJ International,1992,32(11):1244-1249)；2，调整电渣试验装置，将自耗电极的熔化与双金属的复合过程分开，采用金属液与辊芯进行复合的《一种复合轧辊的制造方法》(中国专利,ZL95117832.6[P].1996.08)、《轧辊表面电渣加热与复合技术的研究》(学位论文,南昌大学,2008.39-58)；3，不使用自耗电极而直接进行液态金属的浇注复合的《一种复合轧辊的制造方法和装置》(中国专利,ZL96114043.7[P].2002.01)、《Concept of a universal ESR furnace for the production of largeingots》(Russia Metallurgy,2011,(12):1118-1123)、《Experimental and SimulationStudies on Fabricating GCr15/40Cr Bimetallic Compound Rollers UsingElectroslag Surfacing with Liquid Metal Method》(Journal of Iron and SteelResearch,International,2014,21(9):869-877)；以上研究中，调整电渣试验装置及直接进行液态金属的浇注复合相对于传统电渣重熔过程而言无疑均会引入新的试验装置及控制环节，增加了试验装置的复杂程度及各参数间的匹配难度。而直接采用自耗电极所开展的双金属复合轧辊的电渣熔炼制备试验则相对简单，方便操作和控制。

由于界面是复合材料特有的极其重要的组成部分，复合轧辊的性能与其界面性质密切相关，可以说是复合轧辊制备成败的关键所在。而双金属结合界面的结合状态，直接关系到复合轧辊的性能发挥；因而，电渣重熔法制备双金属复合轧辊不同于传统电渣重熔过程，在双金属复合轧辊的电渣熔炼复合过程中，控制渣池温度进而控制双金属结合界面的结合质量十分重要；而在传统电渣重熔法制备双金属复合轧辊的研究中，多采用变压器→短网→自耗电极→液态渣池→辊芯→底水箱→短网→变压器等供电回路，然而，此供电回路方案下，辊芯作为供电回路的一极，经长时间熔炼时发生熔化是不可避免的，同时因电流在自耗电极与辊芯间渣池内聚集，于此处渣池形成一明显的局部高温区，在保证自耗电极熔化的前提下亦会造成辊芯表面的大量熔化，从而不利于双金属在界面处形成良好、均匀的结合界面；此外，传统电渣重熔法制备双金属复合轧辊的研究中均未预先对辊芯进行预热，如此便易造成熔炼复合初期辊芯对高温渣池或工作层金属熔池产生激冷作用进而产生界面夹渣严重及欠结合的缺陷；综上所述，传统电渣重熔法制备双金属复合轧辊过程存在的种种不足亟待解决，否则将无法制备出性能合格的复合轧辊。

发明内容

为了克服传统电渣重熔法制备复合轧辊过程中供电回路方案的不足及试验前期辊芯缺乏有效预热而造成双金属界面结合缺陷的不足等问题，本发明提供一种电渣重熔法制备双金属复合轧辊的装置及方法，通过调整复合轧辊熔炼体系中电流的流通路径来改变渣池的高温区位置，同时将轧辊辊芯从供电回路中解放出来以使其免于成为供电回路的一极，避免了轧辊辊芯表面的过度熔化，进而不仅提高了双金属结合界面的均匀性还有效地改善了其结合质量。

本发明的一种电渣重熔法制备双金属复合轧辊的装置包括重熔复合变压器电源7、重熔复合短网8、重熔自耗电极9、结晶器法兰11、T型结晶器的上部结晶器12、T型结晶器的下部水冷结晶器20、引锭板18和大电流控制开关19；结晶器法兰11上方与溜渣槽6相配合，溜渣槽6的顶端与有衬电渣炉相配合；所述的有衬电渣炉包括炉壳1、镁砂炉衬2、导电底块3、有衬电渣炉溜嘴5、石墨电极26、化渣短网25和化渣变压器电源24；并且有衬电渣炉配套有移动台车和升炉翻包机构；重熔复合短网8的两端分别与重熔自耗电极9和引锭板18连接，重熔复合短网8与引锭板18连接的导线上设置有大电流控制开关19；引锭板18顶面与轧辊辊芯17底面固定连接；其中上部结晶器12为导电结晶器，由非导电本体12-2和导电石墨块12-1组成，导电石墨块12-1覆盖固定在非导电本体的内壁和顶面，导电石墨块12-1位于结晶器法兰11下方；上部结晶器12与下部水冷结晶器20之间用耐高温绝缘板23隔断，下部水冷结晶器20的侧壁上装配有液位检测仪28的探头；重熔复合变压器电源7还通过短网导线与上部结晶器12上的导电石墨板12-1连接。

上述装置中，液面检测仪28选用型号为ML0C-2M，包括上传感器探头21和下传感器探头22；两个传感器探头穿过下部水冷结晶器内壁，其前端面与下部水冷结晶器的内壁平齐；两个传感器探头的高度差为15～20mm，两个传感器探头的轴线在水平面上的投影形成夹角θ或重合。

上述的化渣短网25的两端分别与石墨电极26和导电底块3连接。

上述的化渣变压器电源24与重熔复合变压器电源7为同一电源。

上述的耐高温绝缘板23的材质为石棉。

上述装置中，重熔复合变压器电源7、重熔复合短网8、导电石墨块12-1、重熔复合液态渣池10、轧辊辊芯17、引锭板18与大电流控制开关19构成辊芯预热供电回路。

上述装置中，重熔复合变压器电源7、重熔复合短网8、重熔自耗电极9、重熔复合液态渣池10和导电石墨块12-1构成电极熔化与双金属复合供电回路。

上述装置中，化渣变压器电源24、化渣短网25、石墨电极26、有衬电渣炉内化渣液态渣池27和导电底块3构成有衬电渣炉化渣系统供电回路。

上述装置中，溜渣槽6由溜渣槽钢壳6-1、溜渣槽镁砂内衬6-2和石墨槽6-3构成，石墨槽6-3的横截面为半圆环形，溜渣槽镁砂内衬6-2填充在石墨槽6-3和溜渣槽钢壳6-1之间。

上述装置中，自耗电极为一个或多个，当自耗电极为多个时，各自耗电极均匀分布在辊芯周围，且各自耗电极与轧辊辊芯间距相同。

本发明的电渣重熔法制备双金属复合轧辊的方法是采用上述装置，包括以下步骤：

1、将自耗电极焊接于假电极上并悬挂固定在电渣炉横梁支臂上；将轧辊辊芯立于引锭板上并焊接固定，使得轧辊辊芯与T型结晶器保持轴线重合；引锭板与结晶器下沿采用镁砂和石棉绳密封；

2、将渣料置于电阻炉中烘烤后随炉冷却备用；

3、连通有衬电渣炉化渣系统供电回路，在有衬电渣炉中利用石墨电极进行化渣；化渣结束后，断开有衬电渣炉化渣系统供电回路；

4、连接电极熔化与双金属复合供电回路和辊芯预热供电回路，闭合重熔复合短网上的大电流控制开关，通过移动台车和升炉翻包机构进行升炉翻包，将有衬电渣炉内渣液经有衬电渣炉溜嘴倒入溜渣槽，再沿溜渣槽流入T型结晶器内壁与轧辊辊芯之间；

5、随着渣液的浇入，当T型结晶器内形成的重熔复合液态渣池的液面没过上部结晶器的导电石墨块下沿时，轧辊辊芯预热供电回路自动导通，重熔复合液态渣池中不断产生的电阻热一方面使重熔复合液态渣池温度继续升高，另一方面对轧辊辊芯快速预热；

6、随着轧辊辊芯不断地被高温渣池预热，其表面温度逐渐升高，预热完成后，断开大电流开关，关闭轧辊辊芯预热供电回路；然后降低自耗电极至其端部插入重熔复合液态渣池，此时电极熔化与双金属复合供电回路导通，通过供电电压和电流等参数的调整调节自耗电极插入渣池的深度；

7、随着自耗电极的不断熔化，形成的工作层金属熔池不断填充结晶器与轧辊辊芯间的间隙，并在辊芯表面处开始双金属的复合过程，形成复合工作层；在下部结晶器的强制水冷作用下，复合工作层快速凝固；随着双金属复合过程的进行，启动抽锭系统进行抽锭并使重熔复合液态渣池和工作层金属熔池保持稳定，进而保持电极熔化与双金属复合过程的稳定有序进行；

8、随着抽锭的进行，复合工作层长度不断增加，当达到所需长度后，抬升自耗电极脱离重熔复合液态渣池，使电极熔化与双金属复合供电回路断开，同时停止抽锭，即已制成轧辊辊芯外复合有工作层的双金属复合轧辊。

上述方法中，自耗电极成分即为轧辊工作层用材质成分。

上述方法中，轧辊辊芯上预先焊接有圆盘，该圆盘外径与T型结晶器内壁相配合；在圆盘与引锭板之间填充铝粉并用石棉布环向包裹固定，用于保护此段轧辊辊芯留作辊颈使用；当抽锭系统启动后，引锭板和圆盘之间的铝粉在石棉布的包裹下仅部分流出，剩余的部分对轧辊辊芯起到良好的保护作用。

上述方法中，控制重熔复合液态渣池与工作层金属熔池界面位于两个液位检测仪探头所在的高度范围之内；通过液位检测仪检测重熔复合液态渣池底部(即工作层金属熔池顶面)的变化，根据该变化调节自耗电极的熔速及复合轧辊的抽锭速度。

本发明设计了有别于传统电渣重熔法制备复合轧辊的供电回路，即重熔复合变压器电源→重熔复合短网→自耗电极→重熔复合液态渣池→导电结晶器→重熔复合短网→重熔复合变压器电源回路；通过调整双金属复合轧辊体系中电流的流通路径来改变渣池的高温区位置，使之位于自耗电极与导电结晶器间的重熔复合液态渣池中，进而远离轧辊辊芯表面及减少重熔复合液态渣池向轧辊辊芯表面的传热；同时，相对于传统电渣重熔法制备复合轧辊过程的供电回路，本发明所开发的供电回路还有效地将轧辊辊芯从供电回路中解放出来使其免于成为供电回路的一极；如此，在保证自耗电极具有一定熔化速度的前提下避免了轧辊辊芯表面的过度熔化，进而不仅提高了双金属结合界面的均匀性还有效地改善了其结合质量。

由于液渣浇入结晶器及轧辊辊芯间的间隙后，受轧辊辊芯、结晶器的激冷作用而很快发生降温凝固过程，若此时立即启动电极熔化与双金属复合供电回路，则不仅使得双金属在界面处难以有效复合还会造成渣池底部、辊芯表面等处的大量夹渣；因而，本发明设计了复合轧辊制备前期仅轧辊辊芯进行预热而无自耗电极参与的供电回路，即重熔复合变压器电源→重熔复合短网→轧辊辊芯→重熔复合液态渣池→导电结晶器→重熔复合短网→重熔复合变压器电源回路。在此供电回路中，辊芯作为供电回路的一极，其升温迅速，短时间内即可将其预热至一定温度；随后断开此供电回路，降低自耗电极至其端部插入重熔复合液态渣池，使电极熔化与双金属复合供电回路自动启动，随之电极熔化并匹配抽锭以实现双金属的复合过程；两供电回路间可实现便捷切换。

本发明的方法采用液渣启动增加了其操作的稳定性，在双金属熔炼复合系统中增添了辊芯预热供电回路及改变了电极熔化与双金属复合供电回路。本发明通过改善电渣试验装置及供电回路的方法对辊芯表面(即双金属结合界面)处的温度场进行了合理的优化，以便制备出界面结合质量更趋良好的双金属复合轧辊；此外，本发明中所使用的渣金液位检测仪可动态实时监测渣金界面的位置，它的使用为合理调整抽锭速度以确保渣金界面、渣池表面的稳定提供了保障。而双金属熔炼复合过程渣金界面、渣池表面的稳定是保证整个复合轧辊制备过程稳定进行的前提，更是制备出结合界面均匀、结合性能良好的双金属复合轧辊的有力保障。因而，渣金液位检测仪的使用大大促进了双金属复合轧辊制备过程的顺利进行。

附图说明

图1为本发明的电渣重熔法制备双金属复合轧辊的装置剖面结构示意图；

图2为本发明的有衬电渣炉化渣系统剖面结构示意图；

图3为图1中的溜渣槽剖面结构示意图；

图4为图1中的导电结晶器剖面结构示意图；

图5为液位检测仪结构示意图；

图中，1、炉壳，2、镁砂炉衬，3、导电底块，4、炉内残留凝渣，5、有衬电渣炉溜嘴，6、溜渣槽，6-1、溜渣槽钢壳，6-2、溜渣槽镁砂内衬，6-3、石墨槽，7、重熔复合变压器电源，8、重熔复合短网，9、自耗电极，10、重熔复合液态渣池，11、结晶器法兰，12、上部结晶器，13、熔滴，14、工作层金属熔池，15、已复合的工作层，16、圆盘，17、轧辊辊芯，18、引锭板，19、大电流控制开关，20、下部水冷结晶器，21、上传感器探头，22、下传感器探头，23、耐高温绝缘板，24、化渣变压器电源，25、化渣短网，26、石墨电极。27、有衬电渣炉液态渣池，28、二次仪表，28-1、下液位检测仪示数面板，28-2、上液位检测仪示数面板，28-3、调节旋钮，29、结晶器支撑平台。

图6为本发明实施例1中的GCr15/45钢双金属复合轧辊铸坯的抽锭过程及铸坯外观照片图；图中，(a)抽锭过程，(b)铸坯外观；

图7为本发明实施例1中的轧辊辊芯表面与高温渣池接触区的预热形貌照片图；

图8为本发明实施例1中的GCr15/45钢双金属复合轧辊铸坯结合界面宏观形貌图；图中，(a)未腐蚀，(b)4％硝酸酒精腐蚀；

图9为本发明实施例2中的高速钢/球墨铸铁双金属复合轧辊铸坯的外观照片图。

具体实施方式

本发明的自耗电极材质为轧辊工作层材质，形状为管状或多根棒状；当自耗电极为多根棒状时，其焊接时应保证其在环向上均匀、紧密排列，且垂直性良好，以便在双金属熔炼复合过程中始终保持自耗电极距辊芯表面间距一定。

本发明采用T型结晶器有利于增大渣池体积，提高渣池发热量及辊芯的预热程度，同时也利于调节自耗电极距辊芯表面距离及轧辊工作层的厚度。

本发明的导电结晶器因其内壁的导电石墨块具有保温作用，使得重熔复合液态渣池在内壁处不凝固，因而能够形成良好的导电效果。

本发明采用液位检测仪，通过其实时动态监测，使重熔复合液态渣池的液面控制在一定的高度范围内，提高双金属复合过程的稳定性和安全性；

本发明实施例中，液位检测仪在每次复合轧辊制备试验开始前均需进行标定。

本发明实施例中，待重熔复合液态渣池凝固后，及时将刚刚完成复合的双金属复合轧辊铸坯抽出结晶器并放入电阻炉中进行加热保温，去除其应力集中(尤其是双金属界面区)，减少轧辊铸坯的开裂倾向。

本发明实施例中，结晶器法兰通过螺栓与溜渣槽固定在一起。

本发明实施例中，考虑到探头对结晶器内冷却水路制作及其冷却能力的影响，两个传感器探头的轴线在水平面上的投影形成夹角θ≥120°。

本发明实施例中，结晶器法兰与结晶器支撑平台通过螺栓连接对T型结晶器进行固定。

本发明实施例中，有衬电渣炉化渣结束后，升炉翻包并保持有衬炉溜嘴与溜渣槽的悬空端近乎贴合，以减少浇渣过程的冲击喷溅，促进其浇渣过程快速平稳进行。

本发明实施例中，每次复合过程有衬电渣炉化渣系统及浇渣系统中的渣损被密切关注并综合双金属熔炼复合系统所需渣量进行化渣。

本发明实施例中，轧辊辊芯预热供电回路通电5～10分钟。

本发明实施例中，抽锭速度的设定是综合支臂行程变化计算的电极熔速及渣金液位检测仪的监测结果而定的，是保证双金属熔炼复合过程能否稳定、有序进行的关键。

本发明实施例中，液面检测仪结构如图5所示，包括二次仪表28及通过电缆连接的上传感器探头21和下传感器探头22；二次仪表28上设有下液位检测仪示数面板28-1、上液位检测仪示数面板28-2和调节旋钮28-3，其工作原理是将一个闭环磁系统放在各种漏磁环境下，测量变化的磁通量在具有开环磁路的变压器二次线圈中产生的电动势(EMF)，根据电动势大小标定出渣金界面的位置；两个传感器探头端面的直径均为25mm；当金属熔池的液面逐渐上涨至传感器探头端部处时，传感器探头端部接触到钢液，测量到的磁通量就会发生变化，在具有开环磁路的变压器二次线圈中产生的电动势也会随之变化，然后再通过二次仪表28将信号进行转换，直接可以在二次仪表上显示出金属熔池液面的高度变化，用来直接监测金属熔池渣金液面的位置。

本发明实施例中，制备双金属复合轧辊前，通过液面检测仪二次仪表上的调节旋钮分别进行“零刻度”和“满刻度”量程标定；“零刻度”标定时，将安装好的的液面检测仪上、下传感器探头曝露在空气中进行标定；而在“满刻度”标定时，利用所熔炼复合轧辊工作层材质钢块紧密贴合遮盖上、下液面检测仪探头进行标定。

本发明实施例中的圆盘材质为钢，其厚度为15mm。

本发明实施例中圆盘与引锭板的间距为200mm。

本发明实施例中导电石墨块的材质为石墨。

本发明实施例中耐高温绝缘板23的材质为石棉。

本发明实施例中的电渣重熔法制备双金属复合轧辊的装置结构如图1所示，包括重熔复合变压器电源7、重熔复合短网8、重熔自耗电极9、结晶器法兰11、T型结晶器的上部结晶器12、T型结晶器的下部水冷结晶器20、引锭板18和大电流控制开关19；结晶器法兰11上通过螺栓与溜渣槽6固定在一起，溜渣槽6的顶端与有衬电渣炉溜嘴5相配合；结晶器法兰11与结晶器支撑平台29分别通过螺栓连接对T型结晶器进行固定；

有衬电渣炉结构如图2所示，包括炉壳1、镁砂炉衬2、导电底块3、有衬电渣炉溜嘴5、石墨电极26、化渣短网25和化渣变压器电源24；并且有衬电渣炉配套有移动台车和升炉翻包机构；

重熔复合短网8的两端分别与重熔自耗电极9和引锭板18连接，重熔复合短网8与引锭板18连接的导线上设置有大电流控制开关19；引锭板18顶面与轧辊辊芯17底面固定连接；其中上部结晶器12为导电结晶器，结构如图4所示，由非导电本体12-2和导电石墨块12-1组成，导电石墨块12-1覆盖固定在非导电本体的内壁和顶面，导电石墨块12-1位于结晶器法兰11下方；上部结晶器12与下部水冷结晶器20之间用耐高温绝缘板23隔断，下部水冷结晶器20的侧壁上装配有液位检测仪28的探头；重熔复合变压器电源7通过短网导线与上部结晶器12上的导电石墨板12-1连接；

液面检测仪28选用型号为ML0C-2M，包括上传感器探头21和下传感器探头22；两个传感器探头穿过下部水冷结晶器内壁，其前端面与下部水冷结晶器的内壁平齐；两个传感器探头的高度差为15～20mm，两个传感器探头的轴线在水平面上的投影形成夹角θ或重合，考虑到探头对结晶器内冷却水路制作及其冷却能力的影响，其夹角最好是θ≥120°；

化渣短网25的两端分别与石墨电极26和导电底块3连接；

化渣变压器电源24重熔复合变压器电源7为同一电源；

重熔复合变压器电源7、重熔复合短网8、导电石墨块12-1、引锭板18、大电流控制开关19与轧辊辊芯17构成辊芯预热供电回路；

重熔复合变压器电源7、重熔复合短网8、重熔自耗电极9、重熔复合液态渣池10和导电石墨块12-1构成电极熔化与双金属复合供电回路；

化渣变压器电源24、化渣短网25、石墨电极26、有衬电渣炉液态渣池27和导电底块3构成有衬电渣炉化渣系统供电回路；

溜渣槽6结构如图3所示，由溜渣槽钢壳6-1、溜渣槽镁砂内衬6-2和石墨槽6-3构成，石墨槽6-3的横截面为半圆环形，溜渣槽镁砂内衬6-2填充在石墨槽6-3和溜渣槽钢壳6-1之间。

实施例1

采用的轧辊工作层材质为GCr15钢，自耗电极直径为Φ30mm、长度为1500mm，总共有20根自耗电极均匀焊接在轧辊辊芯周围；自耗电极距轧辊辊芯表面间距10mm；采用的轧辊辊芯材质为45#碳钢，轧辊辊芯直径Φ240mm，长度750mm；

采用的渣料成分按质量百分比为CaF₂ 40～55％，CaO 15～25％，Al₂O₃ 20～30％，MgO 0～5％，SiO₂ 0～10％；

采用的T型结晶器中，上部结晶器内径为Φ420mm，下部水冷结晶器内径为Φ350mm，所制备的双金属复合轧辊直径为Φ350mm；上部结晶器和下部水冷结晶器内壁表面设有过渡段；复合的工作层厚度55mm；

有衬电渣炉所化熔渣浇入结晶器与辊芯表面间隙后形成的重熔复合液态渣池，其液面高度高于导电结晶器的导电石墨块下沿60mm；

采用上述装置，制备双金属复合轧辊的方法为：

将自耗电极焊接于假电极上并悬挂固定在电渣炉支臂上；将轧辊辊芯立于引锭板上并焊接固定，使得轧辊辊芯与T型结晶器保持轴线重合；引锭板与结晶器下沿采用镁砂和石棉绳密封；

将渣料置于电阻炉中烘烤后随炉冷却备用；

连通有衬电渣炉化渣系统供电回路，在有衬电渣炉中利用石墨电极进行化渣；化渣结束后，断开有衬电渣炉化渣系统供电回路；

连接电极熔化与双金属复合供电回路和辊芯预热供电回路，闭合重熔复合短网上的大电流控制开关，通过移动台车和升炉翻包机构进行升炉翻包，将有衬电渣炉内渣液经有衬电渣炉溜嘴倒入溜渣槽，再沿溜渣槽流入T型结晶器内壁与轧辊辊芯之间；

随着渣液的浇入，当T型结晶器内形成的重熔复合液态渣池的液面没过导电结晶器的导电石墨块下沿时，轧辊辊芯预热供电回路自动导通，重熔复合液态渣池中不断产生的电阻热一方面使重熔复合液态渣池温度继续升高，另一方面对轧辊辊芯快速预热；

随着轧辊辊芯不断地被高温渣池预热，其表面温度逐渐升高，在预热完成后，断开大电流开关，关闭轧辊辊芯预热供电回路；然后降低自耗电极至其端部插入重熔复合液态渣池，此时电极熔化与双金属复合供电回路导通，通过供电电压和电流等参数的调整调节自耗电极插入渣池的深度；

随着自耗电极的不断熔化，在重熔复合液态渣池内形成熔滴13，并累积形成工作层金属熔池14，工作层金属熔池不断填充结晶器与辊芯表面间的间隙，并在辊芯表面处开始双金属的复合过程，形成复合工作层15；在下部结晶器的强制水冷作用下，复合工作层快速凝固；随着双金属复合过程的进行，启动抽锭系统进行抽锭并使重熔复合液态渣池和工作层金属熔池保持稳定，进而保持电极熔化与双金属复合过程的稳定有序进行；

随着抽锭的进行，复合工作层长度不断增加，当达到所需长度后，抬升自耗电极脱离重熔复合液态渣池，使电极熔化与双金属复合供电回路断开，同时停止抽锭，即已制成轧辊辊芯外复合有工作层的双金属复合轧辊；

轧辊辊芯上预先焊接有圆盘，该圆盘外径与T型结晶器内壁相配合；在圆盘与引锭板之间填充铝粉并用石棉布环向包裹固定，用于保护此段轧辊辊芯留作辊颈使用；当抽锭系统启动后，引锭板和圆盘之间的铝粉在石棉布的包裹下仅部分流出，剩余的部分对轧辊辊芯起到良好的保护作用；

控制重熔复合液态渣池与工作层金属熔池界面位于两个液位检测仪探头所在的高度范围之内；通过液位检测仪检测重熔复合液态渣池底部(即工作层金属熔池顶面)的变化，根据该变化调节自耗电极的熔速以及复合轧辊的抽锭速度；

GCr15/45钢双金属复合轧辊铸坯的抽锭过程及铸坯外观照片如图6所示，轧辊辊芯表面与高温渣池接触区的预热形貌照片如图7所示，GCr15/45钢双金属复合轧辊铸坯结合界面未经腐蚀处理及用4％硝酸酒精溶液腐蚀处理后的宏观形貌分别如图8(a)、(b)所示；由图7、8可见，轧辊辊芯表面呈现出微熔状态，于辊芯表面处形成了界面结合均匀、无气孔、夹杂、裂纹等缺陷的双金属结合界面。

实施例2

采用的轧辊工作层材质为高速钢，采用的轧辊辊芯材质为球墨铸铁；基于辊芯球墨铸铁固/液相线温度较低的特点，所用的渣料成分是经FactSage软件计算优选出的低熔点渣系，其成分按质量百分比为CaF₂ 40～50％，CaO 30～40％，Al₂O₃ 5～15％，SiO₂ 5～10％；

其余方法同实施例1，双金属复合轧辊铸坯的外观照片如图9所示，随着供电回路及低熔点渣系的使用，渣池温度得以有效控制，经解剖分析后，其结合界面同样具有无气孔、夹杂、裂纹等缺陷。

实施例3

采用同实施例2所用自耗电极及辊芯成分相同，所用的渣料成分及渣池没过导电结晶器的导电石墨块下沿深度相同；采用的自耗电极直径Φ50mm，长度2000mm，24根自耗电极均匀焊接；

轧辊辊芯直径Φ590mm，长度1000mm；

T型结晶器的上部结晶器内径Φ820mm，下部水冷结晶器内径Φ750mm，所制备的双金属复合轧辊直径为Φ750mm；

复合的工作层厚度80mm；

方法同实施例1，双金属复合轧辊界面处同样具有无气孔、夹杂、裂纹等缺陷，在轧钢生产中收到了很好的应用效果。

实施例4

采用与实施例3相同尺寸的自耗电极、辊芯、T型结晶器；所用的渣料成分及渣池没过导电结晶器的导电石墨块下沿深度亦相同；其自耗电极根数、双金属复合轧辊直径及复合的工作层厚度亦与实施例3相同。

所用轧辊工作层(自耗电极)材质为高速钢，所用辊芯材质为42CrMo。

方法同实施例1，经解剖分析发现，双金属复合轧辊界面处同样具有无气孔、夹杂、裂纹等缺陷，在轧钢生产中收到了很好的应用效果。

Claims (8)

1.一种电渣重熔法制备双金属复合轧辊的装置，其特征在于包括重熔复合变压器电源7、重熔复合短网8、重熔自耗电极9、结晶器法兰11、T型结晶器的上部结晶器12、T型结晶器的下部水冷结晶器20、引锭板18和大电流控制开关19；结晶器法兰11上方与溜渣槽6相配合，溜渣槽6的顶端与有衬电渣炉相配合；所述的有衬电渣炉包括炉壳1、镁砂炉衬2、导电底块3、有衬电渣炉溜嘴5、石墨电极26、化渣短网25和化渣变压器电源24；并且有衬电渣炉配套有移动台车和升炉翻包机构；重熔复合短网8的两端分别与重熔自耗电极9和引锭板18连接，重熔复合短网8与引锭板18连接的导线上设置有大电流控制开关19；引锭板18顶面与轧辊辊芯17底面固定连接；其中上部结晶器12为导电结晶器，由非导电本体12-2和导电石墨块12-1组成，导电石墨块12-1覆盖固定在非导电本体的内壁和顶面，导电石墨块12-1位于结晶器法兰11下方；上部结晶器12与下部水冷结晶器20之间用耐高温绝缘板23隔断，下部水冷结晶器20的侧壁上装配有液位检测仪28的探头；重熔复合变压器电源7还通过短网导线与上部结晶器12上的导电石墨板12-1连接。

2.根据权利要求1所述的一种电渣重熔法制备双金属复合轧辊的装置，其特征在于所述的液面检测仪28选用型号为ML0C-2M，包括上传感器探头21和下传感器探头22；两个传感器探头穿过下部水冷结晶器内壁，其前端面与下部水冷结晶器的内壁平齐；两个传感器探头的高度差为15～20mm，两个传感器探头的轴线在水平面上的投影形成夹角θ或重合。

3.根据权利要求1所述的一种电渣重熔法制备双金属复合轧辊的装置，其特征在于所述的化渣短网25的两端分别与石墨电极26和导电底块3连接。

4.根据权利要求1所述的一种电渣重熔法制备双金属复合轧辊的装置，其特征在于所述的化渣变压器电源24与重熔复合变压器电源7为同一电源。

5.根据权利要求1所述的一种电渣重熔法制备双金属复合轧辊的装置，其特征在于所述的溜渣槽6由溜渣槽钢壳6-1、溜渣槽镁砂内衬6-2和石墨槽6-3构成，石墨槽6-3的横截面为半圆环形，溜渣槽镁砂内衬6-2填充在石墨槽6-3和溜渣槽钢壳6-1之间。

6.一种电渣重熔法制备双金属复合轧辊的方法，其特征在于采用权利要求1所述的装置，包括以下步骤：

(1)将自耗电极焊接于假电极上并悬挂固定在电渣炉横梁支臂上；将轧辊辊芯立于引锭板上并焊接固定，使得轧辊辊芯与T型结晶器保持轴线重合；引锭板与结晶器下沿采用镁砂和石棉绳密封；

(2)将渣料置于电阻炉中烘烤后随炉冷却备用；

(3)连通有衬电渣炉化渣系统供电回路，在有衬电渣炉中利用石墨电极进行化渣；化渣结束后，断开有衬电渣炉化渣系统供电回路；

(4)连接电极熔化与双金属复合供电回路和辊芯预热供电回路，闭合重熔复合短网上的大电流控制开关，通过移动台车和升炉翻包机构进行升炉翻包，将有衬电渣炉内渣液经有衬电渣炉溜嘴倒入溜渣槽，再沿溜渣槽流入T型结晶器内壁与轧辊辊芯之间；

(5)随着渣液的浇入，当T型结晶器内形成的重熔复合液态渣池的液面没过上部结晶器的导电石墨块下沿时，轧辊辊芯预热供电回路自动导通，重熔复合液态渣池中不断产生的电阻热一方面使重熔复合液态渣池温度继续升高，另一方面对轧辊辊芯快速预热；

(6)随着轧辊辊芯不断地被高温渣池预热，其表面温度逐渐升高，预热完成后，断开大电流开关，关闭轧辊辊芯预热供电回路；然后降低自耗电极至其端部插入重熔复合液态渣池，此时电极熔化与双金属复合供电回路导通，通过供电电压和电流等参数的调整调节自耗电极插入渣池的深度；

(7)随着自耗电极的不断熔化，形成的工作层金属熔池不断填充结晶器与轧辊辊芯间的间隙，并在辊芯表面处开始双金属的复合过程，形成复合工作层；在下部结晶器的强制水冷作用下，复合工作层快速凝固；随着双金属复合过程的进行，启动抽锭系统进行抽锭并使重熔复合液态渣池和工作层金属熔池保持稳定，进而保持电极熔化与双金属复合过程的稳定有序进行；

(8)随着抽锭的进行，复合工作层长度不断增加，当达到所需长度后，抬升自耗电极脱离重熔复合液态渣池，使电极熔化与双金属复合供电回路断开，同时停止抽锭，即已制成轧辊辊芯外复合有工作层的双金属复合轧辊。

7.根据权利要求6所述的一种电渣重熔法制备双金属复合轧辊的方法，其特征在于所述的轧辊辊芯上预先焊接有圆盘，该圆盘外径与T型结晶器内壁相配合；在圆盘与引锭板之间填充铝粉并用石棉布环向包裹固定，用于保护此段轧辊辊芯留作辊颈使用；当抽锭系统启动后，引锭板和圆盘之间的铝粉在石棉布的包裹下仅部分流出，剩余的部分对轧辊辊芯起保护作用。

8.根据权利要求6所述的一种电渣重熔法制备双金属复合轧辊的方法，其特征在于从步骤(7)开始，控制重熔复合液态渣池与工作层金属熔池界面位于两个液位检测仪探头所在的高度范围之内；通过液位检测仪检测重熔复合液态渣池底部的变化，根据该变化调节自耗电极的熔速及复合轧辊的抽锭速度。