CN1102469C - 复合轧辊的连续铸造装置及其方法 - Google Patents

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本发明属于金属轧辊的制造领域。也涉及金属的连续铸造复合技术。本发明复合轧辊的连续铸造装置由操作平台、振动器、结晶器、分离环、坩埚、感应加热装置、定位导向装置、钢液浇注系统和拉坯机组成。本发明所述的复合轧辊的连续铸造方法是将预制辊芯，装入坩埚和结晶器中，定位后，起动辊芯和坩埚感应加热系统，预热辊芯和坩埚，然后向坩埚注入复合层钢液。随后动拉坯机构，在结晶器中实现凝固和完成液态与固态的复合过程。

Description

复合轧辊的连续铸造装置及其方法
本发明属于金属轧辊的制造领域，也涉及金属的连续铸造复合技术。
随着工业发展对轧制材料质量要求的提高，在轧制领域普遍采用了大压下量等新的轧制技术，为此，对轧辊的工作层的耐磨性和红硬性提出了更高的要求，而对辊芯则要求具有高强度和高韧性。针对此要求，金属轧辊向复合方向发展，即轧辊工作面与辊芯采用不同的材质，经各种复合方式复合而成，使其轧辊表面具有高的耐磨性，而辊芯具有高的强度和韧性。当前，高碳高钒型高速钢是复合轧辊的首选材料，采用离心工艺复合，但达不到性能要求。
在现有技术中，复合轧辊的制造方法按预制辊芯和非预制辊芯的复合工艺分类，有如下两种：
(1)、首先采用锻造方法制备强度、高韧性好的辊芯，然后在该辊芯外部复合一层硬度高、耐磨性好的工作层。如采用热等静方法或电渣方法制备此类复合轧辊(昭61-238407、CN1152486A)。该方法能够制备高强度的复合轧辊，但工艺复杂，成本高，而且生产效率也低。另外，热等静压工艺由于受其设备本身的限制，只能生产尺寸较小的轧辊；电渣工艺虽然在获得纯净钢液方面比其它方法较好，但自耗电极采用空心的或实心棒材(包括丝材)，均受到生产设备的限制(US4164793)，而且通过电渣完成金属冶炼同时，又对芯棒进行了加热过程，故可控性较差，使其产业化受到了限制。
(2)、首先采用离心铸造方式，离心浇注轧辊外部的工作层，然后静态铸造辊芯。该方式工艺简单，但辊芯为铸态，而铸态金属的强度和韧性都较差，远远不及锻造或轧制状态金属的强度和韧性。
本发明的目的在于提供一种设备及工艺简单，所得轧辊的工作层及芯部性能均优异的复合轧辊的连续铸造装置及其方法。
针对上述目的，本发明所述的复合轧辊的连续铸造装置采用如下技术方案：
本发明复合轧辊的连续铸造装置包括钢包、钢液浇铸系统、坩埚、分离环、水冷结晶器、振动器、定位导向装置、辊芯感应加热装置、操作平台、拉坯系统和引锭板，水冷结晶器和坩埚处于操作平台之上，两个振动器处于操作平台之下、水冷结晶器通过分离环与坩埚相连，钢液浇铸系统配置在坩埚上方的一侧，辊芯感应加热装置和定位导向装位于坩埚的上方，拉坯系统位于操作平台之下。引锭板正对着结晶器的下端。
在钢包和坩埚体内还装有感应加热体。
分离环处于坩埚和水冷结晶器之间，分离环采用摩擦系数小、强度高的材料制成。
现结合附图，对本发明作进一步说明。
附图1为本发明复合轧辊的连续铸造装置的结构示意图。
由图1看出，本发明复合轧辊的连续铸造装置包括钢包1、钢液浇铸系统10、坩埚6、分离环5、水冷结晶器4、定位导向装置8、辊芯感应加热装置7、操作平台2、拉坯系统11和引锭板12；钢包1在钢液浇铸系统10的上方，钢液浇铸系统10配置在坩埚6上方的一侧，水冷结晶器4和坩埚6处于操作平台2之上，辊芯感应加热装置7位于坩埚6的上方，定位导向装置8处于辊芯感应加热装置7的上方，拉坯系统11位于操作平台2之下；
该装置还含有两个振动器3，两个振动器3处于操作平台2之下；两个振动器采用正弦波方式进行振动，振动频率为40-70次/秒。采用低频、高振幅正弦波振动，利于形成渣壳，以便顺利拉坯。
钢包1和坩埚6的墙体内分别装有感应加热体3和14，这两个加热体的作用是对钢液进行加热和保温，使钢液保持在良好的浇铸温度状态下，以利于辊芯涂料的上浮和确保拉坯速度。同时，适于本发明长时间、间断浇铸和非连续拉坯的工艺要求。
分离环5的安装位置是在坩埚6和水冷结晶器4之间。分离环5采用摩擦系数小的和强度高的材质，以减少摩擦阻力，利于钢液由坩埚6向水冷结晶器4过渡。
图1中，16所示虚线为引锭板12拉至水冷结晶器4之下的位置，图中头为拉坯方向。
本发明复合轧辊的连续铸造方法的工作过程如下：
首先采用锻造或轧制工艺制备所需的强度高及韧性好的复合轧辊的辊芯15，并在辊芯表面涂敷常规的防氧化涂料，辊芯15的长度可数倍于所需轧辊的长度，将辊芯15装入定位导向装置8和水冷结晶器4中，并通过定位导向装置8进行辊芯定位，定位后，辊芯15的下端与拉坯机11的引锭板12相连固定，定位时，引锭板12紧靠分离环5的下端，辊芯13的轴线与坩埚6和结晶器4一的纵向轴线保持一致。
辊芯15定位后，启动感应加热装置7，对辊芯15进行加热，加热采用中频感应加热方式，加热温度要求辊芯15的表面温度高于辊芯材质的液固相线温度。当辊芯表面温度达到要求时，将预先按要求熔炼好的复合轧辊的外部工作层钢液通过钢包1和浇铸系统10，注入坩埚6中，继而进入水冷结晶器4中，同时启动感应加热体13和14，对钢液进行加热和保温，使钢液始终保持在良好的浇铸温度状态下，以利于辊芯表面涂料的上浮和确保拉坯速度。
当钢液在水冷结晶器4中开始形成凝固壳，启动振动器3，对结晶器4进行振动，并采用正弦波振动方式振动，振动频率为40-70次/秒。同时，启动拉坯机11进行拉坯，采用步进式拉停方式进行拉坯，步距5--25mm，拉坯与停拉的时间比(拉停比)为1/3-1/6。通过结晶器4中钢液的不断结晶，拉坯机11的不断向下拉坯，直至辊芯15的上顶端进入结晶器4，并处于结晶器4底部，则复合轧辊的连续铸造复合过程完成。
本发明复合轧辊的连续铸造装置也适用于轧辊的修复。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)、由于辊芯可数倍于轧辊长度，故一次可连续铸造多根据复合轧辊，可规模化生产，生产效率高，设备利用率大，故成本低。
(2)、与热等静压和电渣复合轧辊工艺相比，本发明设备简单、投资小，且工艺可控性好，能保证复合轧辊的质量，复合轧辊的尺寸大小不受限制；热等静压工艺由于受设备限制，只能生产尺寸的轧辊，价格昂贵。
(3)、本发明具有电渣的结晶器的强制冷却作用，又将冶炼与浇注凝固分开，中间用坩埚的感应加热装置预热辊芯，并通过加热体加热钢液，使其有机的联系起来，可操作性非常好，保证钢液温度始终处于良好的浇铸状态下，以利于辊芯涂料的上浮和保证拉坯进行。
(4)该装置两个振动器采用低频、高振幅正弦波振动，利于形成渣壳，以便顺利拉坯。
实施例
采用本发明所述的复合轧辊的连续铸造装置及其方法制备了5批复合轧辊，复合轧辊辊芯的材质及尺寸和外部工作层材质及厚度如表1所示。水冷结晶器为φ300mm。
首先将制备好的辊芯装入坩埚、结晶器及定位导向装置中间，定位后，辊芯下端与拉坯机引锭板相连固定。随后预热辊芯，辊芯的预热温度如表2所示。辊芯温度达到预定温度时，将熔炼好的外部工作层钢液注入坩埚和结晶器，并启动振动器，振动的振幅和频率如表2所示；与此同时，启动拉坯机，向下拉动复合铸坯(即复合轧辊)。拉坯时的步距及停拉时间比如表2所示。复合完成后，对复合轧辊的复合层组织、复合界面状况进行了检测，并对其装置及方法进行了综合评价。
表1实施例复合轧辊辊芯及外部工作层材质及尺寸
  批号            辊芯                 外部工作层
    材质     直径mm     材质     厚度mm
1 45#钢 180 W9Mo3Cr4V 60
    2     45#钢     180     W9Mo3Cr4VN     60
    3     45#钢     200     W9Mo3Cr4V     60
    4     45#钢     200     CW9Mo3Cr4V     50
    5     45#钢     200     CW9Mo3Cr4V     50
表2实施例有关连续铸造参数
  批号               振动参数                        拉坯参数
  振幅mm     频率次/秒   拉速mm/分     步距mm   拉停比
1 1 60 30 5 1/3
    2     1     60     40     5     1/3
    3     1     60     52     10     1/4
    4     1.5     60     72     12     1/4
    5     1.5     60     96     16     1/4
表3实施例复合轧辊性能检测
  批号     复合组织及分布状态   复合界面状况           综合评价
1 碳化物，分布均匀 界面结合良好 复合质量优良，工艺可行
    2     碳化物，分布均匀   界面结合良好   复合质量优良，工艺可行
    3     碳化物，分布均匀   界面结合良好   复合质量优良，工艺可行
    4     碳化物，分布均匀   80％界面结合良好   复合质量欠佳，拉速过快
    5     碳化物，分布均匀   60％界面结合良好   复合质量欠佳，拉速过快

Claims (4)

1、一种复合轧辊的连续制造装置，包括钢包(1)、钢液浇铸系统(10)、坩埚(6)、分离环(5)、水冷结晶器(4)、定位导向装置(8)、辊芯感应加热装置(7)、操作平台(2)、拉坯系统(11)和引锭板(12)；钢包(1)在钢液浇铸系统(10)的上方，钢液浇铸系统(10)配置在坩埚(6)上方的一侧，水冷结晶器(4)和坩埚(6)处于操作平台(2)之上，辊芯感应加热装置(7)位于坩埚(6)的上方，定位导向装置(8)处于辊芯感应加热装置(7)的上方，拉坯系统(11)位于操作平台(2)之下，其特征在于：
(1)该装置还含有两个振动器(3)，两个振动器(3)处于操作平台(2)之下；
(2)钢包(1)和坩埚(6)的墙体内分别装有感应加热体(13)和(14)；
(3)分离环(5)的安装位置是在坩埚(6)和水冷结晶器(4)之间。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于两个振动器(3)采用正弦波振动方式进行振动，振动频率为40-70次/秒。
3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于分离环(5)采用摩擦系数小的和强度高的材质。
4、一种复合轧辊的连续铸造方法，将预先采用轧制或锻造方法制备好的辊芯(15)装入定位导向装置(8)和水冷结晶器(4)中，并在辊芯(15)表面涂敷常规的防氧化涂料，并通过定位导向装置(8)进行辊芯定位，定位后，辊芯(15)的下端与拉坯机(11)的引锭板(12)相连固定，定位时，引锭板(12)紧靠分离环(5)的下端，辊芯(13)的轴线与坩埚(6)和结晶器(4)一的纵向轴线保持一致，通过辊芯感应加热装置(7)对辊芯进行加热，将熔炼好的复合轧辊的外部工作层钢液通过钢液浇铸系统(10)注入坩埚(6)中，继而进入水冷结晶器(4)中进行结晶，通过拉坯系统(11)向下拉坯，完成已结晶复合的复合轧辊，其特征在于：
(1)通过钢包(1)和坩埚(6)将体内的感应加热体(13)和(14)对钢液进行感应加热和保温；
(2)铸造复合时采用两个振动器(3)对水冷结晶器(4)进行振动，并采用正弦波方式振动，振动频率为40-70次/秒；
(3)拉坯采用步进式拉停方式进行拉坯，步距5-25mm，拉坯与停拉的时间比为1/3-1/6。
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