CN110355349A - 一种铸钢轧辊热接装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明第一方面提供了一种铸钢轧辊热接装置，包括：包括待接轧辊(1)和夹持工装(2)，所述待接轧辊固定夹持在夹持工装内部，所述夹持工装夹持在待接轧辊热接端的辊颈下方，所述待接轧辊与夹持工装的顶端面间铺设有一圈环形干砂(3)，所述环形干砂(3)外部设置有型砂(4)，所述型砂(4)上端设置有铸型(5)，所述铸型(5)同时套设在待接轧辊(1)上端，铸型(5)外侧设置有辅助夹持工装(8)，铸型(5)内的待接轧辊(1)上方设置有热接料(6)和点火料(7)。第二方面提供了该装置的使用方法，采用本发明所述装置及其使用方法制得的热接后新轧辊具有结构致密，与原材料性能相同，且连接点抗拉强度较高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及热加工铸造领域，具体涉及一种铸钢轧辊热接装置及其使用方法。
背景技术
铸钢轧辊指的是碳含量为0.4％～2.1％的铸造成型的钢轧辊。按中国分类习惯，碳含量高于1.3％的过共析铸钢轧辊依照其组织特点区分为半钢轧辊和石墨钢轧辊；轧辊外层组织中主量碳化物为Cr7C3时称为高铬钢轧辊。
静止(常规法)铸造的铸钢轧辊广泛使用组合式立浇的铸型(见下图)。辊身部分用金属型或衬砂(10～30mm)金属型。用金属型浇注的铸钢轧辊外层组织细密。金属型内表面涂以耐火涂料，辊颈和冒口铸型部分采用高强度干砂型。轧辊的传动端置于下砂型部分。带槽铸钢轧辊还常采用沿纵向分型的铸型浇注。目前多数大型铸钢轧辊通过切线浇口底注法铸造。浇注时钢水在铸型中旋转上升，使夹杂物集中到轧辊芯部并排除到冒口顶部。顺序凝固是保证轧辊芯部和辊颈无缩孔和疏松的必要条件。为此，保温冒口和电弧加热冒口技术已广泛用于铸钢轧辊制造。顶注法浇注轧辊时，用浸入式的浇注管和保护渣来保证轧辊表面质量。顶注法有利于顺序凝固和提高铸造收得率。
随着轧机的现代化，对轧辊使用失效的深入研究以及轧辊材质和制造工艺的改进，工业发展国家的平均辊耗已降低到1kg/t以下。但仍然有许多轧辊形状尺寸受铸造工艺的制约，或是在铸造过程中产生损耗尺寸不够的问题，对于这类铸件，不能回收利用的，都会成为废料处理，耗费大量的人力物力。在铸件使用过程中，常常会因不同的使用需求，导致轧辊铸件尺寸不合适，偏长的可以切割截断，偏短的就只能采用焊接的方式连接合适的目标焊接件。但目前焊接不仅焊接接头强度低，抗拉性能差，同时难以找到合适的焊接件来进行焊接。
发明内容
为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种铸钢轧辊热接装置及其制备方法，通过对轧辊预热后热接的方式，可以针对不同的使用需求，热接到合适的尺寸及形状。
为了实现以上目的，本发明第一方面提供了一种铸钢轧辊热接装置，包括：包括待接轧辊1和夹持工装2，所述待接轧辊1固定夹持在夹持工装2内部，所述夹持工装2夹持在待接轧辊1热接端的辊颈下方，所述待接轧辊1与夹持工装2的顶端面间铺设有一圈环形干砂3，所述环形干砂3外部设置有型砂4，所述型砂4上端设置有铸型5，所述铸型5同时套设在待接轧辊1上端，铸型5外侧设置有辅助夹持工装8，铸型5内的待接轧辊1上方设置有热接料6和点火料7。
进一步地，所述型砂4设置在铸型5与待接轧辊1之间的缝隙中；所述型砂4所用材料包括水玻璃和/或七0砂。
进一步地，位于铸型5与待接轧辊1缝隙中的型砂4的上平面低于待接轧辊1上平面100-200mm。
进一步地，所述铸型5的高度高于待接轧辊1。
进一步地，所述热接料6按重量份计，包括如下组分：16-22份铝粉，58-62份氧化铁粉，6-10份硝酸钠，3-7份石灰，6-10份萤石；所述点火料7按重量份计，包括8-10份铝粉与硝酸钠的混合物，且所述铝粉与硝酸钠的质量比为(0.5-1)∶1。
本发明第二方面提供了一种铸钢轧辊热接装置的使用方法，包括如下步骤：
S1、预热待接轧辊，清理轧辊待接平面；
S2、将轧辊待接一端用固定件卡接固定，再将铸型固定在待接位置，形成待接空腔，向所述待接空腔内填充干砂，在所述干砂上层水平铺设水玻璃七0砂并吹二氧化碳硬化；
S3、将热接料填充至所述待接空腔内部，所述热接料中设置点火料；
S4、引燃点火料执行点火操作，待热接料反应完成后向所述空腔内部浇注钢水，随型冷却至室温后开箱即得热接后新轧辊。
进一步地，步骤S1中所述预热温度为260℃-300℃。
进一步地，步骤S2中所述铸型内壁与所述待接轧辊上部外壁呈平行状态。
进一步地，步骤S3中所述点火料的具体位置为热接料上表面中心位置。
进一步地，步骤S4中所述钢水的材质与所述待接轧辊材质相同，包括：130CrNiMo、190CrNiMo、65CrNiMo；所述钢水的温度为1450-1520℃。
通过上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
1、本发明提供的方法，可以适用于不同形状尺寸的铸钢轧辊，解决了现有技术中铸造和焊接方法的不足，更易满足不同场合和需求的铸钢轧辊。
2、本发明通过热接浇铸钢水的方法，能够在原有的铸钢轧辊上延长和加装不同形状尺寸的连接件，以满足不同的使用需求。
3、本发明方法成本低廉，适用工业化加工生产，有利于批量生产。
4、本发明采用与所接轧辊相同材质的钢水，可代替焊接，热接出的成品结构致密，与原材料性能相同，且连接点抗拉强度较高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；1、待接轧辊；2、夹持工装；3、干砂；4、型砂；5、铸型；6、热接料；7、点火料；8、辅助夹持工装。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明第一方面提供了一种铸钢轧辊热接装置，包括：待接轧辊和夹持工装，所述待接轧辊固定夹持在夹持工装内部，所述夹持工装夹持在待接轧辊热接端的辊颈下方，所述待接轧辊与夹持工装的顶端面间铺设有一圈环形干砂，所述环形干砂外部设置有型砂，所述型砂上端设置有铸型，所述铸型同时套设在待接轧辊上端，铸型外侧设置有辅助夹持工装，铸型内的待接轧辊上方设置有热接料和点火料。
进一步地，所述型砂设置在铸型与待接轧辊之间的缝隙中；所述型砂所用材料包括水玻璃七0砂。
进一步地，位于铸型与待接轧辊缝隙中的型砂的上平面低于待接轧辊上平面100-200mm。
进一步地，所述铸型的高度高于待接轧辊。
进一步地，所述热接料按重量份计，包括如下组分：16-22份铝粉，58-62份氧化铁粉，6-10份硝酸钠，3-7份石灰，6-10份萤石；所述点火料按重量份计，包括8-10份铝粉与硝酸钠的混合物，且所述铝粉与硝酸钠的质量比为(0.5-1)∶1。
所述热接料被点火料点燃后通过铝热反应生成液态的铁水附着于待接轧辊上部，使得外接件与待接轧辊连接更牢固。
其中，所述铝粉购自成都欧瑞凯化工有限公司，所述氧化铁购自成都欧瑞凯化工有限公司，所述硝酸钠购自重庆华南无机盐工业有限公司，所述石灰购自成都欧瑞凯化工有限公司，所述萤石购自成都欧瑞凯化工有限公司。
本发明第二方面提供了一种铸钢轧辊热接装置的使用方法，包括如下步骤：
S1、预热待接轧辊，清理轧辊待接平面
将待接轧辊进行预热处理的目的在于降低待接轧辊与热接料和/或钢水的温度差，使得待接轧辊材料本身不会因为温度骤升导致强度发生变化。
S2、将轧辊待接一端用固定件卡接固定，再将铸型固定在待接位置，形成待接空腔，向所述待接空腔内填充干砂，在所述干砂上层水平铺设水玻璃七0砂并吹二氧化碳硬化。
S3、将热接料填充至所述待接空腔内部，所述热接料中设置点火料。
S4、引燃点火料执行点火操作，待热接料反应完成后向所述空腔内部浇注钢水，随型冷却至室温后开箱即得热接后新轧辊。
进一步地，步骤S1中所述预热温度为260℃-300℃。
进一步地，步骤S2中所述铸型内壁与所述待接轧辊上部外壁呈平行状态。
进一步地，步骤S3中所述点火料的具体位置为热接料上表面中心位置。
进一步地，步骤S4中所述钢水的材质与所述待接轧辊材质相同，包括：130CrNiMo、190CrNiMo、65CrNiMo；所述钢水的温度为1450-1520℃。
实施例1
S1、将待接轧辊预热至280℃后清理轧辊待接平面；
S2、将轧辊待接一端用固定件卡接固定，再将铸型固定在待接位置，形成待接空腔，向所述待接空腔内填充干砂，在所述干砂上层水平铺设水玻璃七0砂并吹二氧化碳硬化；
S3、将热接料填充至所述待接空腔内部，所述热接料中设置点火料，其中，热接料的组分含量为：18克铝粉，60克氧化铁粉，8克硝酸钠，5克石灰，8克萤石；点火料的组分含量为3克铝粉和6克硝酸钠。
S4、引燃点火料执行点火操作，待热接料反应完成后向所述空腔内部浇注1500℃的钢水，随型冷却至室温后开箱即得热接后新轧辊A1。
实施例2
采用与实施例1相同的方法，所不同之处在于，待接轧辊预热温度为260℃，钢水的温度为1450℃，制得热接后新轧辊A2。
实施例3
采用与实施例1相同的方法，所不同之处在于，待接轧辊预热温度为300℃，钢水的温度为1520℃，制得热接后新轧辊A3。
对比例1
采用与实施例1相同的方法，所不同之处在于，待接钢辊预热温度为100℃，制得热接后新轧辊D1。
对比例2
采用与实施例1相同的方法，所不同之处在于，待接钢辊预热温度为500℃，制得热接后新轧辊D2。
对比例3
采用与实施例1相同的方法，所不同之处在于，钢水温度为1800℃，制得热接后新轧辊D3。
对比例4
采用常规手工电弧焊焊接方式，制得热接后新轧辊D4。
采用抗拉强度对上述实施例及对比例所制得的热接后新轧辊进行评价，具体测试方法参见GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》，数据见表1。
表1
| 样品 | 抗拉强度(MPa) |
| A1 | 908 |
| A2 | 875 |
| A3 | 891 |
| D1 | 528 |
| D2 | 469 |
| D3 | 308 |
| D4 | 242 |
由表1数据可以得知，实施例1-3所制得的热接后新轧辊A1-A3抗拉强度均在850MPa以上，表明通过本技术方案所述装置及其对应的使用的方法得到的铸件具有极高的强度，能够满足工艺要求。对比例1-3虽然采用同样的装置但改变了热接条件，所制得的热接后新轧辊抗拉强度明显降低，而对比例4采用常规手工电弧焊焊接方式，所制得的新轧辊D4抗拉强度仅为242MPa。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种铸钢轧辊热接装置，其特征在于，包括待接轧辊(1)和夹持工装(2)，所述待接轧辊(1)固定夹持在夹持工装(2)内部，所述夹持工装(2)夹持在待接轧辊(1)热接端的辊颈下方，所述待接轧辊(1)与夹持工装(2)的顶端面间铺设有一圈环形干砂(3)，所述环形干砂(3)外部设置有型砂(4)，所述型砂(4)上端设置有铸型(5)，所述铸型(5)同时套设在待接轧辊(1)上端，铸型(5)外侧设置有辅助夹持工装(8)，铸型(5)内的待接轧辊(1)上方设置有热接料(6)和点火料(7)。
2.根据权利要求1所述的一种铸钢轧辊热接装置，其特征在于，所述型砂(4)设置在铸型(5)与待接轧辊(1)之间的缝隙中；
其中，所述型砂(4)所用材料包括水玻璃七0砂。
3.根据权利要求1所述的一种铸钢轧辊热接装置，其特征在于：位于铸型(5)与待接轧辊(1)缝隙中的型砂(4)的上平面低于待接轧辊(1)上平面100-200mm。
4.根据权利要求1所述的一种铸钢轧辊热接装置，其特征在于，所述铸型(5)的高度高于待接轧辊(1)。
5.根据权利要求1所述的一种铸钢轧辊热接装置，其特征在于，其中:
所述热接料(6)按重量份计，包括如下组分：16-22份铝粉，58-62份氧化铁粉，6-10份硝酸钠，3-7份石灰，6-10份萤石；
所述点火料(7)按重量份计，包括8-10份铝粉与硝酸钠的混合物，且所述铝粉与硝酸钠的质量比为(0.5-1)∶1。
6.一种铸钢轧辊热接装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、预热待接轧辊，清理轧辊待接平面；
S2、将轧辊待接一端用固定件卡接固定，再将铸型固定在待接位置，形成待接空腔，向所述待接空腔内填充干砂，在所述干砂上层水平铺设水玻璃七0砂并吹二氧化碳硬化；
S3、将热接料填充至所述待接空腔内部，所述热接料中设置点火料；
S4、引燃点火料执行点火操作，待热接料反应完成后向所述空腔内部浇注钢水，随型冷却至室温后开箱即得热接后新轧辊。
7.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于，步骤S1中所述预热温度为260℃-300℃。
8.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于，步骤S2中所述铸型内壁与所述待接轧辊上部外壁呈平行状态。
9.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于，步骤S3中所述点火料的具体位置为热接料上表面中心位置。
10.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于，步骤S4中所述钢水的材质与所述待接轧辊材质相同，包括：130CrNiMo、190CrNiMo和/或65CrNiMo；
所述钢水的温度为1450℃-1520℃。
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