CN1292860C - 电渣熔铸列车车轴的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电渣熔铸列车车轴的工艺，特别是适合于高速列车的车轴的生产工艺。本发明的电渣熔铸列车车轴的工艺流程为：①将电渣熔铸的结晶器的底水盘作为电极，②将车轴钢坯作自耗电极，③选用渣系和填充比，④电渣熔铸成实心车轴或空心车轴或车轴坯。采用电渣熔铸列车车轴的工艺生产的列车车轴化学成分均匀、金属致密、枝晶细化、显微偏析小、无疏松、无夹渣缩孔等缺陷，夹杂物少分布弥散，提高了列车轴的力学性能，疲劳寿命比炉外精炼钢制作的列车轴高5-10倍。而且，采用该工艺能减少原有冶金制造工艺中的锻造、反复加热等工序，降低了生产成本，提高了产品的合格率。

Description

电渣熔铸列车车轴的工艺
技术领域
本发明涉及一种电渣熔铸列车车轴的工艺，特别是适合于高速列车的车轴的生产工艺。
背景技术
目前，世界各国都采用现行冶金(转、电炉炼钢及模注)工艺生产列车轴。西方和日本多由钢铁企业直接生产列车轴；俄罗斯和我国相似钢铁企业只生产车轴坯。世界各国都是采用现行冶金生产工艺将钢水模注成10T左右的大钢锭，通过开坯(我国供车轴制造厂)—锻压---加工成车轴，不但锻造工艺复杂，锻造比大，而且合格率一般只能达到68％。由于钢水经过耐火砖进入钢锭模必然受到不同程度的污染，及二次氧化等，其产物就残留在缓慢凝固钢锭的皮下，成为“皮下”夹杂物，这类夹杂物正好是存在于车轴的表面和次表面，对车轴合格率和使用寿命影响巨大，通过多年来的质量攻关和加大车轴表面的车削量，均未得到彻底解决，不但浪费了钢材，而且更重要的是列车安全运行得不到百分之百的保证。不但我国生产的车轴，断轴事故时有发生，我国从日本进口的车轴也同样出现过断轴事故。美国AARM-101标准生产车轴的工艺流程是：原料-冶炼-转炉精炼-注锭-脱模-钢锭加热-开坯-剪切-缓冷-精整-钢坯分流-钢坯加热-轧材-热锯-精整-发货。
在原苏联乌克兰科学院巴顿电焊研究所发展起来的在水冷模中电渣重熔自耗电极的方法被世界各国广泛用于工业领域。利用这种技术，借助于在水冷模中铸锭的基础上发展到电渣熔铸的方法，以获得各种不同合金及不同钢种的多种异型高质量的铸件，其铸件的物理力学性能不低于同类车轴的锻件。此外，还可生产各种不同形状和尺寸的空心坯件等。在此基础上，又发展了电渣钢直接熔铸、电渣离心铸造和电渣固定模铸造的新工艺，由于上述一种工艺都离不开电渣，所以称为电渣冶金工艺。电渣冶金工艺具有控制钢中非金属夹杂物的独特效果，消除了由于偏析和疏松引起的缺陷。但是，电渣钢直接熔铸工艺也有不足之处，不能熔铸外形特别复杂，以及高度与横截面之比率较大的铸件。
发明内容
针对上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种电渣钢直接熔铸列车车轴的工艺。
本发明的电渣熔铸列车车轴的工艺流程为：
①将电渣熔铸的结晶器的底水盘作为电极，②将车轴钢坯作自耗电极，③用最佳渣系和最佳填充比，④电渣熔铸成实心车轴或空心车轴或车轴坯。其步骤是：将成型轴颈的引锭头插入到结晶器底水盘中心，并将底水盘和作为自耗电极的车轴钢坯分别为电极的两端，利用熔铸过程熔渣电阻热使轴颈和车轴身熔合，直到轴身熔铸完毕，将预制成型的另一车轴颈端熔化，停电使上述车坯轴颈插入熔池，凝固后得到车轴。
采用电渣熔铸列车车轴的工艺生产的列车车轴化学成分均匀、金属致密、枝晶细化、显微偏析小、无疏松、无夹渣缩孔等缺陷，夹杂物少分布弥散，提高了列车轴的力学性能，疲劳寿命比炉外精炼钢制作的列车轴高5-10倍，改进了列车轴的使用寿命和列车的运行安全。而且，采用该工艺能减少原有冶金制造工艺中的锻造、反复加热等工序，降低了生产成本，提高了产品的合格率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1是电渣熔铸原理图；
图2是电渣熔铸车轴的流程示意图；
图3是采用抬结晶器法熔铸整体车轴的流程示意图；
图4是电渣熔铸空心车轴的示意图。
具体实施方式
采用电渣熔铸列车车轴的工艺，工艺流程为：
①将电渣熔铸的结晶器的底水盘作为电极，②将车轴钢坯作自耗电极，③用最佳渣系和最佳填充比，④电渣熔铸成实心车轴或空心车轴或车轴坯。
其步骤是：将成型轴颈的引锭头插入到结晶器底水盘中心，并将底水盘和作为自耗电极的车轴钢坯分别为电极的两端，利用熔铸过程熔渣电阻热使轴颈和车轴身熔合，直到轴身熔铸完毕，将预制成型的另一车轴颈端熔化，停电使上述车坯轴颈插入熔池，凝固后得到车轴。
图1为电渣熔铸的原理图，其中：自耗电极1、水冷结晶器2、渣池3、金属熔池4、熔铸件5、底水盘6、绝缘7、短网8、变压器9。
实施例一：附图2所示，图中a、b、c分别是电渣熔铸的三个过程。先将已成型的轴颈插入底水盘6中心锭头作为引锭头10，利用熔铸过程熔渣电阻热使轴颈和轴身熔合，继续熔铸到轴身铸完，将作为自耗电极1余头的轴颈端熔化，停电使轴颈插入熔池，其操作似电渣接触焊。这种方法很经济，不仅可用预制好的轴颈，而且可以利用旧轴颈，还可固定金属水冷芯棒熔铸空心轴。这种方法与整体熔铸的化学成分、组织结构和基体金属完全一致，具有高而均匀的机械性能。
为了在电渣熔铸的过程中，防止吸氢，采用透气性差的酸性渣，可以控制钢中非金属夹杂物呈硅酸盐为主的塑性夹杂，避免形成刚玉型的脆性夹杂。采用最佳渣系工艺加之形成硅化钙的作用起到进一步脱氧和脱硫作用，使钢中氧化物和硫化物夹杂含量最低、尺寸最小，分布更为弥散。
电渣熔铸工艺的标尺之一是填充比K，K＝电极横截面积/铸件面积，从发展趋势来看电渣熔铸车轴将会更多地采用大填充比工艺，即填充比由0.25提高到0.66，采用低电压(约29V)，电流可减少14.4％，输入功率减少31.6％，而熔速基本不变，熔铸车轴节约电378KW·h。更主要的是采用大填充比工艺熔池形状浅平呈现定向结晶，没有宏观偏析，而小填充比熔池深凹，为了控制熔速，电功输出突然变化也会产生宏观偏析。而且熔铸终了车轴端有明显缩孔。
实施例二：为了获得整体的铸造列车轴，采用抬结晶器法熔铸整体车轴，如附图3所示的e、f、g的流程。该专用设备除送电极小车外，还有三个短结晶器12及其各附属底水盘6、三个抬结晶器的小车，每个小车是用来移动对应的短结晶器12的。将每个短结晶器的内腔设计成车轴相应部分，并且形状和尺寸与车轴相同，在下部第一个短结晶器12中引燃开始熔铸，熔铸过程抬结晶器，形成车轴颈13后换中间的第二个短结晶器12熔铸轴身14，添加烘干固渣，待轴身14熔铸完换上部的第三个短结晶器12，放渣熔上部的轴颈13。熔铸得到的车轴的尺寸、质量和精度就可满足需要，从而不再进行机加工。
在本实施例的熔铸过程中，在短结晶器12的底水盘6中心插入水冷芯棒，在熔铸过程中提升或震动上述芯棒，熔铸完成后抽出芯棒得到空心车轴。
在本实施例中，由于采用了三个短结晶器熔铸列车轴的相应部位，短结晶器冷却速度快，熔铸列车轴金属更纯净，致密度更大，抗疲劳寿命更高，熔铸直接成型，不经压力加工就可在铸态使用。采用水冷芯棒熔铸空心车轴，水冷芯棒是熔铸的冷却速度更快，金属的致密度更大，抗疲劳寿命更高。同时用三个小车替代大型移动设备和大型电渣炉，设备制造成本和维修成本都降低。
采用该方法熔铸的车轴增加的使用寿命是转炉钢锻件的2.5倍以上。
实施三：如图4是熔铸空心车轴的设备。将芯棒15插入到结晶器2底水盘6的中心；将作为自耗电极1的车轴钢坯下端和底水盘6分别为电极的两端，利用熔铸过程熔渣电阻热使轴颈和车轴身熔合，在熔铸过程中，提升芯棒15，直到轴身熔铸完毕，再将轴颈(作为自耗电极1余头的车轴钢坯)端熔化，停电使上述车轴颈插入熔池，凝固后抽出芯棒15得到空心车轴。
该芯棒15采用水冷芯棒。

Claims (2)

1、电渣熔铸列车车轴的工艺，工艺流程为：
①将电渣熔铸的结晶器的底水盘作为电极，②将车轴钢坯作自耗电极，③选用渣系和填充比，④电渣熔铸成实心车轴或空心车轴或车轴坯；
其步骤是：将成型轴颈的引锭头插入到结晶器底水盘中心，并将底水盘和作为自耗电极的车轴钢坯分别为电极的两端，利用熔铸过程熔渣电阻热使轴颈和车轴身熔合，直到轴身熔铸完毕，将预制成型的另一车轴颈端熔化，停电使上述车坯轴颈插入熔池，凝固后得到车轴。
2、如权利要求1所述的电渣熔铸列车车轴的工艺，其特征在于：将芯棒插入到结晶器底盘的中心；将作为自耗电极的车轴钢坯下端和底水盘分别为电极的两端，利用熔铸过程熔渣电阻热使轴颈和车轴身熔合，在熔铸过程中，提升芯棒，直到轴身熔铸完毕，再将预制成型的空心车轴颈端熔化，停电使上述车轴颈插入熔池，凝固后抽出芯棒得到空心车轴。
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