CN2264054Y - 复合运动式电渣熔铸装置 - Google Patents

Abstract

复合运动式电渣熔铸装置属于电渣重熔及浇铸设备，并涉及复合材料铸造。本实用新型是在电渣熔铸装置和复合式铸型之间设有导铸金属液的接受器。复合式铸型由内型体、外型体、下部承载体和导致各部分作水平旋转、机械振动、垂直升降和搅拌金属液的运动装置。利用本实用新型的装置可以生产梯度结合与细密结晶的表层复合轧辊和薄壁小口径难变形金属管和其它复杂形状的导型铸件，也可以有效地修复产品磨损表面，在冶金工业和机械工业领域中具有广阔的应用前景。

Description

复合运动式电渣熔铸装置

本实用新型属于电渣重熔与浇铸装置，并涉及复合材料铸造。冶金工业中为了防止强力轧辊表层早期磨损，近十年都采用辊面高硬耐磨、其内部高强韧化的复合材料轧辊。国内外制造这种轧辊一般采用三种方法和装置：

一是电渣熔铸(Electroslag remelting and Casting)，例如1995年专利JP07032127-A，是在固定模型中间装上轧辊芯轴，然后周围浇铸电渣重熔的高碳金属液，制成外硬内韧轧辊。另外1994年专利RU2025208-C1，在离心铸造外壳中浇铸电渣重熔钢液。这种方法在铸型上方冲击浇铸成型，因为原先欲熔合为一体的芯轴或外壳未控温，则浇铸复合的界面参差不齐结合不好。

二是电渣熔填(Electroslag remelting with additional substance)，如专利WO9426942-A是在电渣重熔表层过程中充填高碳高合金粉料，从而形成高硬度耐磨辊面，防止轧辊表层剥落。这种方法合金粉料难以均匀充填，而且熔化粉料要降温，则电渣重熔金属熔池的成分场和温度场都不均匀，不易保证复合层的质量。

三是电渣熔管(Electroslag remelting with pipe electrode)，如1986年专利J61238407和1988年专利J63290-221A，在结晶器中事先放入低合金钢芯辊，电渣重熔时将管状的高碳合金电极，插入结晶器与芯辊之间的电渣中进行重熔复合。为了均匀周围温度场旋转轧辊。后经热处理获得外硬耐磨内韧高强的轧辊。这种方法在整个重熔电极过程中芯辊温度逐渐提高，这样导致轧辊轴向复合层结合质量不一致。另外利用这种方法不能制造薄复合层轧辊，因为在小间隙条件下工作的电极受热变形或偶然振动，它都会碰到结晶器，导致放电击穿，引发爆炸事故。

本实用新型的目的是提供一种复合运动式电渣重熔及浇铸装置，它特别适用于制造复合轧辊和制造各类异性铸件。

本实用新型的要点是，复合运动式电渣重熔装置具有由电极、熔渣和重熔容器组成的电渣重熔装置和由内型体、外型体和下部承载体组成的并带有复合运动装置的铸型部分，以及在电渣重熔装置和复合运动式铸型之间设有引导金属液浇铸的接受器。接受器是由耐火材料做成的孔道或沟槽或保温杯或舌型槽。接受器在复合运动式铸型的安装或固定的位置，可以是侧置或居中。复合运动式铸型的内型体和外型体和下部承载体可以是结晶器或是欲复合体。内型体和外型体和下部承载体形成型腔部分的几何形状可以是平面、圆柱、方柱、异形柱或空间曲面。内型体和外型体之间可以分装或连接。内型体、外型体和下部承载体具有加热或冷却的控温装置。复合运动式铸型的运动装置可以是使下部承载体产生水平旋转和垂直升降，使外型体和内型体作机械振动和垂直升降运动，以及可以搅拌铸型中的金属熔液。复合运动的含义是指使铸型在工作期间可以同时产生上述水平旋转、垂直升降、机械运动、熔液搅拌全部四种运动或至少两种以上运动。

对比现有技术，本实用新型具有显著优点和效果。首先本实用新型铸型可以产生水平旋转、机械振动、垂直升降、熔液搅拌的复合运动，这种能使复合表层的初次晶和碳化物高度碎化，细化了组织结构，消除了成份偏析，从而导致表面硬化层充分韧化。其次由于本实用新型的铸型和欲复合体具有温控装置，可以有效设置结晶温度场，如修补废旧轧辊时可以现场加热辊面，同时控制金属结晶过程，则可以使复合层与欲复合体之间界面获得梯度结构，保证二者有良好结合和合理过渡，以防止轧辊服役期间表层剥落。此外本实用新型总体布置上是电渣重熔电极离开铸型结晶器，这样防止互相接触放电诱发击穿爆炸事故，工作十分安全。另外利用本实用新型可以解决目前难度较大的薄层复合和薄壁空心管以及具有复杂空间曲面形状异型铸件的生产问题。最后优点是大截面电渣炉与小截面铸型设计可以便于稳定控制复合运动式铸型中的金属液面高度，从而大大化解了液面控制自动控制难题，方便于操作和利于推广。

图1为复合运动式电渣熔铸装置结构示意图。图中1-电极、2-熔渣、3-金属熔液、4-控温装置、5-接受器、6-重熔容器、7-金属液搅拌装置、8-外型体、9-内型体、10-下部承载体。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。

实施例1，是用复合运动式电渣重熔装置制作外径φ380mm、辊面长1200mm的复合轧辊。复合前辊芯轴径φ320mm、材料为GCr15轴承钢，欲熔合一层厚30mm的M2基体钢复合层。从附图可知，复合运动式电渣熔铸装置的金属电极1的一端置于熔渣2中。由于电极与重熔容器各为正负极，通过电流的熔渣产生焦尔楞次热，逐滴熔化电极。熔滴经过渣洗，充分净化，以清除夹杂，后滴人熔化金属液中。金属液沿接受器的耐火材料溜槽导入铸型中。此时外型体8为环状水冷结晶管，内型体9是轧辊芯轴。金属液在结晶器和芯轴以及下部承载体10的水冷引锭板共同形成的铸型空腔内凝固结晶。由于芯轴表面受到控温器4的高频感应圈的加热，故表面处于半熔化态，这样很容易与金属液熔合，并由于扩散使结合界面处形成有一定宽度的成份梯度过渡区。铸型的复合运动，包括引锭板以下抽速度20mm/分牵引芯轴和转速10转/分的旋转；也包括以50Hz电磁交变频率搅拌凝固前金属液。由于这种复合运动使金属液与初次晶充分粉碎，则形成了细密结晶和弥散碳化物，从而获得具有梯度结合的高质量的表面复合层，经冷轧试用其寿命为同类均质轧辊的三倍。

实施例2，用本实用新型所提供的复合运动式电渣熔铸装置可以制作多种几何形状铸件，本例是用于生产小口径薄壁石油裂解管。现在工业应用的离心浇铸大口径Hp石油裂解管，由于反应介质流速过缓，则其与管壁接触时间过长，这样易于渗碳导致弱化和毒化反应气氛。所以现代设计上有减小石油裂解管口径以加大流速的趋势。利用离心浇铸制作小口径管的理论临界尺寸为φ56mm。实际上由于离心设备转速的限制和金属液布料的可能性，很难稳定生产φ80mm离心浇铸管。用本实用新型生产了尺寸(mm)为φ50(外径)×15(壁厚)×2000(管长)的Hp材料管。注意此时作为内型体是用循环水冷却的内结晶器。外缘结晶器和内结晶器采取同步上升运动，同时下承载体在一定高度上带动铸管作水平旋转，转速为10转/分。这种方式制作的小口径薄壁管内部晶体结构细密，管子外表面粗糙度适中，管子整体质量较高，易于组织批量生产。

本实用新型所提供的复合运动式电渣熔铸装置，可广泛地应用于生产各种表面复合铸件，特别是可以用于修复废旧产品的表面磨损层，也可以生产其它复杂异型和具有空间曲面外形的各类铸件。并且本实用新型所生产的产品，成份均匀、结晶细化、具有优异的力学性能和耐腐蚀性能，显示有很高的经济价值。

Claims (5)

1.复合运动式电渣熔铸装置，具有由电极、熔渣和重熔容器组成的电渣重熔装置，和由内型体、外型体、下部承载器组成的铸型部分，其特征是在铸型部分设有复合运动装置，以及在电渣重熔装置和复合运动式铸型之间设有引导金属液浇铸的接受器。

2.按照权利要求1所说的复合运动式电渣熔铸装置，其特征是所说的复合运动装置，可以是使下部承载体产生水平旋转和垂直升降；使外型体和内型体作机械振动或垂直升降运动；以及可以搅拌铸型中的金属熔液的装置。所述复合运动是指使铸型各部分可以产生水平旋转、垂直升降、机械振动和熔液搅拌全部四种运动或至少两种以上运动。

3.按照权利要求1所说的复合运动式电渣熔铸装置，其特征是组成复合运动式铸型的内型体、外型体和下部承载体可以是结晶器或是欲复合体；上述内型体、外型体和下部承载体形成铸型型腔部分的几何形状，可以是平面、或圆柱、或方柱、或异型柱、或空间曲面；上述内型体和外型体之间可以分装或连接。

4.按照权利要求1或3所说的复合运动式电渣熔铸装置，其特征是所说的内型体、外型体和下部承载体设有温控装置。

5.按照权利要求1所说的复合运动式电渣熔铸装置，其特征是所说的接受器是由耐火材料作成的孔道或沟槽或保温杯或舌形槽。该接受器在复合运动式铸型的安装或固定的位置，可以是侧置或是居中。