一種復(fù)合軋輥的電磁連續(xù)鑄造設(shè)備制造技術(shù)

一種復(fù)合軋輥的電磁連續(xù)鑄造設(shè)備，包括輥芯定位架、感應(yīng)預(yù)熱爐、注流槽、操作平臺(tái)、雙電磁水冷結(jié)晶器、結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)、定位引錠頭、二次冷卻系統(tǒng)、拉坯機(jī)，該鑄造設(shè)備的水冷結(jié)晶器為雙電磁水冷結(jié)晶器，感應(yīng)預(yù)熱爐中安裝了保護(hù)性氣體充入圓環(huán)，結(jié)晶器的下端設(shè)有結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)。由于采用雙電磁水冷結(jié)晶器，使得金屬液及輥芯的溫度在澆注時(shí)保持在最佳溫度，利于雙金屬復(fù)合，而且可有效提供補(bǔ)縮金屬液，提高軋輥工作層致密度，改善軋輥表面質(zhì)量；同時(shí)在澆注過程中加入低頻攪拌電磁場(chǎng)，促使金屬液流動(dòng)，細(xì)化晶粒，促進(jìn)夾雜物上浮等，同時(shí)使金屬液溫度場(chǎng)均勻化，進(jìn)一步提供補(bǔ)縮金屬液，消除偏析和內(nèi)部縮孔，提高軋輥的致密度等。（*該技術(shù)在2015年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及雙金屬界面高溫復(fù)合技術(shù)及雙金屬構(gòu)件的連續(xù)鑄造
，特別涉及復(fù)合金屬軋輥的連續(xù)鑄造設(shè)備。
技術(shù)介紹
軋輥在軋鋼生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用，同時(shí)磨損、消耗量也很大。軋輥的常規(guī)制造方法主要有整體鑄造、溢流鑄造、離心鑄造和鍛造等方法。整體鑄造法得到的是單一成分軋輥，它難以滿足使軋輥既具有高韌性的芯部，又具有高耐磨性工作層的要求。為此，出現(xiàn)了用溢流鑄造或離心鑄造的復(fù)合軋輥，但是由于采用這些方法生產(chǎn)的復(fù)合軋輥輥芯為鑄態(tài)組織，因而輥芯的強(qiáng)度和韌性都較差。隨著先進(jìn)軋機(jī)和高效軋制技術(shù)的問世，推動(dòng)了軋鋼工業(yè)發(fā)展的同時(shí)也促進(jìn)了軋輥制造業(yè)邁向新的
隨后出現(xiàn)了一些新的軋輥制造技術(shù)，主要有連續(xù)鑄造復(fù)合法、電渣重熔堆焊法、熱等靜壓法、噴射成型法和液態(tài)金屬電渣復(fù)合法等方法。其中連續(xù)鑄造復(fù)合法最有發(fā)展前途，其工作層金屬為低合金鋼、半高速鋼或高速鋼等，其中以高速鋼最為常見，與傳統(tǒng)的軋輥相比，復(fù)合軋輥具有優(yōu)良的耐磨性、紅硬性、更高的硬度和更長(zhǎng)的使用壽命。它的應(yīng)用可以大大提高產(chǎn)品質(zhì)量和軋機(jī)作業(yè)率，在減少換輥次數(shù)和減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度方面也具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。然而，我國(guó)對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的研究還處于起步階段，關(guān)鍵因素是在復(fù)合軋輥輥芯和外部工作層之間有一個(gè)復(fù)合界面，復(fù)合界面質(zhì)量的好壞對(duì)軋輥的質(zhì)量和使用壽命起著極其關(guān)鍵的作用，理想的狀態(tài)是復(fù)合界面達(dá)到完全冶金結(jié)合的同時(shí)，其厚度越小越好。由于生產(chǎn)中采用兩種材質(zhì)，通常其性質(zhì)相差很大，并且在生產(chǎn)過程中，軋輥工作層金屬是液態(tài)而芯部的輥芯材料處于固態(tài)，這就給復(fù)合軋輥的制備帶來了很大的困難。但是，隨著連續(xù)鑄鋼技術(shù)和電磁冶金技術(shù)的發(fā)展，特別是電磁感應(yīng)加熱和電磁攪拌技術(shù)在連續(xù)鑄鋼生產(chǎn)中的的應(yīng)用、發(fā)展和不斷完善，為復(fù)合軋輥的制造提供了一條新的思路，然而此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展和完善還需要廣大科技工作者的積極努力。在現(xiàn)有的技術(shù)中，復(fù)合軋輥的制備按是否預(yù)制輥芯，分為以下兩種方法1.預(yù)制輥芯首先采用鍛造或軋制的方法制備強(qiáng)度高、韌性好的輥芯，然后在輥芯外部復(fù)合上一定厚度的材質(zhì)高、硬度高、耐磨性能好、紅硬性好、使用壽命長(zhǎng)的工作層材料，其中以高碳高速鋼最為常見。通常的方法是采用熱等靜壓法或是電渣重熔法(CN1102469C，CN1152486A)，但是這些方法普遍存在著成本高、工藝復(fù)雜、生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)，不適合大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用。在上世紀(jì)九十年代初，日本采用CPC(Continuous pouring process for cladding)法生產(chǎn)出了高速鋼復(fù)合軋輥，在我國(guó)北京鋼鐵研究總院也對(duì)此種方法進(jìn)行了探索性的研究，取得了一定的成果(CN1102469C、CN1078112C)。他們所采用的方法都是將熔融的高碳高速鋼水澆注到垂直裝置的鋼芯和水冷結(jié)晶模之間，使熔融的外層鋼水與鋼芯融合，然后通過拉拔機(jī)構(gòu)將軋輥向下拉，在通過結(jié)晶器時(shí)不斷凝固，然后不斷向下拉出，從而形成具有高碳高速鋼外層、鍛鋼或軋鋼芯部的復(fù)合軋輥。但是這些方法在澆注過程中都采用了呈漏斗狀的中間包，以便在為澆注過程提供溫度補(bǔ)償和在凝固過程提供補(bǔ)縮金屬液，該設(shè)備體積大、每次澆注消耗大量耐火材料、工藝也復(fù)雜。同時(shí)在輥芯的預(yù)熱過程中，輥芯直接暴露在空氣中，盡管涂有水玻璃層，但由于預(yù)熱溫度很高，不可避免的要氧化，很大程度上影響了復(fù)合層的結(jié)合質(zhì)量，同時(shí)水玻璃還污染鋼液；另外沒有采用二次冷卻系統(tǒng)，其拉坯速度很慢、生產(chǎn)率極低，先進(jìn)的電磁攪拌鑄鋼技術(shù)也沒有得到應(yīng)用。2.不預(yù)制輥芯主要是采用離心澆注法，首先澆注軋輥外部的工作層，鋼水澆完后在工作層的內(nèi)表面加入保護(hù)性劑，工作層金屬液凝固一段時(shí)間后，再采用靜態(tài)或離心的方法澆鑄輥芯，凝固后形成復(fù)合軋輥(CN1439472A、CN1070600A、CN1077401A)。這些方法工藝比較簡(jiǎn)單，具有一定的可操作性，但是在這些鑄造方法中輥芯和外部工作層之間有一個(gè)過渡區(qū)，稱之為復(fù)合界面，它的厚度直接影響結(jié)合質(zhì)量，厚度過大或過小都會(huì)導(dǎo)致復(fù)合失敗，而它的厚度在鑄造生產(chǎn)中很難控制。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本技術(shù)提供一種拉坯速度快、生產(chǎn)效率高、所得軋輥的工作層和芯部性能都優(yōu)良的復(fù)合軋輥的電磁連續(xù)鑄造設(shè)備。本技術(shù)的復(fù)合軋輥電磁連續(xù)鑄造設(shè)備及待加工工件包括1輥芯定位架，2輥芯(金屬1)，3感應(yīng)預(yù)熱爐，4注流槽，5操作平臺(tái)，6感應(yīng)補(bǔ)熱器，7軋輥工作層金屬液(金屬2)，8雙電磁水冷結(jié)晶器，9結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)，10電磁攪拌器，11定位引錠頭，12二次冷卻系統(tǒng)，13拉坯機(jī)；其中輥芯(金屬1)2及軋輥工作層金屬液(金屬2)7為待加工工件。輥芯定位架1設(shè)置于設(shè)備上部，其下方是感應(yīng)預(yù)熱爐3，感應(yīng)預(yù)熱爐3的功率和長(zhǎng)度與拉坯速度相匹配，在感應(yīng)預(yù)熱爐3中安裝了保護(hù)性氣體充入圓環(huán)，可以通入惰性氣體對(duì)輥芯進(jìn)行保護(hù)，輥芯定位架1和感應(yīng)預(yù)熱爐3能夠上下自由移動(dòng)，方便定位，感應(yīng)預(yù)熱爐3的下方設(shè)置操作平臺(tái)5，雙電磁水冷結(jié)晶器8位于操作平臺(tái)5的下方，它包括感應(yīng)補(bǔ)熱器6和電磁攪拌器10，感應(yīng)補(bǔ)熱器6設(shè)置在雙電磁水冷結(jié)晶器8的工作層金屬液7的液面附近，電磁攪拌器10位于雙電磁水冷結(jié)晶器8的中下部，它既可以外置于雙電磁水冷結(jié)晶器8的外部也可以內(nèi)置于雙電磁水冷結(jié)晶器8的冷卻水中，雙電磁水冷結(jié)晶器下方設(shè)置結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)9，二次冷卻系統(tǒng)12位于雙電磁水冷結(jié)晶器的出口處，定位引錠頭11開始位于雙電磁水冷結(jié)晶器8的底部，并與位于地面的拉坯機(jī)13相聯(lián)結(jié)，注流槽4安放于雙電磁水冷結(jié)晶器8的上沿。采用本技術(shù)的鑄造設(shè)備進(jìn)行復(fù)合軋輥電磁連續(xù)鑄造的方法如下1、根據(jù)生產(chǎn)應(yīng)用中對(duì)輥芯2材質(zhì)及尺寸的要求，采用機(jī)械加工的方式去掉輥芯2外部的氧化層，加工定位孔，并進(jìn)行酸洗等，預(yù)制好復(fù)合軋輥的輥芯2；2、將預(yù)制的輥芯2置于雙電磁水冷結(jié)晶器8的中心軸上，并通過定位引錠頭11及輥芯定位架1進(jìn)行定位；3、打開雙電磁水冷結(jié)晶器8的冷卻水閥門，然后將定位引錠頭11升至感應(yīng)預(yù)熱爐3的下部，接通感應(yīng)預(yù)熱爐3的電源對(duì)輥芯2進(jìn)行預(yù)熱，在預(yù)熱過程中通過安裝在感應(yīng)預(yù)熱爐3中的保護(hù)性氣體充入圓環(huán)通入保護(hù)性氣體，使預(yù)制好的輥芯2不被氧化，同時(shí)感應(yīng)預(yù)熱爐3的功率和長(zhǎng)度與拉坯速度相匹配，使輥芯2在向下移動(dòng)的過程中被連續(xù)預(yù)熱，到達(dá)雙電磁水冷結(jié)晶器8的上沿時(shí)剛好預(yù)熱到合適溫度，預(yù)熱溫度視輥芯2材質(zhì)的不同為1100～1400℃；4、在雙電磁水冷結(jié)晶器8的上沿，安放好注流槽4，然后啟動(dòng)雙電磁水冷結(jié)晶器8中的感應(yīng)補(bǔ)熱器6。感應(yīng)補(bǔ)熱器6采用中頻補(bǔ)熱，在連續(xù)澆注過程中，它不僅為金屬液提供散熱補(bǔ)償，以利于雙金屬復(fù)合，而且可有效提供補(bǔ)縮金屬液，提高軋輥工作層致密度，同時(shí)可改善軋輥表面質(zhì)量；5、將冶煉好的軋輥工作層金屬液7，通過注流槽4澆注到雙電磁水冷結(jié)晶器8中，澆注溫度為1420～1500℃，隨后依次啟動(dòng)二次冷卻系統(tǒng)12、結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)9、電磁攪拌器10和拉坯機(jī)13，其中結(jié)晶器振動(dòng)裝置9的振動(dòng)方式采用正弦式振動(dòng)，振動(dòng)頻率為1.6～2.5Hz，振幅2～6mm，電磁攪拌器10既可以外置于雙電磁水冷結(jié)晶器8的外部也可以內(nèi)置于雙電磁水冷結(jié)晶器8的冷卻水中，采用4～15Hz低頻電源，在澆注過程中施加低頻攪拌電磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.02～0.08T，促使金屬液流動(dòng)，均勻金屬液溫度場(chǎng)，有利于夾雜物上浮、細(xì)化晶粒，消除偏析和內(nèi)部縮孔等缺陷，拉坯機(jī)13的拉坯速度本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種復(fù)合軋輥的電磁連續(xù)鑄造設(shè)備，包括：輥芯定位架（１），感應(yīng)預(yù)熱爐（３），注流槽（４），操作平臺(tái)（５），雙電磁水冷結(jié)晶器（８），結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)（９），定位引錠頭（１１），二次冷卻系統(tǒng)（１２），拉坯機(jī)（１３），其特征在于該鑄造設(shè)備的水冷結(jié)晶器（８）為雙電磁水冷結(jié)晶器，感應(yīng)預(yù)熱爐（３）中安裝了保護(hù)性氣體充入圓環(huán)，結(jié)晶器的下端設(shè)有結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)（９）。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王恩剛，赫冀成，鄧安元，張興武，馮明杰，王俊剛，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東北大學(xué)，
類型：實(shí)用新型
國(guó)別省市：89[中國(guó)|沈陽]