轧辊缺陷修复铸接剂及其铸接工艺

摘要

本发明涉及一种对轧辊的辊颈进行铸接和修复时选用的轧辊缺陷修复铸接剂及其铸接工艺，采用铝热化学反应原理，由还原金属铝和氧化金属氧化铁以及用来调节反应温度及增加钢水量的铁钉头组成，利用铝热反应瞬间产生的高温钢水将铸接面熔化，随后迅速注入钢水，使之与原母体熔为一体；其配方按照如下重量份数的原料构成：铝粉1.5份、氧化铁5.1份、铁钉头1.0份、锰铁粉0.2份、鉻铁粉0.03份、钒铁粉0.015份，铸接后锟颈强度高于原锟颈强度，接合面组织孜密，组织及强度均优于原母材，铸接技术是成功可靠的，并减少经济损失。

说明书

技术领域

本发明涉及一种对轧辊的辊颈进行铸接和修复时选用的轧辊缺陷修复铸接剂及其铸接工艺。 

背景技术

铸钢产品在铸造生产时由于钢水温度高，凝固区域大，导热系数低，以及体线收缩量大等特点，凝固收缩时产生的内应力很大，往往在铸件薄弱部分、厚大部位以及热节圈边缘部位产生局部裂纹、断裂以及内部大面积疏松等缺陷。一般小型碳素低碳铸钢件、非重要部件产生此类缺陷后有的可以焊接挽救。对于受力较大的大型合金钢铸件，尤其高碳高合金大型铸件产生缺陷则往往是致命的，不可挽救的。局部的铸造缺陷导致整个几十吨、甚至上百吨铸件的报废，对铸造厂家来讲，经济效益的损失是惨重的。因此，多年来寻找一个稳妥可靠的补救措施一直是众多铸造厂家追求的目标。 

铸钢轧辊品种从小型线材轧机用辊到大型初轧机用辊，冷热连轧机用复合铸钢支承辊，规格从Φ200到Φ1570有几十种。铸钢轧辊一般含炭量0.7%-2.2%之间，属于高碳合金钢，轧辊是轧钢的关键备件。轧钢过程中，它不但承受着巨大的扭矩，而且在钢材变形抗力的作用下，还承受着成百吨甚至上千吨的制轧压力。因此，对于辊身和上、下辊颈既要有足够的硬度，又要求有足够的强度和韧性，特别是辊颈强度，是轧辊重要技术要求之一。生产高碳合金钢辊（含C：1.5%--2.2%之间，以下简称半钢辊），尤其是特大断面积半钢辊时，由于其凝固力收缩量大，导热率低，凝固收缩时所产生的内应力较大，往往凝固过程中在轧辊的上辊颈热节圈边缘处产生环裂、内裂或中心部位粗大、疏松，超声波探访超标，而导致轧辊报废。并且铸钢轧锟一般都为过共析合金钢，尤其半钢锟属于变碳合金，钢铸在生产中极易在上锟颈产生环裂、断裂及内部大面积疏松等缺陷。该类产品每支重量在10—30吨，价值10—30万元，因为上述原因而报废的产品非常多，对于厂家经济效益影响较大，对此厂家一方面从工艺上严格控制，另一方面，积极寻求该类产品缺陷的解救方法，渴望能找到一种稳妥可靠的解救措施。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种在对辊颈铸接和修复时采取铝热铸接剂焊接方法，并具有操作简单、结合性能好、强度高特点的轧辊缺陷修复铸接剂及其铸接工艺。 

本发明的目的是这样实现的: 

一种轧辊缺陷修复铸接剂，其特征在于：采用铝热化学反应原理，由还原金属铝和氧化金属氧化铁以及用来调节反应温度及增加钢水量的铁钉头组成，利用铝热反应瞬间产生的高温钢水将铸接面熔化，随后迅速注入钢水，使之与原母体熔为一体；其配方按照如下重量份数的原料构成：铝粉1.5份、氧化铁5.1份、铁钉头1.0份、锰铁粉0.2份、鉻铁粉0.03份、钒铁粉0.015份。

一种轧辊缺陷修复铸接工艺，其特征在于：按照如下步骤进行： 

步骤1：首先铸接前整个锟坯要进行粗加工，留出热处理变形粗加工量，从缺陷外将缺陷以上部分（A1），全部加工掉成平头，铸接面要加工成表面粗糙度达12.5微米的要求；

步骤2：铸接锟坯铸接要进行整体预热，整体预热温度要达到450—500℃，保温8个小时，在铸接的钢水出钢前合上上下两个模箱，铸接前要保证让铸接面温度达250℃以上；

步骤3：电炉冶炼所接锟子同材质的钢水，出钢温度高于40℃；

步骤4：铸接锟接口尺寸要求：

上下铸接锟颈成品尺寸必须大于200mm以上，且上下锟颈的高度与锟身直径之间必须满足下列关系：

锟身直径小于且等于250毫米时，上下锟颈的高度不小于250毫米；

锟身直径为500毫米到800毫米时，上下锟颈的高度不小于350毫米；

锟身直径为800到1000毫米时，上下锟颈的高度不小于450毫米；

锟身直径为1000到1200毫米时，上下锟颈的高度不于550毫米；

锟身直径大于且等于1200毫米时，上下锟颈的高度不小于650毫米。

步骤5：铸接锟合箱的选用： 

铸接件锟预热出炉后迅速吊入已扣好型模内，合箱等待浇注，根据轧锟规格不同，合箱方式分为两种：锟身直径大于1200毫米的大型铸钢轧锟，合箱后型内通煤气烘烤预热，在锟身的上下部分分别装制的热电偶，接表控制烘烤温度，确保铸接温度和铸接后缓慢冷却，以保证铸接效果；锟身直径小于1200毫米的铸钢轧锟，合箱后即用煤气直接烘烤铸接面，直到浇注前，温度越高越好；

步骤6：铸接锟按上述合箱要求标准后，出钢实施铸接浇注，出钢使用倾翻包，钢液表面扒渣后迅速倾翻浇注，或用直径大于80毫米的大的水口底漏快速浇注；

步骤7：出钢后，钢包掉至型模上方后，将铸接剂均匀撒于铸接面上，加入量根据铸接面的直径大小不同按下列公式计算：

Q加入量=2πR²hr/5

式中：R——铸接面半径（1/2D）

h——常数取100mm

r——钢水比重

按上述公式计算或查表，得出铸接剂的加入量，然后按照加入量将铸接剂均匀撒于铸接面上，用高温火柴点燃，待到铸接剂充分反应，浓烟消失，渣子浮起后，立即迅速浇入钢水，钢水浇到400-500mm时，改为点浇冒口至浇满；

步骤8： 浇完后，对辊身直径小于1200毫米，铸接面直径≮φ550的铸钢轧辊，冒口采用保湿冒口及覆盖剂复合处理，对辊身直径大于1200毫米，铸接面积大于550毫米的轧辊，浇注完后冒口一般要进行电加热处理，电加热装置采用直径在100至150毫米电极加热，工艺为：

                  加热时间                        电流控制

                   6min                            150Amp

                   15min                           800Amp

                   30min                           60Amp

                   1   h                           400Amp

                   2   h                           200Amp

步骤9：浇注后，接口处温度与原来部分温度相同时，方可开箱，开箱后的轧辊首先进行去应力退火处理，然后转入轧辊正常后续工艺路线。

本发明具有如下的积极效果：为了充分检查证实铸接面的结合质量，我们实地解剖了一支Φ800*1700半钢锟的铸接面，分别做了原锟颈试样抗拉强度。铸接后锟颈抗拉强度及铸接面抗拉强度对比试验，链接结合面拉断试验以及结合面，金相组织检验（见厂轧锟研究所铸接技术条件编制说明）试验结果表面，原锟抗拉强度平均值为338mp_a，铸接后锟颈抗拉强度平均值为436mp_a，铸接面抗拉强度平均值为400mp_a。可以得出铸接后锟颈抗拉强度及结合面抗拉强度均高于原锟颈抗拉强度。铸接面金相组织检验分析表面，铸接面结合良好、无缺陷，组织为细等轴晶球光体及碳化物，而母材组织为大块碳化物、网状碳化物及粗大球光体。 

球化退火后，锟颈铸接面强度拉断试样试验结果表明，大部拉断样均断在距结合面有一定距离的建材部分，由此可以证明铸接部分与母材结合良好，无任何缺陷，铸接后锟颈强度高于原锟颈强度，接合面组织孜密，组织及强度均优于原母材，铸接技术是成功可靠的，并减少经济损失。 

不仅用于半钢锟锟颈铸接，而且已广泛用于其他产品，如普通合金铸钢轧锟、重要碳素钢件、复合铸钢支承锟二次合箱等。事实证明，就材质而言它可分别适用于：合金铸钢、半钢、复合铸钢、合金球铁、合金铸铁等几乎所有材质锟的铸接。就形成而言它可分别适用于： 轧锟在铸造过程中锟颈断裂或其他致命缺陷。轧锟使用过程中锟颈或梅花头折断，重新铸造。特大型轧锟超能力生产时因一次冶炼能力不够工具不足或天车起重能力不够或厂房高度不够等，都可以先铸出主体部分，经加工后去掉一定的重量之后，再引铸接出锟颈部分，是一种利用现代设备扩大生产能力的最好途径。就规格而言，小到3.5吨，大到168吨轧锟均可采用，铸接技术十分成功，效果十分理想。 

附图说明

图1为本发明轧锟的结构示意图。 

图2为发明轧辊缺陷修复铸接示意图。 

图3为本发明的缺陷轧锟的结构示意图。 

图4为本发明的铸接锟接口尺寸要求的对应关系表。 

具体实施方式

如图1、2、3、4所示，一种轧辊缺陷修复铸接剂，其特征在于：采用铝热化学反应原理，由还原金属铝和氧化金属氧化铁以及用来调节反应温度及增加钢水量的铁钉头组成，利用铝热反应瞬间产生的高温钢水将铸接面熔化，随后迅速注入钢水，使之与原母体熔为一体；其配方按照如下重量份数的原料构成： 

铝粉1.5份、氧化铁5.1份、铁钉头1.0份、锰铁粉0.2份、鉻铁粉0.03份、钒铁粉0.015份。

一种轧辊缺陷修复铸接剂及其铸接工艺，其特征在于：按照如下步骤进行： 

步骤1：首先铸接前整个锟坯要进行粗加工，留出热处理变形粗加工量，从缺陷外将缺陷以上部分（A1），全部加工掉成平头，铸接面要加工成平稳表面值量达12.5要求， 

步骤2：铸接锟坯铸接要进行整体预热，整体预热温度要达到450—500℃，保温足够的时间，在铸接的钢水出钢前合箱，铸接前要保证让铸接面温度达250℃以上。

[0016] 步骤3：电炉冶炼所接锟子同材质的钢水，出钢温度高于平时规定上限40—50℃， 

步骤4：铸接锟接口尺寸要求：

Φa：必须大于成品尺寸200mm以上，h：必须与锟身直径φ的对应关系见图4。

步骤5：铸接锟合箱的选用：

铸接件锟预热出炉后迅速吊入已扣好型模内，合箱等待浇注，根据轧锟规格不同，合箱方式分为两种：锟身直径大于Φ1200的大型铸钢轧锟，合箱后型内通煤气烘烤预热，在锟身的上下部分分别装制的热电偶，接表控制烘烤温度，确保铸接温度和铸接后缓慢冷却，以保证铸接效果；锟身直径小于Φ1200的铸钢轧锟，合箱后即用煤气直接烘烤铸接面，直到浇注前，温度越高越好；

步骤6：铸接锟按上述合箱要求标准后，出钢实施铸接浇注，出钢最好造用倾翻包，钢液表面扒渣后迅速倾翻浇注，或用大的水口（＞Φ80）底漏快速浇注，

步骤7：出钢后，钢包掉至型模上方后，将铸接剂均匀撒于铸接面上，加入量根据铸接面的直径大小不同按下列公式计算：

Q加入量=2πR²hr/5

式中：R——铸接面半径（1/2D）

h——常数取100mm

r——钢水比重

按上述公式计算或查表，得出铸接剂的加入量，然后按照加入量将铸接剂均匀撒于铸接面上，即可用高温火柴点燃，待到铸接剂充分反应，浓烟消失，渣子浮起后，立即迅速浇入钢水，钢水浇到一定高度（400-500mm）时，改为点浇冒口至浇满；

步骤8： 浇完后，对辊身直径小于φ1200，铸接面直径≮φ550的铸钢轧辊，冒口一般采用保湿冒口及覆盖剂复合处理，对辊身直径大于φ1200铸接面积＞φ550mm的轧辊，浇注完后冒口一般要进行电加热处理电加热装置采用φ100-φ150电极加热，工艺为：

                  加热时间                        电流控制

                   6min                            150Amp

                   15min                           800Amp

                   30min                           60Amp

                   1   h                           400Amp

                   2   h                           200Amp

步骤9：浇注后，接口处温度与原来部分温度相同时，方可开箱，开箱后的轧辊首先进行去应力退火处理，然后转入轧辊正常后续工艺路线。