一种复合轧辊的制造方法和装置 本发明属于轧辊的制造方法和装置领域。主要适用于复合轧辊的制造。
轧辊是轧钢生产中大量消耗的关键部件，通常要求轧辊表层具有良好的耐磨性及抗粗糙性能，要求轧辊辊芯具有较高的强度和良好的韧性。为达到此目的，工业上普遍采用离心复合技术生产复合型轧辊，即轧辊由辊芯和外层组成，这种复合轧辊比单一材质轧辊的性能有很大的提高，但仍存在不少缺点，主要缺点是在离心铸造过程中轧辊的辊芯与外层两种材质之间有一个过渡区，俗称复合界面。而辊芯与外层的结合质量受界面厚度的直接影响，而界面质量又受工艺参数的影响，工艺参数稍有不当，就会造成复合界面厚度大小不合适，厚度过小，达不到两者冶金结合，厚度过大，则容易引起高应力状态下的应力集中，导致破坏。另外，两种材质的铸造复合，两者冷却速度的差异等都将影响复合轧辊的质量。
特别是随着冷热连轧板带轧机向大型化、高速化和高作业率方向发展，离心铸造复合方法所生产的复合轧辊已满足不了工艺要求。日本提供了一种新的轧辊复合方法CPC(Continuous pouring process for cladding)法，(文献：{1}Pevelopment of High-Toughness Rall by CPC process，Nippon steelTechmical Roport No.48，January，1991；{2)Recent Trends in Technologyof Rolling Mill rolls，Nippon steel Techmical Report No.55，october，1992.)。
这种方法是先将复合轧辊的辊芯制备好，然后置于结晶器中，再将外层钢水浇入结晶器中，然后辊芯向下抽动，使已凝固的外层与辊芯一起下移，最终成为复合轧辊。在复合过程中，对辊芯和结晶器均采用感应加热，使钢液保持一定的温度，便于辊芯与外层达到冶金结合。CPC和ESC两种方法地主要缺点是均采用感应加热，不仅耗电量大，成本高，而且还需大功率的电源；另外，其拉锭速度慢，生产率低。
本发明的目的在于提供一种耗电量少、热效率高和拉锭速度快的复合轧辊的制造方法和装置。
针对上述目的，本发明所采用的主要技术方案是预先将辊芯按要求制备好，然后将它置于结晶器的中心，并以辊芯为导体，作为电回路的一部分，组成电加热回路，将辊芯直接加热，当辊芯预热到一定温度后，向结晶器中浇入热渣，随后再浇入钢水，当钢水开始凝固后，向下抽动辊芯和引锭头，使钢水逐步地凝固在辊芯周围，最终完成复合轧辊外层的制备。
现将本发明复合轧辊的制造方法的步骤详细陈述如下：
(1)首先按辊芯的材质和尺寸规格的设计要求，将复合轧辊的辊芯预先制备好；
(2)将制备好的辊芯的下端置于连铸结晶器的中心孔中，两端与辊芯把持器相连；结晶器的内壁上涂覆一层导电性良好的金属陶瓷；
(3)将辊芯与电源形成电回路，采用直热式电加热将辊芯预热；
(4)当辊芯预热到指定温度后，开始向结晶器内浇入热渣，然后再浇入按设计要求所熔炼的外层钢水，即连铸外层，其热渣要求具有良好的导电性。
(5)当钢水开始凝固后，通过拉拔(拖动)机构，将辊芯和引锭头一并向下抽动，直至辊芯顶端进入结晶器下部，此时停止钢水浇入结晶器。当钢水完全凝固后，则在辊芯的外围形成所要求的复合轧辊的外层。
本发明是电阻热直接电加热的方法，电回路有两个：即abcdea和bcdfgb回路(参看附图1)，回路的a、b两端分别与两个辊芯把持器相接，把持器也为良导体，bcdfgb回路中的f与铜质的结晶器相连。电源为低压大电流电源。当预热辊芯时，电源通过abcdea回路向辊芯供电，辊芯通过电阻热将本身加热，当加热到指定温度，并向结晶器内浇入热渣和钢水后，由于热渣和钢水也为良导体，结晶器也为良导体，再根据电流通过最小电阻和最短路线的电路原理，因此，形成bcdfgb回路，结晶器、热渣、钢水和辊芯的下端也成为该回路的一部分。通过电加热，使渣、钢水及辊芯下端均能保持所需的温度，保证复合轧辊外层通过结晶器能连续浇铸完成，最终形成辊芯和外层都符合要求的复合轧辊。
本发明所述的复合轧辊其辊芯可以是铸态或锻态，即辊芯可以采用铸造或锻造方法生产。
复合轧辊辊芯的材质通常采用高强度高韧性铸造或铸造的低合金钢，复合轧辊的外层(复合层)可以是铸铁、铸钢、高碳钢、高铬钢、高铬镍钢、高速钢、不锈钢、耐热钢等。
本发明所述的复合轧辊的制造方法也可应用于对称性良好不同材质的复合。
现根据附图陈述本发明所述的复合轧辊的制造装置。
附图1为本发明复合轧辊制造装置的结构示意图。
由图1看出，本发明复合轧辊制造装置由结晶器3、辊芯把持器1、固定架4、引锭头5、电源6、中间包10、电回路abcdea和bcdfgb组成。图中，2为辊芯，11为结晶器的冷却水通道，7为钢液，8为保护渣，9为水口，12为已复合好的复合轧辊的外层，结晶器3固定在固定架4上，引锭头5与辊芯2相连，电路中a、b端分别与辊芯把持器1的两个端头相连，f与结晶器3相连，引锭头5分别与结晶器3、固定架4和辊芯2相互绝缘，另外，辊芯的长度大于最终复合轧辊成品的长度。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)由于辊芯采用低电压、大电流电阻热式预热，因此热效率高，耗电量少，节约了能源。
(2)浇入渣和钢水之后，形成最短路线的bcdfgb回路，且电阻也小，故正式连铸复合轧辊外层时，耗电量更低。
(3)由于辊芯可以在浇铸之前预热到一定温度，因此拉锭速度可提高5～10倍，提高了生产率。
(4)节约一个超乎寻常的预热辊芯的大电压，如生产Φ760轧辊，复合层在40mm左右，电源要求在1000KW以上，本专利电源在300KW～500KW即可实现良好的复合，此外，如加热浇入钢水，通常采用感应加热，功率在500KW，本工艺通过电的回路，将渣加热，不需500KW的感应加热。为此节约一个加热电源。
实施例
采用本发明所述的轧辊复合方法及装置制备了四批复合轧辊。四批复合轧辊的辊芯与外层的材质及尺寸规格如表1所示。按照表1所述的辊芯的材质和尺寸预先制备好辊芯，制备辊芯的方法也列入表1；然后分批先将辊芯装于结晶器中，辊芯的两端分别连接在两个辊芯把持器上，并将电回路abedea和bcdfgb与电源接好，之后，启动电源，通过回路abcdea将辊芯直接加热(预热)，预热到一定温度后，将热渣注入结晶器中，接着将预先设计好的轧辊外层金属熔融金属连续浇入 结晶器中，直至辊芯被外层金属覆盖。浇铸前辊芯的预热温度和外层浇铸开始后辊芯及引锭头向下拖动的速度如表2所示。辊芯预热时的电流参数和开始浇铸后的电流参数如表3所示。凝固后，检测了复合轧辊的复合效果，结果表明，复合效果良好，复合界面厚度如表3所示。
表1实施例复合轧辊辊芯及外层的材质及尺寸规格批号部位材质尺寸规格 mm 备 注 1辊芯外层40CrMo球铁Φ80×250Φ100×200锻态 2辊芯外层40CrMo球铁Φ80×250Φ100×200铸态 3辊芯外层40CrMo高速钢Φ80×250Φ100×200锻态 4辊芯外层40CrMo高速钢Φ80×250Φ100×200铸态
表2实施例辊芯预热温度和辊芯及引锭头向下拖动速度批号辊芯预热温度 ℃辊芯及引锭头向下拖动速度 m/min 1 500 40 2 500 40 3 650 35 4 650 35
表3实施例辊芯预热及外层连铸的电流参数 批号辊芯预热 外 层 连 铸辊芯与外层结合复合界面的厚度 μm 电压 V 电流 A 电压 V 电流 A 1 6 500 6 500 80 2 6 500 6 500 100 3 6 500 6 500 80 4 6 500 6 500 70