冒口加氣裝置在鑄鋼輥生產(chǎn)中的應(yīng)用

冒口加氣裝置在鑄鋼輥生產(chǎn)中的應(yīng)用

如何提高鑄造輥的鑄造性能一直是許多輥加工公司努力的方向。因此，許多輥加工工人對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了大量研究，并取得了巨大成功。鑄鋼軋輥的冒口尺寸也由開(kāi)始時(shí)的和輥身一樣粗細(xì)發(fā)展到現(xiàn)如今遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于輥身尺寸,上輥頸的加工余量也越來(lái)越小,冒口也由原來(lái)的一味加粗發(fā)展為如今的保溫冒口、發(fā)熱冒口、電加熱冒口,軋輥質(zhì)量進(jìn)一步提高,工藝出品率也由過(guò)去的60%~70%發(fā)展到如今的80%~83%。唐鋼重機(jī)的鑄鋼軋輥生產(chǎn),原鑄造工藝采用保溫冒口,工藝出品率在63%~68%,間隔20~40min點(diǎn)補(bǔ)冒口,但在機(jī)加工過(guò)程中,上輥頸會(huì)發(fā)現(xiàn)小的縮松,不嚴(yán)重的還可以用,出現(xiàn)嚴(yán)重縮松時(shí),對(duì)一些有特殊要求的軋輥,如鉆深油孔,會(huì)造成輥頸漏油,只能報(bào)廢,嚴(yán)重影響軋輥的外觀和成品率。鑒于這種情況,我公司在2009年引進(jìn)了一臺(tái)KH-3200型可控硅加熱電源,經(jīng)過(guò)組裝制作了一臺(tái)冒口電加熱裝置,開(kāi)始對(duì)電加熱進(jìn)行研究試驗(yàn),現(xiàn)已用電加熱方法生產(chǎn)所有鑄鋼軋輥,經(jīng)過(guò)外觀及探傷檢驗(yàn)比較,效果比較理想,工藝出品率比原來(lái)提高10%左右,縮松、縮孔問(wèn)題基本得到解決,電加熱冒口在鑄鋼軋輥生產(chǎn)上的應(yīng)用,不僅解決了困擾軋輥工作者多年的輥頸疏松問(wèn)題,還節(jié)約了鋼液,提高了工藝出品率,省去了保溫冒口的使用,降低了成本,提高了經(jīng)濟(jì)效益。1設(shè)備安裝、工作原則、操作方法1.1單電極可實(shí)現(xiàn)加熱機(jī)組配我公司生產(chǎn)的鋼軋輥品種繁多,規(guī)格多樣,材質(zhì)各異,但工藝方法基本上大同小異,軋輥鑄造工藝如圖1所示。根據(jù)我公司軋輥的生產(chǎn)特點(diǎn),經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)組裝了一臺(tái)單電極可移動(dòng)式電加熱機(jī),如圖2所示。在鑄造車(chē)間并列擺放3個(gè)澆注坑,為便于操作,在澆注坑一側(cè)為電加熱機(jī)鋪設(shè)了平車(chē)軌道,在車(chē)間支撐鋼梁離地面2500mm的位置設(shè)置了滑道,軌道、滑道長(zhǎng)度均略長(zhǎng)于澆注坑長(zhǎng)度。1.2可控硅電源與變壓器利用電焊機(jī)的工作原理,將380V三相交流電利用可控硅電源轉(zhuǎn)換成低壓直流電,可控硅電源就是一個(gè)特殊的變壓器。所不同的是變壓器接負(fù)載時(shí)電壓下降小,可控硅電源接負(fù)載時(shí)電壓下降大,這主要是通過(guò)調(diào)解磁通和串聯(lián)電感的電感量來(lái)實(shí)現(xiàn)的,普通可控硅電源的工作原理和變壓器相似,是一個(gè)降壓變壓器。在次級(jí)線圈的兩端是軋輥和石墨電極,引燃電弧,在電弧的高溫作用下將軋輥的冒口端上部熔化,達(dá)到補(bǔ)縮目的。原理如圖3所示。1.3冒口的熱壓方法軋輥澆注完成后,先在澆口杯插入一根Φ30mm×1500mm圓鋼與輸出負(fù)極相連,然后啟動(dòng)電源,將平車(chē)推到正對(duì)軋輥的位置,用手動(dòng)開(kāi)關(guān)將石墨電極升起,開(kāi)動(dòng)前后開(kāi)關(guān)利用伸縮橫梁將電極移動(dòng)到軋輥冒口正上方,開(kāi)動(dòng)下降開(kāi)關(guān),將石墨電極插入冒口中的鋼液中并觀察電壓、電流表值,這時(shí)可看到液面處的弧光,電流大約控制在1500~2000A左右,電壓在40V左右。加熱過(guò)程中冒口里要加發(fā)熱劑,而且要覆蓋完全,不應(yīng)看到紅色的液面,如看到要補(bǔ)加發(fā)熱劑。加熱初期由于鋼液液態(tài)收縮和凝固收縮的影響,收縮的比較快,電流,電壓均不太穩(wěn)定,這時(shí)操作工應(yīng)密切注意電壓,電流情況,及時(shí)調(diào)整電極插入的深度,整個(gè)加熱過(guò)程所用時(shí)間要根據(jù)軋輥的大小、規(guī)格及鋼液量的多少而定。2冒口的制作過(guò)程電加熱機(jī)安裝完畢后,首先在Φ680mm×1800mm軋輥上進(jìn)行了試驗(yàn),此軋輥成品重6.2t,澆注重量為10t,軋輥澆注完畢后,立即將輸出負(fù)極也就是電纜與插入澆口杯內(nèi)的圓鋼相連,然后將石墨電極插入冒口端,手動(dòng)調(diào)節(jié)電極插入的深度,控制電流、電壓的大小,電壓控制在40V,電流保持在1600~1800A左右,這樣可使冒口端的鋼液始終處于熔化狀態(tài),時(shí)間控制在1h,1h后停機(jī),待開(kāi)箱后觀察效果,冒口上端呈V形。根據(jù)這支軋輥的加熱情況及凝固規(guī)律,對(duì)不同規(guī)格的軋輥制定了電加熱工藝。2.1凝固鋼升溫階段鋼液澆完后在型腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中溫度下降很快,為了保證冒口端的鋼液始終處于熔化狀態(tài),必須給冒口端的鋼液升溫,使表面及砂型壁側(cè)的已凝固的鋼液熔化,保證冒口端的鋼液始終處于熔融狀態(tài),加熱過(guò)程中應(yīng)做好冒口的保溫工作,并一直保持到加熱結(jié)束。凝固層的厚度決定了凝固鋼的重量,升溫期的時(shí)間主要由凝固鋼熔化決定。此階段所需熱量可由公式(1)求得:式中:C為比熱容,m為凝固鋼液的重量,T1為澆注鋼液的溫度,T2為冷凝鋼的溫度,λ為熔解熱。熔化凝固鋼加熱所用時(shí)間可由公式(2)求得:式中:(In)2為電弧電流,R為電弧電阻值約為0.26Ω,d為熱損失系數(shù)。從上面兩個(gè)公式可以看出,澆注溫度越低凝固鋼的重量越大,所需的時(shí)間越長(zhǎng)。這里只計(jì)算了凝固鋼的熔化熱量,并未計(jì)算未凝固鋼液的升溫所需熱量。2.2加熱時(shí)間對(duì)鋼液量的影響軋輥澆注完成后,先在冒口上面放一部分冒口保溫劑,并立即對(duì)冒口進(jìn)行加熱,在加熱的過(guò)程中加熱功率是不變的,就是自始至終保證足夠的功率,讓加熱區(qū)域的鋼液處于熔化狀態(tài),隨著時(shí)間的延長(zhǎng),軋輥由外及內(nèi)逐漸凝固,熔化的鋼液對(duì)收縮的部分進(jìn)行補(bǔ)縮,由于影響加熱時(shí)間的因素很多,所以沒(méi)有一個(gè)明確的公式,在生產(chǎn)中總結(jié)了如下的規(guī)律,如表1所示,從表1可以看出,加熱時(shí)間與鋼液量的多少成正比。生產(chǎn)過(guò)程中加熱時(shí)間的確定還受其他一些因素的影響,但比較小,可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定。3生產(chǎn)效果分析電加熱裝置使用后共統(tǒng)計(jì)了50支軋輥,對(duì)使用前后冒口尺寸、鋼液量、工藝出品率等進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),結(jié)果如表2。從表2中可以看出,經(jīng)過(guò)電加熱的軋輥比原工藝生產(chǎn)的軋輥,出品率提高10%以上,個(gè)別提高16%,且可以省去保溫冒口,冒口尺寸也由原來(lái)的1500~2500mm減少到600~1000mm,軋輥開(kāi)箱后冒口端比較平,而原工藝飛邊較大,需人工將端面割平。如鑄造Φ680mm×1800mm軋輥,材質(zhì)為70Mn2,每支軋輥可節(jié)省成本300余元,其中節(jié)電900kW/h,節(jié)約鋼液1.5t,節(jié)約保溫冒口0.16t,氧氣、乙炔1.2m3。4自動(dòng)加熱系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用,發(fā)現(xiàn)此電加熱裝置存在一些問(wèn)題:沿鐵軌方向移動(dòng)需人工推動(dòng),最少2人,費(fèi)工費(fèi)力;加熱需完全人工控制,操作人員要時(shí)刻觀察儀表,比較繁瑣;無(wú)過(guò)流保護(hù)裝置,易造成原器件的損壞。所以需要對(duì)小車(chē)進(jìn)行改造,安裝電機(jī),沿鐵軌方向的移動(dòng)改由電機(jī)帶動(dòng);改造電極的加熱控制裝置,變手動(dòng)為自動(dòng)加熱;安裝過(guò)流保護(hù)器。5鑄造工藝及設(shè)備(1)在大型鑄鋼軋輥上應(yīng)用電加熱裝置,只要能控制好,完全可以消除上輥頸縮松縮孔等鑄造缺陷。從探傷情況來(lái)看,若冒口平頂期做得很平,能夠保證上下輥頸內(nèi)部組織相同。(2)原來(lái)在冒口端應(yīng)用保溫冒口,成本較高,加長(zhǎng)的比較多,同時(shí)還要加粗,造