本发明专利技术公开了一种可循环利用辊芯的复合辊制造工艺及设备，采用感应加热器对安装在组合式水冷结晶器内的厚壁空心钢管芯棒整体加热到800～1000℃，浇入辊轴工作层熔液，继续加热10～50分钟，启动升降装置将加热器以一定速度向上提升，经5～15分钟升到保温圈停止，继续加热10～50分钟，对冒口进行补缩，停止加热后通水冷却30分钟～24小时。采用热镶嵌工艺将复合辊套和芯轴联接成整体，工艺简单，生产效率高，安全可靠，使用寿命长。实现了辊芯的循环利用，其利用率在60％以上，节省了材料和能源的浪费，减少了环境污染。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属压力加工
，特别涉及一种可循环利用辊芯的复合辊制造工艺及设备，适用于乳钢行业中复合乳辊的制造。
技术介绍
乳辊被誉为“钢材之母”，是钢、铝、铜等金属压延生产中使金属材料产生塑性变形的工具，是决定乳机生产效率和乳材质量及经济性的重要的大型部件，是乳机乳制不可或缺的关键性部件和最主要的大宗消耗部件，其消耗成本约为乳钢生产成本的5%?15%。如果考虑因乳辊消耗而带来的生产停机、降产和设备维护增加等因素，则其所占生产成本的比重会更高。乳机是金属压力加工生产中的重要设备，是衡量一个国家钢铁发展技术水平的显著标志。而乳辊又是乳机的主要组成部分，是乳钢生产中大量消耗的关键部件，是决定一个国家乳制技术发展水平的基本保证，是一个国家金属材料设计、材料成型技术、加工制造和热处理等基础工业综合技术水平的直观体现。在乳钢工业生产中，每一种乳材无一不是依靠乳辊的乳制而成形，这就是说“无辊不成材”，所以，乳辊的质量和作用至关重要。乳辊质量不仅关系到乳钢生产成本和乳机生产作业率，还在很大程度上影响乳材质量。随着乳钢技术的发展，乳机速度和自动化程度不断提高，对乳辊质量特别是乳辊的耐磨性、强度及韧性等提出了更高的要求。进一步提高乳辊性能以适应乳机的需要，实现钢铁型材的节能降耗生产，是乳辊研制者面临的新目标。我国乳辊制造业经过几十年的发展和壮大，目前已成为世界乳辊产量大国，乳辊制造技术和材质品种方面有很大的发展。在乳辊材质方面，从球墨铸铁、合金无限冷硬铸铁发展到现在的针状组织球墨铸铁、高合金无限冷硬铸铁、高铬铸铁、硬质合金、半高速钢和高速钢等。在铸造工艺方面也从常规浇铸单一材质和溢流法浇铸复合材质，发展到离心复合浇铸工艺。目前国内乳辊供应能力已达到100万吨以上，设计制造能力可以达到120?150万吨。随着我国乳钢装备的改造和不断从国外引进先进的乳机，乳机向自动化、连续化、重型化方向发展，对乳辊的组织和性能提出了更高的要求。然而，我国自行研制的冶金乳辊乳制钢材平均消耗与发达国家相比尚有较大的差距。来自中国钢铁协会的最新统计，2014年我国钢材产量已经达到112557万吨，占全球钢产量40%以上，按照吨钢消耗乳辊1.0?1.2 kg/t钢计算，年消耗乳辊110?130多万吨，年消耗乳辊资金200亿元以上。为了满足乳钢生产的实际需要，我国每年都需要花费大量外汇进口乳辊，仅2010年进口优质乳辊约3.0万多吨，消耗外汇约2亿多美元。我国乳辊的大量消耗，造成了资源和能源的巨大浪费。另外，国外乳辊年消耗量也超过百万吨，市场需求量大。如此大的报废量无论从乳钢厂的乳制成本，还是从我国的能源和资源消耗方面来看都是一项巨大的浪费，对环境和资源造成巨大压力。因此，提高乳辊质量，延长乳辊寿命，不仅能节省大量外汇，而且还可以节省大量的乳辊材料，开发优质长寿命乳辊材料及其成形技术，不仅可满足国内需求，而且还可实现出口创汇。目前国内外现有的乳辊，大多采用整体的铸钢乳辊和铸铁乳辊。铸铁乳辊与铸钢乳辊相比，其耐磨性较好，但是强度较差，容易断辊。为了提高乳辊表面硬度，近年来应用了乳辊的离心铸造技术，离心铸造乳辊的辊面和辊心分别采用不同成分的金属铸造，以求得乳辊表面硬度和乳辊辊身强度的统一。由于这种乳辊的制造成本高，乳辊一次性报废造成材料的极大浪费等原因，离心乳辊的应用受到极大限制。随后，出现了组合式乳辊，组合乳辊在一定程度解决了材料浪费等问题，并且组合乳辊采用耐磨合金辊套，乳辊寿命提高了很多，但是其辊轴与辊套的联接方式多采用键联接或焊接方式，在实际生产中，崩套、滚键等事故频繁发生。此外，现有专利技术技术制得的乳辊基本上都存在着外层材料磨损后，辊芯只有重新熔炼才能实现循环利用的问题，造成材料和能源的浪费。目前我国现有乳辊结构除小部分特殊形状的乳辊如万能乳机水平辊、立辊，管线部分乳辊，型材矫直辊、悬臂式乳机乳辊采用循环使用分体结构乳辊外，90%以上的各类型乳辊都是整体结构。造成了乳辊材料的极大浪费。针对组合乳辊实际应用中出现的问题，中国专利号CN1142993A公开了一种高能量组合乳辊，克服当前组合乳辊现有技术的不足，很好的解决了组合乳辊使用过程中崩套，剥落的问题。其主要是介绍了一种在制造和装配过程中依压乳力为基准对乳辊有效工作部位输入能量，使其最大限度地提高强度、刚度、抗剥落性和耐磨性的高能量乳辊。但是，经实际调查，该高能量乳辊在生产中鲜有应用，因为它存在以下缺点:该高能量组合乳辊的辊套与辊轴的装配操作过程复杂；辊套的卸载难度大；装配和卸载均要依靠专门为此产品设计的液压设备，由于整套的液压设备使得生产成本大幅升高；该高能量组合乳辊工作过程中因长期振动，辊套形变(能量)减小时，必须将乳辊卸下重新装配，费时费力；乳辊辊套卸载时易造成辊轴外表面和乳辊辊套内表面的刮伤，极大缩短了辊轴的使用寿命。中国专利CN2129657Y “预应力组合乳辊”、CN1059482A “钢铁胶粘组合乳辊工艺”、CN1092992A “组合式空心乳辊及其制造方法”、ZL02223546.9 “辊环复合乳辊”等也分别公开了制造镶套复合乳辊技术；这些组合式辊环(辊套)乳辊以各种不同方式将耐磨合金辊环(辊套)与芯轴连接在一起。他们均没有提到辊环必须是“外硬内韧”，从而在确保乳辊安全使用的前提下提高使用寿命，在实际使用中这些乳辊会存在崩套、破坏等现象，因而没有大面积推广。随着乳钢行业技术的不断进步，为了保证乳辊使用安全性，要求乳辊在使用过程中芯部要有较高的韧性；与此同时，为了提高钢材产量与产品表面质量，钢铁企业对乳辊的使用寿命及耐磨性的要求也日益提高，这就需要乳辊工作层采用硬度高的耐磨材料。为此，国内外科技工作者一直在做辊环乳辊的探讨和实践工作。开发了镶套复合乳辊。复合镶套乳辊是乳辊类型之一。是将辊身和辊芯及辊颈两部分用不同方法分别制作好后，采用机械镶嵌工艺通过热装过盈配合将其组装成一体，可以同时满足耐磨性和抗断裂性这两种矛盾的性能要求。占总量60%以上的辊芯可以循环应用，而占整个乳辊重量在40%以下的乳辊辊套在达到报废标准后经更换新的乳辊辊套既可以再循环应用。与传统的整体乳辊相比，复合镶套再制造乳辊不但质量好而且还能降低乳辊的成本。目前国内外所开发的复合辊环制造工艺，大多采用离心复合铸造法制造，由于受制造工艺的限制，所制造的复合棍套内层材料均为球墨铸铁，尚无法制造钢质材料的内层。而采用镶铸工艺大多采用将复合辊套内层材料在加热炉内预热至300?800°C，放入型砂中，然后合箱浇入辊套外层复合材料，该工艺的主要缺点为:在加热炉中加热，由于加热时间长，被加热件易氧化，尽管可以通过在固体表面涂敷保护剂来保护固体表面不受氧化，但要彻底防止固体表面的氧化非常困难。另外，由于预热件从加热炉中取出到浇注，这中间的时间一般不易控制，导致复合前预热件的实际温度变化较大，无法稳定地保证复合界面的质量。而采用高温金属液对固体部分进行长时间的冲刷，加热效率非常低，既浪费大量的高温金属造成能源和材料的无谓浪费。同时由于固体部分的激冷作用，在液体金属浇入铸型后靠近固体部分的液体金属立即在固体表面凝固，这层快速凝固的金属极易出现裂纹，实际应用中裂纹扩散。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对己有技术的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可循环利用辊芯的复合辊制造工艺，其特征在于：首先将制造好的所需材质和尺寸的厚壁空心钢管内层材料表面进行除油、除锈处理后，在其表面均匀涂覆一层防氧化涂料，放入加热炉内进行预热到500℃～700℃后，通过支承底座、底水箱和浇注底板的中心圆孔固定在结晶器的中心，启动区域定向凝固升降装置，将电磁感应加热器下降到结晶器的底部，打开水冷结晶器和底水箱的进出水管，启动电磁感应加热电源，通过安装在水冷结晶器外部的感应加热器对厚壁空心钢管内层材料进行表面加热，待加热到800℃～1000℃后，将冶炼好的所需复合成分的轧辊复合辊套外层金属液倒入浇注包内，将浇注包内的金属液按照所预定的浇注程序通过浇注漏斗、中注管、浇铸流道浇入结晶器内与厚壁空心钢管内层材料之间的空隙中，在浇注过程中，电磁感应加热器不停止加热，金属液浇注完毕后，感应加热器继续进行加热10～50分钟，使所浇注的金属液在一定的时间内保持液态，以增加液固时间，使界面形成冶金结合，启动区域定向凝固升降装置将电磁感应加热器以一定的速度向上提升，逐步脱离电磁感应加热的辊套复合层由下向上逐层顺序凝固，并根据质量要求在不同的区域内控制不同的上升速度，形成区域定向凝固，经5～15分钟升到保温圈处停止，继续对保温圈进行加热10～50分钟，对冒口进行补缩，达到预定时间后停止加热，继续通水冷却30分钟～24小时，将铸造好的外层为高耐磨材料，内层为高韧性、高强度材料的双金属复合辊套从结晶器内取出；将熔铸的复合辊套经机械加工至成品尺寸，将复合辊套进行热处理，然后将100～200目的具有多棱尖角的且硬面韧的颗粒，采用粘结剂分别均匀的粘结到复合辊套的内孔表面和芯轴的外表面，将辊套预热到低于辊套回火温度400～550℃，保温时间8～12小时后直接压装到芯轴上，多棱尖角且硬面韧的颗粒在辊套冷却后嵌入辊套内层和芯轴外层的表面，提高了界面结合强度，使复合辊套与芯轴联结成一个有机整体构成辊套轧辊，装配完毕后的复合轧辊入炉随炉冷却至室温；所述的可循环利用辊芯的复合轧辊由复合轧辊辊套外层、复合轧辊辊套内层和芯轴三部分组成，复合轧辊工作层材料为球墨铸铁、石墨钢、镍铬钼合金铸铁、高铬铸铁、高铬钢、合金铸钢、高硼合金钢、高速钢、模具钢耐磨材料；内层材料为轧制、锻造或者铸造的低碳钢、低合金钢、中碳钢或球墨铸铁、合金铸铁；所述芯轴采用报废的各种材质轧辊或铸钢件或锻钢件或铸铁件。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：丁家伟，丁刚，耿德英，鹿微微，鹿策，施孟达，孔军，
申请(专利权)人：丹阳恒庆复合材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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