基本信息
- 项目名称：
- 电渣液态浇注法制备复合轧辊的潜力评估与工艺探索
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本文通过实验检测分析对比了不同方法制备的复合轧辊的质量，验证了电渣液态浇注法的开发潜力。通过有限元模拟方法得到了ESSLM生产复合轧辊时得到厚薄均匀的界面层所需的工艺条件，并得出了该工艺条件下的温度场、电磁力等参数。该工艺条件已经用于江苏某企业的生产现场，生产现场分析结果与模拟结果基本一致。复合轧辊的结合界面是本技术的关键，而控制复合过程中界面层厚度是本技术成败的关键。
- 详细介绍：
- 轧辊作为轧机的主要消耗部件，其消耗成本约为轧钢生产成本的5%～15%，直接关系到钢铁生产企业的生产效率、产品质量和生产成本。我国轧辊制造技术的水平与国外差距较大，高端复合轧辊尤其是宽厚板支撑辊基本依赖进口。我国复合轧辊主要采用离心铸造法，其工艺简单，成本低，但合金元素偏析严重，影响轧辊性能和寿命。因此开展新型复合轧辊材料及其制造方法的研究，对于改善轧辊质量、延长轧辊寿命、提高轧机作业率和降低轧钢成本具有非常重要的意义，高质量低成本复合轧辊的研制已成为我国科技工作者亟待攻克的难题。电渣液态浇注法是生产复合轧辊最为先进的工艺技术之一，目前只有乌克兰掌握了该技术，国内没有对同类技术的研究。东北大学电冶金实验室与乌克兰国家科学院巴顿电焊研究所合作，共同研发电渣液态浇注法生产复合轧辊的工艺，但目前该方法在国内投产还需要充分的可行性论证。 本文对电渣液态浇注法与其他方法制备的复合轧辊的各项技术经济参数进行了系统对比和分析，通过电子万能试验机、金相显微镜、SEM等检测分析证实了电渣液态浇注法所生产复合轧辊的优异质量，首次用实际数据证明了电渣液态浇注法的先进性，验证了电渣液态浇注法的开发潜力。通过有限元模拟方法对该方法的工艺进行了探索，得到了ESSLM生产复合轧辊时得到厚薄均匀的界面层所需的工艺条件，并在国内首次得出该工艺条件下的温度场、电场分布、电磁力等参数。该工艺条件已经用于江苏某企业的生产现场，生产现场分析结果与模拟结果基本一致 。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 复合轧辊是未来轧辊制造业的发展方向，电渣液态浇注方法是生产复合轧辊最为先进的工艺技术之一，本文首次在国内对这种技术进行较为系统的研究，为该技术的发展奠定理论基础。文中分析了各种工艺的优缺点，并通过万能试验机、SEM、拉伸力学性能、金相组织等检测分析证实了电渣液态浇注方法所生产复合轧辊的优异质量，验证了电渣液态浇注法的开发潜力。通过有限元模拟方法得到了ESSLM生产复合轧辊时得到厚薄均匀的界面层所需的工艺条件，并得出了该工艺条件下的温度场、电场分布、电磁力等参数。该工艺条件已经用于江苏某企业的生产现场，生产现场分析结果与模拟结果基本一致。复合轧辊的结合界面是本技术的关键，而控制复合过程中界面层厚度在几十微米的范围内是本技术成败的关键。
科学性、先进性
- 1、电渣液态浇注技术直接使用液态钢水，避免了传统电渣重熔技术需要制备自耗电极的工序，符合国家节能减排的长期发展目标，同时该方法可精确控制浇注温度和速度，得到的组织致密，内外层结合强度高，结合界面均匀，电耗低效率高，是处于国际前沿的技术，在国内属于首次研发； 2、对电渣液态浇注法与其他方法制备的复合轧辊的各项技术经济参数进行了系统对比和分析，首次用实际数据证明了电渣液态浇注法的先进性； 3、用有限元法对电渣液态浇注法制备复合轧辊进行模拟，得到了该方法生产复合轧辊时得到厚薄均匀的界面层所需的工艺条件，在国内首次提出了电渣液态浇注的工艺参数，该工艺条件已经用于江苏某企业的生产现场，生产现场分析结果与模拟结果基本一致。 参考文献Medovar L B, Tsykulenko A K, Saenko V Y， etal．New electroslag technologies[C].//Medovar Memorial Symposium. Kyiv, 2001：49-60．
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 生产阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 电渣液态浇注工艺直接使用钢液进行浇注而不需要制备自耗电极，避免了耐火材料的污染，摆脱了电功率对电极熔化的制约关系，有利于获得良好的凝固质量。复合过程中渣绕芯轴不停旋转，促进了温度场和化学成分的均匀性，避免了偏析。电渣液态浇注技术特别适合于大型复合支撑辊的生产。据初步调查，一支大型支撑辊价格约为3000万元，一条电渣液态浇注项目投产后年生产能力预计为100支大型复合轧辊，预计销售收入达30亿元。
同类课题研究水平概述
- 我国轧辊制造技术的水平相对落后，国内高端轧辊的性能与国外先进水平相比，差距较大，难以满足国内需求。宝钢、鞍钢和太钢等企业所使用的高端轧辊尤其是宽厚板支撑辊长期依赖进口，例如在国内，4m以上的宽厚板轧机支撑辊全部依赖进口，国内既不能生产也不能修复，而进口轧辊的价格非常昂贵，通常进口一对大型宽厚板轧机支撑辊的价格在1000万欧元左右。 复合轧辊是未来轧辊的发展方向。目前，乌克兰、俄罗斯、德国、保加利亚、日本、欧美、巴西和波兰等多个国家的轧机纷纷采用高速钢复合轧辊，而我国对高速钢复合轧辊的使用还比较少。我国所使用的复合轧辊除进口外，大部分都是采用离心铸造法进行生产，但在离心力作用下碳化物容易形成严重的偏析，组织和成分不均匀，影响轧辊性能和寿命。 目前世界上CPC法和ESSLM法制备复合轧辊的性价比较高，国外CPC法已经应用于工业生产，ESSLM的技术研究也比较成熟。国内虽然有一些企业单位在尝试CPC法制造复合轧辊，但成效不大；ESSLM法生产复合轧辊在国内更是无人尝试。 复合轧辊制造过程的数值模拟研究方面，20世纪90年代，吴春京、杨大可等人首先利用计算机模拟技术定量确定CPC成型工艺参数，同时利用控制容积方法和分段直线拟合曲线，建立了国内首个CPC高速钢复合轧辊浇铸工艺的基本模型。东北大学的冯明杰建立了高速钢复合轧辊铸造过程中外层高速钢钢液充型湍流流动及辊芯和外层高速钢液固结合时的三维速度场和温度场的计算模型。武汉理工大学的万虹应用有限元分析软件ANSYS对CPC高速钢连续浇铸工艺进行研究，通过对原始工艺建立模型及模拟，得到了随时间变化的瞬态温度场分布，分析和推断出外层金属的凝固规律及凝固顺序。但目前国内对ESSLM工艺制度的模拟尚无人涉足。 因此在我国应尽早研发ESSLM工艺，结束我国高端轧辊依赖进口的局面，这对于提高我国轧材质量、降低生产成本、节约资源等方面具有重要意义。
