趙立新 趙文輝 鄒 豐

(1.天津重型裝備工程研究有限公司，天津300457；2.北京天力創(chuàng)玻璃科技開發(fā)有限公司，北京100020)

新型國產(chǎn)離心復(fù)合軋輥用保護(hù)渣的試制

趙立新1趙文輝1鄒 豐2

(1.天津重型裝備工程研究有限公司，天津300457；2.北京天力創(chuàng)玻璃科技開發(fā)有限公司，北京100020)

通過對TLC-32型國產(chǎn)保護(hù)渣的渣系成分優(yōu)化及性能檢測對比以及軋輥產(chǎn)品試用，得出保護(hù)渣各項(xiàng)性能指標(biāo)合格，國產(chǎn)保護(hù)渣的試制成功降低了軋輥成本。

軋輥；保護(hù)渣；試制

在離心復(fù)合鑄造軋輥的生產(chǎn)中，外層離心澆注完畢后，采用機(jī)械翻轉(zhuǎn)方式向其內(nèi)表面加入保護(hù)渣，在離心過程至充芯過程中，對外層金屬起到保溫和防氧化作用。優(yōu)質(zhì)的防氧化熔劑是保證軋輥結(jié)合層無缺陷的重要保障[1]。

離心復(fù)合軋輥用保護(hù)渣須具備以下性能[2]：

(1)鋪展性能良好。在離心層離心鑄造過程中，溫度在1 100～1 400℃范圍，保護(hù)渣應(yīng)具備良好流動性，使其在離心過程中能夠快速鋪展至離心鑄件內(nèi)表面。

(2)高溫粘度適當(dāng)。在950～1 150℃溫度范圍內(nèi)粘度變化平緩并保持一定的粘度值，在離心機(jī)停機(jī)、鐵模吊運(yùn)和組裝過程中，保護(hù)渣在停止轉(zhuǎn)動后不會沿外殼內(nèi)表面流出，失去防氧化作用。

(3)排渣性能良好。在芯部鐵水澆注溫度范圍內(nèi)，隨著不斷澆入的金屬液逐漸上浮至冒口部位排出，而不會殘留在結(jié)合層內(nèi)形成夾雜缺陷。

我公司現(xiàn)采用法國某公司生產(chǎn)的OPF 72型保護(hù)渣，屬于浮渣玻璃系列，使用溫度范圍為1 050～1 150℃，堆積密度為1.5 g/cm3。OPF 72型保護(hù)渣用于高速鋼、高鉻鋼和高鉻鐵的軋輥生產(chǎn)，使用溫度高，軋輥規(guī)格大，產(chǎn)品附加值較高。OPF 72質(zhì)量穩(wěn)定、性能優(yōu)異，基本杜絕了因保護(hù)渣問題導(dǎo)致的夾雜等質(zhì)量問題。但近年來由于環(huán)境和成本原因，國外廠家減少或不生產(chǎn)該類型保護(hù)渣，使國外采購變得困難，而國內(nèi)也沒有可直接替代產(chǎn)品，影響軋輥正常生產(chǎn)，因此需要研制開發(fā)出一種質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的國產(chǎn)替代保護(hù)渣。我公司與北京天力創(chuàng)玻璃科技開發(fā)有限公司開展合作研發(fā)，重點(diǎn)對“三高”軋輥用保護(hù)渣開展了研制工作，提出了研制路線和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。通過渣系設(shè)計(jì)、性能檢測對比、軋輥產(chǎn)品試用等工作，成功研制出用于離心復(fù)合軋輥產(chǎn)品的高性能保護(hù)渣，打破了國外壟斷的局面，使保護(hù)渣采購成本降低了50%以上。

1 試驗(yàn)過程

1.1 試樣制備

渣系設(shè)計(jì)共選取32種以上的成分進(jìn)行檢測優(yōu)化，最終確定代號為TLC-32型保護(hù)渣，檢測其化學(xué)成分、高溫物性、高溫粘度等性能指標(biāo)，并與進(jìn)口保護(hù)渣進(jìn)行對比，綜合評價(jià)國產(chǎn)保護(hù)渣。采用實(shí)驗(yàn)室坩堝制備試用保護(hù)渣。

試驗(yàn)件選擇在制高鉻鑄鐵軋輥，數(shù)量為1支。試用方案采取“工藝不變，等質(zhì)量替換”原則，即保護(hù)渣的加入方式和加入量保持不變。軋輥經(jīng)退火及機(jī)加工后，對其全輥身進(jìn)行超聲檢測。

1.2 檢測方法

保護(hù)渣化學(xué)成分分析采用X-Ray熒光光譜儀。保護(hù)渣高溫粘度測試采用Theta旋轉(zhuǎn)式高溫粘度儀：測試溫度范圍為900～1 400℃，降溫速度為12℃/min，隨著溫度降低，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速從35 r·min-1降低至2.5 r·min-1，通過記錄轉(zhuǎn)子扭矩變化來表征熔體粘度隨溫度變化情況。保護(hù)渣高溫物性測試采用高溫物性測試儀：將保護(hù)渣磨細(xì)，壓制成?3 mm×3 mm圓柱后放入爐膛內(nèi)加熱，記原始高度為100%，圓柱試樣高度隨溫度升高而逐漸坍塌，試驗(yàn)選擇95%、75%、50%和25%四個(gè)特征高度進(jìn)行溫度記錄。

試驗(yàn)件軋輥超聲檢測執(zhí)行廠內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，超聲波探傷儀選擇HS-511型，對軋輥全輥身進(jìn)行掃查，重點(diǎn)檢測外層質(zhì)量、外層厚度和結(jié)合層質(zhì)量。

2 性能檢測對比

2.1 外觀顏色對比

兩種保護(hù)渣外觀顏色及顆粒度情況如圖1所示。圖1中，TLC-32保護(hù)渣顏色為黑褐色，進(jìn)口保護(hù)渣OPF 72為黃褐色，顏色差別明顯，粒度分布接近。

(a)TLC-32型

(b)OPF 72型圖1 兩種保護(hù)渣外觀顏色及顆粒度比較Figure 1 The comparison of appearance, color and particle size of two mold fluxes

2.2 化學(xué)成分對比

通過調(diào)整渣系堿度(CaO/SiO2)，減少CaF2含量，適當(dāng)增加Fe2O3含量，共設(shè)計(jì)了32種以上的渣系，通過保護(hù)渣的性能檢測對比，最終確定代號為TLC-32型保護(hù)渣滿足現(xiàn)場使用要求。TLC-32型保護(hù)渣和OPF 72型保護(hù)渣的化學(xué)成分對比如表1所示。

表1 兩種保護(hù)渣化學(xué)成分對比(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 The comparison of chemical composition of two mold fluxes (mass fraction, %)

2.3 高溫物性對比

高溫物性檢測溫度范圍為室溫～1 400℃，最高溫度與保護(hù)渣現(xiàn)場條件保持一致。保護(hù)渣圓柱試樣典型熔塌高度對應(yīng)的電偶溫度的對比結(jié)果如表2所示。表2中TLC-32試樣的四種典型坍塌高度對應(yīng)的溫度值略低于進(jìn)口保護(hù)渣，但二者溫度相差不大，說明TLC-32高溫物性指標(biāo)與進(jìn)口保護(hù)渣相近，具備較好的高溫流動性能。

2.4 粘度-溫度曲線對比

保護(hù)渣屬于玻璃，沒有固定的熔點(diǎn)，其粘度-溫度曲線是表征高溫流動性能的重要指標(biāo)，工況使用要求保護(hù)渣的粘度-溫度曲線變化平緩，不能出現(xiàn)粘度突變而影響使用效果。保護(hù)渣工作溫度在900～1 250℃，在此工作溫度下的高溫流動性能決定了其使用性能好壞。我們選擇了三個(gè)高溫粘度典型值，分別為0.5、1.0和1.5，表征玻璃渣特定高溫粘度下的溫度，表示其高溫流動性能。兩種保護(hù)渣高溫粘度測試結(jié)果如表3所示。在三個(gè)典型高溫粘度下，TLC-32保護(hù)渣溫度值低于OPF 72；粘度值越低時(shí)，對應(yīng)溫度相差越大，最大達(dá)50℃。

表2 兩種保護(hù)渣高溫物性測試結(jié)果對比(℃)Table 2 The comparison of tested results of high temperature physical properties of two mold fluxes (℃)

表3 兩種保護(hù)渣高溫粘度測試結(jié)果對比(℃)Table 3 The comparison of tested results of high temperature viscosity of two mold fluxes(℃)

保護(hù)渣高溫粘度變化趨勢如圖2所示。在900～1 250℃范圍內(nèi)，兩種保護(hù)渣粘度變化平緩，沒有出現(xiàn)粘度突變情況；TLC-32的高溫粘度溫度略低于進(jìn)口保護(hù)渣OPF 72，具備更好的高溫流動性。

圖2 兩種保護(hù)渣粘度-溫度曲線對比Figure 2 The comparison of viscosity and temperature curve of two mold fluxes表4 試驗(yàn)件化學(xué)成分范圍(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 4 The chemical composition of test piece (mass fraction, %)

CSiMnCrNiMoMgRe外層2.0～3.01.5～2.50.5～1.515～201.5～2.50.5～1.0--芯層2.0～3.02.0～3.00.4～1.0<0.150.5～1.0<0.200.05～0.080.01～0.03

3 試用試驗(yàn)

試驗(yàn)件數(shù)量為1支，材質(zhì)為高鉻鑄鐵，軋輥尺寸為?825 mm×1 830 mm×5 070 mm，凈重12 380 kg。外層澆注重量為3 900 kg，芯部澆注重量為11 500 kg，澆注溫度為1 400～1 450℃，離心機(jī)傳動軸轉(zhuǎn)速為1 200 r·min-1，停機(jī)溫度1 050～1 150℃。試驗(yàn)件化學(xué)成分控制范圍如表4所示。

表5 試驗(yàn)件控制參數(shù)Table 5 The controlling parameters of test piece

采用5 t工頻感應(yīng)電爐冶煉輥身外層鐵水，15 t中頻感應(yīng)電爐冶煉芯層球墨鑄鐵鐵水。外層鐵水澆注至水平轉(zhuǎn)動的離心鐵模內(nèi)后，立即加入保護(hù)渣，渣膜厚度按(3～5)mm控制，加入量按26 kg/支控制，采用機(jī)械翻轉(zhuǎn)方式加入。離心機(jī)停機(jī)后，觀察外層內(nèi)壁保護(hù)渣流動狀態(tài)和顏色，并對流出保護(hù)渣稱量。軋輥經(jīng)保溫打箱落砂，退火后進(jìn)行粗加工檢測。

表5所示為試驗(yàn)件澆注控制參數(shù)。結(jié)果表明：試驗(yàn)件所有控制參數(shù)與已生產(chǎn)的同規(guī)格軋輥相近，保證了控制參數(shù)一致性。流渣量是指在立鐵模過程中，對從外層內(nèi)壁流淌出的保護(hù)渣進(jìn)行收集稱重，是考察保護(hù)渣流動性的重要指標(biāo)。采用OPF 72保護(hù)渣生產(chǎn)軋輥的流渣量范圍為(2.0～6.4)kg，試驗(yàn)輥流渣量達(dá)到8 kg，這說明TLC-32保護(hù)渣具備適合的高溫粘度、良好的流動性、成膜時(shí)間短、渣膜鋪展性能良好等特點(diǎn)，完全滿足現(xiàn)場使用要求。試驗(yàn)輥超聲檢測厚度完全滿足技術(shù)要求，結(jié)合狀況良好無夾雜缺陷，結(jié)合層反射波形基本為單波形式，超聲檢測結(jié)果合格。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

進(jìn)口保護(hù)渣OPF 72采購價(jià)格按40元/kg計(jì)算，平均每支軋輥保護(hù)渣用量按30 kg計(jì)算，每支軋輥保護(hù)渣成本為1200元。TLC-32工業(yè)化批量采購價(jià)格按20元/kg計(jì)算，保護(hù)渣成本可降低50%，每支軋輥成本平均可節(jié)省600元，同時(shí)還大幅縮短采購周期，保障了軋輥正常生產(chǎn)。因此，新型國產(chǎn)保護(hù)渣具備很好的經(jīng)濟(jì)性和市場推廣價(jià)值。

5 結(jié)論

通過聯(lián)合專業(yè)廠家開發(fā)，成功研制出國產(chǎn)TLC-32型保護(hù)渣，替代進(jìn)口保護(hù)渣，其主要性能指標(biāo)滿足使用要求，并通過軋輥試制件試用，各項(xiàng)指標(biāo)合格。國產(chǎn)保護(hù)渣的研制成功降低了軋輥成本，縮短了采購周期，經(jīng)濟(jì)效益明顯，市場前景廣闊。

[1] 孫玉寶. 臥式離心鑄造雙金屬鑄鐵軋輥的冶金結(jié)合[J]. 鞍鋼技術(shù),1993( 5): 35-42.

[2] 王貴明. 離心鑄造復(fù)合鑄件用防氧化熔劑[J]. 特種鑄造及有色合金,1986(1): 31-33.

編輯 杜 敏

Trial Production of Mold Fluxes used for Centrifugal Composite Roller

Zhao Lixin, Zhao Wenhui, Zou Feng

By optimizing the chemical composition of slag system of TLC-32 mold fluxes, comparing the performance test, and operating the roller product on trial, the various performance index of mold fluxes all meets the requirements. The results show that the successful trial production of domestic mold fluxes reduces the cost of roller.

roller; mold fluxes; trial production

2016—08—04

趙立新(1986—)，男，工程師，碩士研究生，主要從事熱軋復(fù)合工作輥制造工藝研究。

TG333.17

B