СПОСОБ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ НАПЛАВКИ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ Российский патент 2001 года по МПК C22B9/18 C22B9/193 B23K25/00 

Изобретение относится к черной металлургии и специальной электрометаллургии и может использоваться для ремонта и восстановления прокатных валков.

Известен способ электрошлаковой наплавки деталей цилиндрической формы с подачей трубчатого электрода (А. С. СССР N 266973, МПК 2 В 23 К 25/00 28/02, публ. 1976), при котором используется охлаждаемый кристаллизатор и кристаллизатору сообщаются колебательно-вращательные перемещения относительно оси изделия для обеспечения высокого сцепления наплавленного слоя с основой за счет равномерного проплавления.

Недостаток данного способа заключается в том, что не обеспечивается необходимая твердость и прочность наплавленного слоя при ремонте прокатных валков.

Известен также способ восстановления цилиндрических деталей, длина которых больше диаметра не менее чем в 3 раза, путем электрошлаковой наплавки в вертикальном положении (А.С. СССР N 286720 МПК 3 В 23 К 25/00, публ. 1983, бюлл. N 36). По этому способу наводят кольцевую шлаковую ванну между наплавляемой поверхностью и кристаллизатором, скорость наплавки задают не менее скорости распространения тепловой ванны вдаль оси изделия, а температуру поверхности кристаллизатора поддерживают выше температуры резкого повышения вязкости используемого флюса.

Недостаток способа - при восстановлении прокатных валков не обеспечивается высокая прочность наплавленного слоя из-за нестабильности электрошлаковкового процесса.

Наиболее близким к заявляемому способу электрошлаковой наплавки валков является способ электрошлаковой наплавки валков в вертикальном положении, включающий наведение кольцевой шлаковой ванны между наплавляемой поверхностью и охлаждаемым кристаллизатором, поддержание температуры поверхности кристаллизатора выше температуры резкого повышения вязкости используемого шлака и наплавку со скоростью не менее скорости распространения тепловой ванны вдоль оси изделия, согласно которому электрошлаковую наплавку осуществляют в кристаллизаторе, содержащем, как минимум, две изолированные секции, нижняя из которых является формовочной, а верхняя - токопроводящей, причем шлаковая ванна перекрывает токоподводящую и формовочную секции и нижний ее уровень поддерживают на расстоянии (0,5...1,0) t мм от нижнего края токоподводящей секции, где t мм - толщина наплавляемого слоя (патент РФ N 2139155, B 21 B 28/02, B 23 K 25/00, C 22 B 9/193, 9/18, 10.10.99 г. Бюл. N 28).

Недостатком данного способа электрошлаковой наплавки валков является сравнительно невысокое качество и недостаточно высокая прочность наплавленного слоя из-за плохого перемешивания расплавленного металла в шлаковой ванне и нестабильности электрошлакового процесса.

Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, - стабилизировать электрошлаковый процесс за счет более интенсивного перемешивания расплавленного металла в шлаковой ванне. При этом достигается получение такого технического результата, как улучшение физико-механических свойств наплавляемого слоя.

Указанная задача достигается тем, что способ электрошлаковой наплавки прокатных валков в вертикальном положении включает наведение кольцевой шлаковой ванны между наплавляемой поверхностью и охлаждаемым кристаллизатором, содержащим, по крайней мере, две секции, нижнюю - формовочную, верхнюю - токоподводящую и токоподводящий поддон, причем к токоподводящей секции осуществляют токоподвод от одного полюса источника питания, а от другого - к нижнему торцу валка через токоподводящий поддон, поддержание температуры поверхности кристаллизатора выше температуры резкого повышения вязкости используемого шлака и наплавку со скоростью не менее скорости распространения тепловой ванны вдоль оси изделия, поддержание нижнего уровня шлаковой ванны ниже нижнего края верхней токоподводящей секции, плавление наплавочного материале в шлаковой ванне, перемещение кристаллизатора относительно валка.

В токоподводящей секции кристаллизатора выполняют вертикальный паз, в котором устанавливают изолирующую прокладку, а токоподвод осуществляют от одного полюса источника питания к одному концу верхней токоподводящей секции на границе с пазом, а от другого к нижнему торцу валка через токоподводящий поддон, к другому концу верхней токоподводящей секции на границе с пазом подключают один вывод токоограничивающего устройства, регулирующего величину тока, другой вывод которого подключают к верхнему торцу валка, и поддерживают скорость вращения шлаковой ванны в установленных пределах.

Под токоподводящей секцией устанавливают промежуточную секцию, через которую пропускают электрический ток и дополнительно выполняют вертикальный сквозной паз, а на границе с пазом к концам этой секции выполняют два токоподвода и подключают к дополнительному источнику питания, пропускают через эту секцию электрический ток в том же направлении, что и ток, протекающий по верхней токоподводящей секции, регулируют величину тока, протекающего через промежуточную секцию, и вращают ванну из жидкого металла, расположенную ниже шлаковой ванны, со скоростью в пределах 30-60 об/мин.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена схема устройства, реализующего способ электрошлаковой наплавки прокатных валков.

На фиг. 2 показаны цепи протекания электрического тока от основного источника питания.

На фиг. 3 показана схема подключения дополнительной промежуточной секции к дополнительному источнику питания.

На фиг. 1-3 цифрами обозначены:
1 - несущая колонна, 2 - каретка для перемещения кристаллизатора, 3 -каретка для перемещения верхнего центратора, 4 - кристаллизатор, 5 -платформа каретки для перемещения кристаллизатора, 6 - дозатор некомпактного наплавочного материала, 7 - верхний центратор, 8 - наплавленный валок, 9 - тележка-поддон, 10 - центратор, 11 - токоподводящий поддон, 12 - источник питания, 13 - кольцевая затравка, 14 - токоподводящая секция кристаллизатора, 15 - изолирующая прокладка в вертикальном пазу токоподводящей секции, 16 - первый токоподвод к токоподводящей секции кристаллизатора, 17 - промежуточная секция кристаллизатора, 18 - формирующая секция кристаллизатора, 19 - второй токоподвод к токоподводящей секции кристаллизатора, 20 - регулирующее токоограничивающее устройство, 21 - второй токоподвод к верхнему торцу валка, 22 - изолирующая прокладка в вертикальном пазу промежуточной секции, 23 - первый токоподвод к промежуточной секции кристаллизатора, 24 - второй токоподвод к промежуточной секции кристаллизатора, 25 -дополнительный источник питания, 26,27 - изолирующие прокладки между секциями.

Заявленный способ электрошлаковой наплавки прокатных валков реализуется с помощью устройства для электрошлаковой наплавки, показанного на фиг. 1.

Устройство содержит несущую колонну 1, на которой смонтированы каретки 2 и 3. Каретка 2 предназначена для перемещения кристаллизатора 4, установленного на платформе 5. На каретке 2 также установлен дозатор 6 некомпактного наплавочного материала. Каретка 3 предназначена для перемещения верхнего центратора 7, наплавляемого валка 8, который установлен на тележке-поддоне 9 в центраторе 10 с токоподводящим поддоном 11. Источник питания 12 соединен токоподводами одним концом с верхней токоподводящей секцией 14 кристаллизатора 4 и поддоном 11. Нижний торец бочки валка 8 соприкасается с кольцевой затравкой 13.

Кристаллизатор 4 (фиг. 2) содержит три секции, изолированные друг от друга. Верхняя секция 16 является токоподводящей и через токоподвод подключена к одному полюсу основного источника питания 12, другой полюс которого через токоподводящий поддон 11 подключен к нижнему торцу валка 8. Ниже токоподводящей секции 16 расположена изолированная от нее с помощью изолирующих прокладок промежуточная секция 17, ниже которой расположена изолированная от нее с помощью изолирующих прокладок формирующая секция 18. К другому концу верхней токоподводящей секции 14 с помощью токоподвода 19 подключен один полюс регулирующего токоограничивающего устройства 20, другой полюс которого подключен с помощью токоподвода 21 к верхнему торцу валка.

Для дополнительного вращения ванны с расплавленным металлом в промежуточной секции 17 выполнен вертикальный сквозной паз, в котором размещена изолирующая прокладка 22. На границе с пазом к концам этой секции выполнены токоподводы 23 и 24, которые подключены к полюсам дополнительного источника питания 25.

Секции 14, 17, 18 отделены друг от друга изолирующими прокладками из асбестового картона.

Способ электрошлаковой наплавки прокатных валков реализуется следующим образом.

Предварительно валок нагревают в печи со скоростью 10-50^oC час до температуры 600-650^oC. После нагрева валок извлекают из печи и переносят к установке для электрошлаковой наплавки. Каретки 2 и 3 поднимаются по несущей колонне таким образом, чтобы платформа 5 была выше торца верхней шейки валка 8, установленного на тележке-поддоне 9, на 200-300 мм. Нижний торец бочки валка 8 соприкасается с кольцевой затравкой 13. Валок центрируется с помощью верхнего 7 и нижнего 10 центраторов. В полость между поверхностью наплавляемого валка и кристаллизатором первоначально заливают расплавленный шлак, а затем с помощью дозатора 6 засыпают некомпактный наплавочный материал.

Кристаллизатор 4 содержит три кольцевые секции (фиг. 2), изолированные друг от друга. Верхняя секция 14 является токоподводящей, в ней выполняют вертикальный паз, размыкающий кольцевую секцию, и устанавливают изолирующую прокладку 15. К одному концу секции 14 на границе с пазом подключают с помощью токоподвода 16 один полюс источника питания 12, другой полюс которого подключают с помощью токоподводящего поддона 11 к нижнему торцу валка 8. Ток от одного полюса источника питания протекает по кольцевой секции 14, далее ток проходит через шлаковую ванну, через валок 8 к другому полюсу источника питания. Поэтому условно можно выделить тангенсальную составляющую тока I_τ, протекающего по секции 14 (см. фиг. 2), которая определяет величину магнитного потока Φ, образующегося вокруг секции 14. Радиальная составляющая тока I_l направлена к центру валка 8. Вращение шлаковой ванны возникает за счет взаимодействия тока, протекающего через шлаковую ванну с магнитным потоком, тангенсальной составляющей тока I_τ. Для увеличения скорости вращения шлаковой ванны и обеспечения возможности регулирования этим процессом второй конец секции 14 на границе с пазом подключают с помощью токоподвода 19 через токоограничивающее регулирующее устройство 20 и далее с помощью токоподвода 21 к верхнему торцу валка 8. В качестве регулирующего токоограничивающего устройства 20 может быть использован резистор с переменным сопротивлением или вентильное инверторное устройство.

Регулируя величину тангенсальной составляющей тока I_τ, которая будет протекать от одного полюса источника питания 12 по кольцу секции 14 и далее через токоограничивающее устройство 20, через валок 8 к другому полюсу источника питания 12, можно изменять величину магнитного потока Φ, создаваемого секцией 14, и изменять скорость вращения шлаковой ванны. Если в качестве регулирующего токоограничивающего устройства 20 используют резистор, то процесс регулирования заключается в изменении величины его сопротивления. Если в качестве регулирующего токоограничивающего устройства используют вентильные инверторные устройства, то процесс регулирования заключается в изменении угла управления вентилями.

Вращение шлаковой ванны сопровождается вращением расположенной ниже нее ванны с расплавленным жидким металлом. Это позволяет получить более высокое качество наплавленного на валок слоя металла.

Для увеличения скорости вращения ванны из жидкого металла в промежуточной секции 17 кристаллизатора выполняют вертикальный паз, в котором устанавливают изолирующую прокладку 22. С помощью токоподводов 23 и 24, размещенных на границе с пазом, от дополнительного источника питания 25 по секции 17 пропускают электрический ток, причем в любой момент времени направление тока, протекающего по секции 17, должно совпадать с направлением тангенсальной составляющей тока I_τ, протекающего по секции 14. Поскольку радиальная составляющая тока I_l из секции 14 проходит не только через шлаковую ванну, но и частично заходит в ниже расположенную ванну из жидкого металла, возникают дополнительные силы электромагнитного взаимодействия и скорость вращения ванны из жидкого металла возрастает. Это позволяет улучшить физико-механические свойства наплавленного слоя металла.

Изобретение относится к черной металлургии и специальной электрометаллургии и может использоваться для ремонта и восстановления прокатных валков. Способ включает: наведение кольцевой шлаковой ванны между наплавляемой поверхностью и охлаждаемым кристаллизатором, содержащим по крайней мере две секции, нижнюю - формовочную, верхнюю - токоподводящую, и токоподводящий поддон, причем к токоподводящей секции осуществляют токоподвод от одного полюса источника питания, а от другого - к нижнему торцу валка через токоподводящий поддон. В токоподводящей секции кристаллизатора выполняют вертикальный паз, в котором устанавливают изолирующую прокладку, а токоподвод осуществляют от одного полюса источника питания к одному концу верхней токоподводящей секции на границе с пазом. К другому концу верхней токоподводящей секции на границе с пазом подключают один вывод токоограничивающего устройства, регулирующего величину тока, другой вывод которого подключают к верхнему торцу валка и поддерживают скорость вращения шлаковой ванны в установленных пределах. Способ позволяет стабилизировать электрошлаковый процесс за счет более интенсивного перемешивания расплавленного металла в шлаковой ванне, а также улучшить физико-механические свойства наплавляемого слоя. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ электрошлаковой наплавки прокатных валков в вертикальном положении, включающий наведение кольцевой шлаковой ванны между наплавляемой поверхностью и охлаждаемым кристаллизатором, содержащим по крайней мере две секции, нижнюю - формовочную и верхнюю - токоподводяшую, и токоподводящий поддон, причем к токоподводящей секции осуществляют токоподвод от одного полюса источника питания, а от другого - к нижнему торцу валка через токоподводящий поддон, поддержание температуры поверхности кристаллизатора выше температуры резкого повышения вязкости используемого шлака и наплавку со скоростью не менее скорости распространения тепловой ванны вдоль оси изделия, поддержание нижнего уровня шлаковой ванны ниже нижнего края верхней токоподводящей секции, плавление наплавочного материала в шлаковой ванне, перемещение кристаллизатора относительно вертикально установленного валка, отличающийся тем, что в токоподводящей секции кристаллизатора выполняют вертикальный паз, в котором устанавливают изолирующую прокладку, а токоподвод осуществляют от одного полюса источника питания к одному концу верхней токоподводящей секции на границе с пазом, к другому концу верхней токоподводящей секции на границе с пазом подключают один вывод токоограничивающего устройства, регулирующего величину тока, другой вывод которого подключают к верхнему торцу валка, и поддерживают скорость вращения шлаковой ванны в установленных пределах. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что под токоподводящей секцией устанавливают промежуточную секцию, через которую пропускают электрический ток и дополнительно выполняют вертикальный сквозной паз, а на границе с пазом к концам этой секции выполняют два токоподвода и подключают к дополнительному источнику питания, причем ток по промежуточной секции пропускают в том же направлении, что и ток, протекающий по токоподводящей секции, регулируют величину тока, протекающего через промежуточную секцию, и вращают ванну из жидкого металла, расположенную ниже шлаковой ванны, со скоростью в пределах 30-60 об/мин.