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基本信息

項(xiàng)目名稱：
電渣液態(tài)澆注法制備復(fù)合軋輥的潛力評估與工藝探索
小類：
能源化工
簡介：
本文通過實(shí)驗(yàn)檢測分析對比了不同方法制備的復(fù)合軋輥的質(zhì)量，驗(yàn)證了電渣液態(tài)澆注法的開發(fā)潛力。通過有限元模擬方法得到了ESSLM生產(chǎn)復(fù)合軋輥時得到厚薄均勻的界面層所需的工藝條件，并得出了該工藝條件下的溫度場、電磁力等參數(shù)。該工藝條件已經(jīng)用于江蘇某企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)場，生產(chǎn)現(xiàn)場分析結(jié)果與模擬結(jié)果基本一致。復(fù)合軋輥的結(jié)合界面是本技術(shù)的關(guān)鍵，而控制復(fù)合過程中界面層厚度是本技術(shù)成敗的關(guān)鍵。
詳細(xì)介紹：
軋輥?zhàn)鳛檐垯C(jī)的主要消耗部件，其消耗成本約為軋鋼生產(chǎn)成本的5%～15%，直接關(guān)系到鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本。我國軋輥制造技術(shù)的水平與國外差距較大，高端復(fù)合軋輥尤其是寬厚板支撐輥基本依賴進(jìn)口。我國復(fù)合軋輥主要采用離心鑄造法，其工藝簡單，成本低，但合金元素偏析嚴(yán)重，影響軋輥性能和壽命。因此開展新型復(fù)合軋輥材料及其制造方法的研究，對于改善軋輥質(zhì)量、延長軋輥壽命、提高軋機(jī)作業(yè)率和降低軋鋼成本具有非常重要的意義，高質(zhì)量低成本復(fù)合軋輥的研制已成為我國科技工作者亟待攻克的難題。電渣液態(tài)澆注法是生產(chǎn)復(fù)合軋輥?zhàn)顬橄冗M(jìn)的工藝技術(shù)之一，目前只有烏克蘭掌握了該技術(shù)，國內(nèi)沒有對同類技術(shù)的研究。東北大學(xué)電冶金實(shí)驗(yàn)室與烏克蘭國家科學(xué)院巴頓電焊研究所合作，共同研發(fā)電渣液態(tài)澆注法生產(chǎn)復(fù)合軋輥的工藝，但目前該方法在國內(nèi)投產(chǎn)還需要充分的可行性論證。 本文對電渣液態(tài)澆注法與其他方法制備的復(fù)合軋輥的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)對比和分析，通過電子萬能試驗(yàn)機(jī)、金相顯微鏡、SEM等檢測分析證實(shí)了電渣液態(tài)澆注法所生產(chǎn)復(fù)合軋輥的優(yōu)異質(zhì)量，首次用實(shí)際數(shù)據(jù)證明了電渣液態(tài)澆注法的先進(jìn)性，驗(yàn)證了電渣液態(tài)澆注法的開發(fā)潛力。通過有限元模擬方法對該方法的工藝進(jìn)行了探索，得到了ESSLM生產(chǎn)復(fù)合軋輥時得到厚薄均勻的界面層所需的工藝條件，并在國內(nèi)首次得出該工藝條件下的溫度場、電場分布、電磁力等參數(shù)。該工藝條件已經(jīng)用于江蘇某企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)場，生產(chǎn)現(xiàn)場分析結(jié)果與模擬結(jié)果基本一致 。

作品圖片

  • 電渣液態(tài)澆注法制備復(fù)合軋輥的潛力評估與工藝探索
  • 電渣液態(tài)澆注法制備復(fù)合軋輥的潛力評估與工藝探索
  • 電渣液態(tài)澆注法制備復(fù)合軋輥的潛力評估與工藝探索
  • 電渣液態(tài)澆注法制備復(fù)合軋輥的潛力評估與工藝探索
  • 電渣液態(tài)澆注法制備復(fù)合軋輥的潛力評估與工藝探索

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

復(fù)合軋輥是未來軋輥制造業(yè)的發(fā)展方向，電渣液態(tài)澆注方法是生產(chǎn)復(fù)合軋輥?zhàn)顬橄冗M(jìn)的工藝技術(shù)之一，本文首次在國內(nèi)對這種技術(shù)進(jìn)行較為系統(tǒng)的研究，為該技術(shù)的發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)。文中分析了各種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，并通過萬能試驗(yàn)機(jī)、SEM、拉伸力學(xué)性能、金相組織等檢測分析證實(shí)了電渣液態(tài)澆注方法所生產(chǎn)復(fù)合軋輥的優(yōu)異質(zhì)量，驗(yàn)證了電渣液態(tài)澆注法的開發(fā)潛力。通過有限元模擬方法得到了ESSLM生產(chǎn)復(fù)合軋輥時得到厚薄均勻的界面層所需的工藝條件，并得出了該工藝條件下的溫度場、電場分布、電磁力等參數(shù)。該工藝條件已經(jīng)用于江蘇某企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)場，生產(chǎn)現(xiàn)場分析結(jié)果與模擬結(jié)果基本一致。復(fù)合軋輥的結(jié)合界面是本技術(shù)的關(guān)鍵，而控制復(fù)合過程中界面層厚度在幾十微米的范圍內(nèi)是本技術(shù)成敗的關(guān)鍵。

科學(xué)性、先進(jìn)性

1、電渣液態(tài)澆注技術(shù)直接使用液態(tài)鋼水，避免了傳統(tǒng)電渣重熔技術(shù)需要制備自耗電極的工序，符合國家節(jié)能減排的長期發(fā)展目標(biāo)，同時該方法可精確控制澆注溫度和速度，得到的組織致密，內(nèi)外層結(jié)合強(qiáng)度高，結(jié)合界面均勻，電耗低效率高，是處于國際前沿的技術(shù)，在國內(nèi)屬于首次研發(fā)； 2、對電渣液態(tài)澆注法與其他方法制備的復(fù)合軋輥的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)對比和分析，首次用實(shí)際數(shù)據(jù)證明了電渣液態(tài)澆注法的先進(jìn)性； 3、用有限元法對電渣液態(tài)澆注法制備復(fù)合軋輥進(jìn)行模擬，得到了該方法生產(chǎn)復(fù)合軋輥時得到厚薄均勻的界面層所需的工藝條件，在國內(nèi)首次提出了電渣液態(tài)澆注的工藝參數(shù)，該工藝條件已經(jīng)用于江蘇某企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)場，生產(chǎn)現(xiàn)場分析結(jié)果與模擬結(jié)果基本一致。 參考文獻(xiàn)Medovar L B, Tsykulenko A K, Saenko V Y， etal．New electroslag technologies[C].//Medovar Memorial Symposium. Kyiv, 2001：49-60．

獲獎情況及鑒定結(jié)果

無

作品所處階段

生產(chǎn)階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無

作品可展示的形式

圖片

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

電渣液態(tài)澆注工藝直接使用鋼液進(jìn)行澆注而不需要制備自耗電極，避免了耐火材料的污染，擺脫了電功率對電極熔化的制約關(guān)系，有利于獲得良好的凝固質(zhì)量。復(fù)合過程中渣繞芯軸不停旋轉(zhuǎn)，促進(jìn)了溫度場和化學(xué)成分的均勻性，避免了偏析。電渣液態(tài)澆注技術(shù)特別適合于大型復(fù)合支撐輥的生產(chǎn)。據(jù)初步調(diào)查，一支大型支撐輥價格約為3000萬元，一條電渣液態(tài)澆注項(xiàng)目投產(chǎn)后年生產(chǎn)能力預(yù)計(jì)為100支大型復(fù)合軋輥，預(yù)計(jì)銷售收入達(dá)30億元。

同類課題研究水平概述

我國軋輥制造技術(shù)的水平相對落后，國內(nèi)高端軋輥的性能與國外先進(jìn)水平相比，差距較大，難以滿足國內(nèi)需求。寶鋼、鞍鋼和太鋼等企業(yè)所使用的高端軋輥尤其是寬厚板支撐輥長期依賴進(jìn)口，例如在國內(nèi)，4m以上的寬厚板軋機(jī)支撐輥全部依賴進(jìn)口，國內(nèi)既不能生產(chǎn)也不能修復(fù)，而進(jìn)口軋輥的價格非常昂貴，通常進(jìn)口一對大型寬厚板軋機(jī)支撐輥的價格在1000萬歐元左右。 復(fù)合軋輥是未來軋輥的發(fā)展方向。目前，烏克蘭、俄羅斯、德國、保加利亞、日本、歐美、巴西和波蘭等多個國家的軋機(jī)紛紛采用高速鋼復(fù)合軋輥，而我國對高速鋼復(fù)合軋輥的使用還比較少。我國所使用的復(fù)合軋輥除進(jìn)口外，大部分都是采用離心鑄造法進(jìn)行生產(chǎn)，但在離心力作用下碳化物容易形成嚴(yán)重的偏析，組織和成分不均勻，影響軋輥性能和壽命。 目前世界上CPC法和ESSLM法制備復(fù)合軋輥的性價比較高，國外CPC法已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，ESSLM的技術(shù)研究也比較成熟。國內(nèi)雖然有一些企業(yè)單位在嘗試CPC法制造復(fù)合軋輥，但成效不大；ESSLM法生產(chǎn)復(fù)合軋輥在國內(nèi)更是無人嘗試。 復(fù)合軋輥制造過程的數(shù)值模擬研究方面，20世紀(jì)90年代，吳春京、楊大可等人首先利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)定量確定CPC成型工藝參數(shù)，同時利用控制容積方法和分段直線擬合曲線，建立了國內(nèi)首個CPC高速鋼復(fù)合軋輥澆鑄工藝的基本模型。東北大學(xué)的馮明杰建立了高速鋼復(fù)合軋輥鑄造過程中外層高速鋼鋼液充型湍流流動及輥芯和外層高速鋼液固結(jié)合時的三維速度場和溫度場的計(jì)算模型。武漢理工大學(xué)的萬虹應(yīng)用有限元分析軟件ANSYS對CPC高速鋼連續(xù)澆鑄工藝進(jìn)行研究，通過對原始工藝建立模型及模擬，得到了隨時間變化的瞬態(tài)溫度場分布，分析和推斷出外層金屬的凝固規(guī)律及凝固順序。但目前國內(nèi)對ESSLM工藝制度的模擬尚無人涉足。 因此在我國應(yīng)盡早研發(fā)ESSLM工藝，結(jié)束我國高端軋輥依賴進(jìn)口的局面，這對于提高我國軋材質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、節(jié)約資源等方面具有重要意義。
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