更新时间:2022-08-25 14:06
夹棍是连铸机组辊道的主要部件。辊道主要由分布在二冷段的夹辊、承担拉拔任务的拉矫辊以及承担铸坯输送任务的输送辊组成。夹辊材质主要为45#钢的结构和低合金钢,为实芯辊,耐热和耐磨性能不佳,使用中磨损和变形严重。为了提高其耐磨性,有不少厂家采取热处理措施,提高辊面硬度。由于在连铸过程中夹辊不断遭受冷、热激变的冲击,热处理所获得的组织被破坏,收效甚微。
连铸机组的辊道主要由分布在二冷段的夹辊、承担拉拔任务的拉矫辊以及承担铸坯输送任务的输送辊组成,其中夹辊是最为关键的部件。
连铸过程中,在结晶器内的钢液,通过高压水冷却,在贴近结晶器壁处生成凝固壳,壳内仍为尚未冷凝的钢液,形成了半凝固状态的铸坯.铸坯进入冷却段,在铸坯表面直接喷淋高压水进行二次冷却,促进内部钢液的冷却凝固。此时的铸坯,由于内部钢液的静压和冷却的热应力而发生变形,极易引起表面滑移。因此在二冷段设置了作为导位机构的冷却夹辊。
夹辊安装在同一画弧上,铸坯夹在二排辊之间进行凝固、矫正拉拔,夹辊在与高温铸坯接触的同时,还遭受高压冷却水的快速冷却,不断承受加热、冷却的作用。连铸的拉拔速度通常都在4m/min以下,铸坯移动十分缓慢,夹辊承受的冷、热冲击极大,工作条件十分苛刻。
在上述恶劣环境下工作的夹辊,使用寿命不长,其原因为:
1.反复加热和冷却,辊面产生龟裂,随着裂纹的扩展和延伸,最终造成报废;
2.辊面与高温铸坯接触,受高温氧化和冷却水的侵蚀,引起氧化和腐蚀剥落,形成凹凸不平的缺陷,严重影响铸坯表面质量而无法继续使用。
提高夹辊的使用寿命,必须改善其耐热、抗龟裂、耐高温磨损性能。国外采用铬系不锈钢堆焊辊和离心铸造辊,上述性能有明显改善,取得了良好效果。
我国使用的夹辊,其材质主要为45#钢的结构和低合金钢,为实芯辊,耐热和耐磨性能不佳,使用中磨损和变形严重。为了提高其耐磨性,有不少厂家采取热处理措施,提高辊面硬度。由于在连铸过程中夹辊不断遭受冷、热激变的冲击,热处理所获得的组织被破坏,收效甚微。
国外使用的铬系离心铸造夹辊和铬系不锈钢堆焊辊,具有优良的耐热、耐磨和耐蚀性能,使用寿命明显提高。但是,夹辊在使用中辊面磨损限度一般不超过1mm。离心铸造辊的制造成本高,使用中真正有效利用的仅辊面1mm,合金利用率极低,堆焊辊在堆焊过程中,由于存在焊层成份稀释和焊道平整度差的问题,要确保1mm的工作层,至少要堆2层以上,粉末热喷涂是使加速输送的合金粉末,通过氧—乙炔焰高温区,达到半熔融的软化状态,喷射到辊面形成粉末涂层,然后对该涂层进行高温强化加热,使之熔化并与基材表面产生互熔扩散,在辊面形成类似堆焊的合金涂层。在喷涂过程中,粉末粘附率达到95%以上,重熔时互熔扩散层在10μm以内。
涂层平整光滑,对夹辊来说,涂层不用进行机械加工,合金利用率一般在85%以上,大大超过离心铸造辊和堆焊辊。采用超高合金喷涂材料,可以获得比前二类辊更为优异的性能。
在夹辊间运行的铸坯,内部仍残存着尚未凝固的钢液,温度极高,喷射的冷却水接触铸坯时,有一部份直接汽化为高温蒸汽,引起汽蚀,造成辊面缺陷,也是影响夹辊使用寿命的重要因素之一。因此在考虑耐热、耐磨、耐蚀性能的同时,还应提高其耐汽蚀性能。钻基合金除了耐热、耐磨、耐蚀性能优异外,耐汽蚀性能最为理想。因此选择了钻基自熔合金粉末作为喷徐粉末材料。
在使用过程中,对靠近结晶器出口处的三对夹辊进行定期定位测里,其使用效果为:
未进行预保护的夹辊,使用二周后,辊面出现明显龟裂。随着时间的延长,裂纹不断延伸,并向纵深发展。到一个月时,辊面粗糙不平,对铸坯表面质量已产生不良影响。使用30天测量,接触铸坯的辊面因氧化剥落和磨损,直径减少1.2mm。使用45天后,三对夹辊先后因变形(2根)、磨损(二根辊径减少超过2mm)、表面凹凸不平严重影响铸坯质量<2根)而全部更换。
喷焊的预保护辊,使用3周后出现微裂纹,裂纹均匀分布在喷焊层的整个表面。一个月后裂纹仍为斑纹状,没有增宽现象.使用30天测量辊径,几乎没有损耗。第45天测量,喷焊层厚度损耗0.1mm辊径减少0.19mm)。使用到第68天,因操作事故,结晶器滋钢而被迫停机。由于拉拔中断,夹辊停止转动,铸坯长时间夹在辊子中间,接触铸坯的辊面,局部温度上升,造成喷焊层局部熔融损坏,影响了继续使用。此时测量未烧损面,喷焊层的厚度损耗量在0.2rnrn以下(辊径减少最多的为0.39mm)。
1.预保护辊喷焊层厚度损耗,使用45天为0.1mm, 1个月为0.07mm,普通辊使用1个月,辊径减少1.2mm,单面减少为0.6mm,二者相比相差近9倍,表明预保护辊的耐热、耐磨、耐蚀性能明显提高,确实有效地提高了夹辊的使用寿命。
2.定期检查发现,预保护辊辊面开始出现的龟裂为网状均匀分布在整个喷焊面。继续使用过程中,裂纹宽度有所增加,达到一定程度后便不再扩大,而且裂纹的形状和数量始终没有变化。在更换下来的辊上取样发现,裂纹仅存在于预保护层,基材表面无任何裂纹。其原因在于,预保护层的裂纹分布均匀,受到热应力时,应力通过裂纹分散释放,降低了热应力的影响。当裂纹扩大到一定程度后,裂纹释放的应力与所受热应力之间接近平衡,基本上消除了热应力的影响,故裂纹不再向纵深发展。表明预保护层具有明显的保护功能。
3.因辊身变形造成报废也是夹辊经常发生的大问题,而预保护辊从未出现过类似问题。预保护辊在使用时,基材表面不与高温铸坯接触,热量通过喷焊层传到基材。高合金喷焊层的热导性较差,接触铸坯时所获得的热量,大部分尚来不及传到基材,已被冷却水带走,因此能够保护辊身(工作状态)强度,在防止变形中发挥一定作用。
4.自熔合金熔点较低。在因事故或设备故障停机而中止拉拔的场合,铸坯长时间静止夹在辊子中间,自熔合金预保护层吸收来自铸坯的热量无法散发,当温度升高到自熔合金的熔点时,预保护层将产生熔融烧损。