新型国产离心复合轧辊用保护渣的试制

赵立新 赵文辉 邹 丰

(1.天津重型装备工程研究有限公司，天津300457；2.北京天力创玻璃科技开发有限公司，北京100020)

新型国产离心复合轧辊用保护渣的试制

赵立新1赵文辉1邹 丰2

(1.天津重型装备工程研究有限公司，天津300457；2.北京天力创玻璃科技开发有限公司，北京100020)

通过对TLC-32型国产保护渣的渣系成分优化及性能检测对比以及轧辊产品试用，得出保护渣各项性能指标合格，国产保护渣的试制成功降低了轧辊成本。

轧辊；保护渣；试制

在离心复合铸造轧辊的生产中，外层离心浇注完毕后，采用机械翻转方式向其内表面加入保护渣，在离心过程至充芯过程中，对外层金属起到保温和防氧化作用。优质的防氧化熔剂是保证轧辊结合层无缺陷的重要保障[1]。

离心复合轧辊用保护渣须具备以下性能[2]：

(1)铺展性能良好。在离心层离心铸造过程中，温度在1 100～1 400℃范围，保护渣应具备良好流动性，使其在离心过程中能够快速铺展至离心铸件内表面。

(2)高温粘度适当。在950～1 150℃温度范围内粘度变化平缓并保持一定的粘度值，在离心机停机、铁模吊运和组装过程中，保护渣在停止转动后不会沿外壳内表面流出，失去防氧化作用。

(3)排渣性能良好。在芯部铁水浇注温度范围内，随着不断浇入的金属液逐渐上浮至冒口部位排出，而不会残留在结合层内形成夹杂缺陷。

我公司现采用法国某公司生产的OPF 72型保护渣，属于浮渣玻璃系列，使用温度范围为1 050～1 150℃，堆积密度为1.5 g/cm3。OPF 72型保护渣用于高速钢、高铬钢和高铬铁的轧辊生产，使用温度高，轧辊规格大，产品附加值较高。OPF 72质量稳定、性能优异，基本杜绝了因保护渣问题导致的夹杂等质量问题。但近年来由于环境和成本原因，国外厂家减少或不生产该类型保护渣，使国外采购变得困难，而国内也没有可直接替代产品，影响轧辊正常生产，因此需要研制开发出一种质优价廉的国产替代保护渣。我公司与北京天力创玻璃科技开发有限公司开展合作研发，重点对“三高”轧辊用保护渣开展了研制工作，提出了研制路线和评价标准。通过渣系设计、性能检测对比、轧辊产品试用等工作，成功研制出用于离心复合轧辊产品的高性能保护渣，打破了国外垄断的局面，使保护渣采购成本降低了50%以上。

1 试验过程

1.1 试样制备

渣系设计共选取32种以上的成分进行检测优化，最终确定代号为TLC-32型保护渣，检测其化学成分、高温物性、高温粘度等性能指标，并与进口保护渣进行对比，综合评价国产保护渣。采用实验室坩埚制备试用保护渣。

试验件选择在制高铬铸铁轧辊，数量为1支。试用方案采取“工艺不变，等质量替换”原则，即保护渣的加入方式和加入量保持不变。轧辊经退火及机加工后，对其全辊身进行超声检测。

1.2 检测方法

保护渣化学成分分析采用X-Ray荧光光谱仪。保护渣高温粘度测试采用Theta旋转式高温粘度仪：测试温度范围为900～1 400℃，降温速度为12℃/min，随着温度降低，转子转速从35 r·min-1降低至2.5 r·min-1，通过记录转子扭矩变化来表征熔体粘度随温度变化情况。保护渣高温物性测试采用高温物性测试仪：将保护渣磨细，压制成∅3 mm×3 mm圆柱后放入炉膛内加热，记原始高度为100%，圆柱试样高度随温度升高而逐渐坍塌，试验选择95%、75%、50%和25%四个特征高度进行温度记录。

试验件轧辊超声检测执行厂内标准，超声波探伤仪选择HS-511型，对轧辊全辊身进行扫查，重点检测外层质量、外层厚度和结合层质量。

2 性能检测对比

2.1 外观颜色对比

两种保护渣外观颜色及颗粒度情况如图1所示。图1中，TLC-32保护渣颜色为黑褐色，进口保护渣OPF 72为黄褐色，颜色差别明显，粒度分布接近。

(a)TLC-32型

(b)OPF 72型图1 两种保护渣外观颜色及颗粒度比较Figure 1 The comparison of appearance, color and particle size of two mold fluxes

2.2 化学成分对比

通过调整渣系碱度(CaO/SiO2)，减少CaF2含量，适当增加Fe2O3含量，共设计了32种以上的渣系，通过保护渣的性能检测对比，最终确定代号为TLC-32型保护渣满足现场使用要求。TLC-32型保护渣和OPF 72型保护渣的化学成分对比如表1所示。

表1 两种保护渣化学成分对比(质量分数，%)Table 1 The comparison of chemical composition of two mold fluxes (mass fraction, %)

2.3 高温物性对比

高温物性检测温度范围为室温～1 400℃，最高温度与保护渣现场条件保持一致。保护渣圆柱试样典型熔塌高度对应的电偶温度的对比结果如表2所示。表2中TLC-32试样的四种典型坍塌高度对应的温度值略低于进口保护渣，但二者温度相差不大，说明TLC-32高温物性指标与进口保护渣相近，具备较好的高温流动性能。

2.4 粘度-温度曲线对比

保护渣属于玻璃，没有固定的熔点，其粘度-温度曲线是表征高温流动性能的重要指标，工况使用要求保护渣的粘度-温度曲线变化平缓，不能出现粘度突变而影响使用效果。保护渣工作温度在900～1 250℃，在此工作温度下的高温流动性能决定了其使用性能好坏。我们选择了三个高温粘度典型值，分别为0.5、1.0和1.5，表征玻璃渣特定高温粘度下的温度，表示其高温流动性能。两种保护渣高温粘度测试结果如表3所示。在三个典型高温粘度下，TLC-32保护渣温度值低于OPF 72；粘度值越低时，对应温度相差越大，最大达50℃。

表2 两种保护渣高温物性测试结果对比(℃)Table 2 The comparison of tested results of high temperature physical properties of two mold fluxes (℃)

表3 两种保护渣高温粘度测试结果对比(℃)Table 3 The comparison of tested results of high temperature viscosity of two mold fluxes(℃)

保护渣高温粘度变化趋势如图2所示。在900～1 250℃范围内，两种保护渣粘度变化平缓，没有出现粘度突变情况；TLC-32的高温粘度温度略低于进口保护渣OPF 72，具备更好的高温流动性。

图2 两种保护渣粘度-温度曲线对比Figure 2 The comparison of viscosity and temperature curve of two mold fluxes表4 试验件化学成分范围(质量分数，%)Table 4 The chemical composition of test piece (mass fraction, %)

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

3 试用试验

试验件数量为1支，材质为高铬铸铁，轧辊尺寸为∅825 mm×1 830 mm×5 070 mm，净重12 380 kg。外层浇注重量为3 900 kg，芯部浇注重量为11 500 kg，浇注温度为1 400～1 450℃，离心机传动轴转速为1 200 r·min-1，停机温度1 050～1 150℃。试验件化学成分控制范围如表4所示。

表5 试验件控制参数Table 5 The controlling parameters of test piece

采用5 t工频感应电炉冶炼辊身外层铁水，15 t中频感应电炉冶炼芯层球墨铸铁铁水。外层铁水浇注至水平转动的离心铁模内后，立即加入保护渣，渣膜厚度按(3～5)mm控制，加入量按26 kg/支控制，采用机械翻转方式加入。离心机停机后，观察外层内壁保护渣流动状态和颜色，并对流出保护渣称量。轧辊经保温打箱落砂，退火后进行粗加工检测。

表5所示为试验件浇注控制参数。结果表明：试验件所有控制参数与已生产的同规格轧辊相近，保证了控制参数一致性。流渣量是指在立铁模过程中，对从外层内壁流淌出的保护渣进行收集称重，是考察保护渣流动性的重要指标。采用OPF 72保护渣生产轧辊的流渣量范围为(2.0～6.4)kg，试验辊流渣量达到8 kg，这说明TLC-32保护渣具备适合的高温粘度、良好的流动性、成膜时间短、渣膜铺展性能良好等特点，完全满足现场使用要求。试验辊超声检测厚度完全满足技术要求，结合状况良好无夹杂缺陷，结合层反射波形基本为单波形式，超声检测结果合格。

4 经济性分析

进口保护渣OPF 72采购价格按40元/kg计算，平均每支轧辊保护渣用量按30 kg计算，每支轧辊保护渣成本为1200元。TLC-32工业化批量采购价格按20元/kg计算，保护渣成本可降低50%，每支轧辊成本平均可节省600元，同时还大幅缩短采购周期，保障了轧辊正常生产。因此，新型国产保护渣具备很好的经济性和市场推广价值。

5 结论

通过联合专业厂家开发，成功研制出国产TLC-32型保护渣，替代进口保护渣，其主要性能指标满足使用要求，并通过轧辊试制件试用，各项指标合格。国产保护渣的研制成功降低了轧辊成本，缩短了采购周期，经济效益明显，市场前景广阔。

[1] 孙玉宝. 卧式离心铸造双金属铸铁轧辊的冶金结合[J]. 鞍钢技术,1993( 5): 35-42.

[2] 王贵明. 离心铸造复合铸件用防氧化熔剂[J]. 特种铸造及有色合金,1986(1): 31-33.

编辑 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

赵立新(1986—)，男，工程师，硕士研究生，主要从事热轧复合工作辊制造工艺研究。

TG333.17

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