偏心结晶器-电磁调控协同作用下电渣重熔双金属复合轧辊的研究

The bimetallic composite roll has attracted more and more attention of metallurgical workers because of its excellent performance and low manufacturing cost. However, the current manufacturing technology is far from meeting the needs of the market for bimetallic composite roll due to various reasons. Especially in the field of cold roll, the single roll is widely used which is very expensive. To solve this problem, A new idea for “the electroslag remelting bimetallic composite roll by coupling eccentric mold and electromagnetic control” is put forward. In the project, Excellent solidification structure and cleanliness can be obtained through the electroslag remelting; the outer material can effective weld with the core material of roller adopting the induction heating technology of metal consumable electrode and the mechanism of welding in the composite interface can be clarified; the outer material can be uniformly coated on the surface of the core material through the electromagnetic stirring of the slag pool; the thickness of the outer metal can be controlled by adopting an eccentric mold. Through the research of this project, a series of scientific problems such as “the fusion mechanism of outer material and core material”, “uniform distribution and thickness control of outer material on the surface of the core material” and “control of the purity of the working layer” etc are expected to be solved, which will provide a new idea for the manufacture of bimetallic composite roll.

双金属复合轧辊以其优异的性能、低廉的制造成本引起了冶金工作者越来越多的关注。然而，由于各种原因，目前的制造技术还远不能满足市场对复合轧辊的需求。特别是在冷轧领域，主要还是以整体轧辊为主，成本巨大。为了解决这一问题，申请者提出“偏心结晶器-电磁调控协同作用下电渣重熔双金属复合轧辊”的新思路。在该项目中，采用抽锭电渣重熔方法可获得良好的凝固组织、确保材料的纯净度；对金属自耗电极施加电磁感应加热可确保外层材料（即工作层）与辊芯材料有效焊合，并阐明双金属复合界面的焊合机理；通过渣池电磁搅拌可使外层材料均匀的涂覆在辊芯表面；采用偏心结晶器的理念，则可使轧辊外层的厚度可控。通过该项目的研究，可望解决 “外层材料与辊芯材料的焊合机理”、“外层材料在辊芯上的均匀分布及厚度控制”、“工作层的纯净度控制”等关键科学问题，为双金属复合轧辊的制造提供新的思路。

双金属轧辊既能满足轧机对辊身耐磨性、抗热疲劳等性能的要求，同时又保证了芯部的强韧性，还降低了轧辊的制造成本。然而，双金属轧辊制备过程还存在很多问题亟待解决。基于这一背景，项目组进行了大量的基础研究，顺利完成了任务书所规定的各项任务，获授权发明专利6项，实用新型专利4项，发表论文8篇。已毕业研究生1名，另有7名研究生参与了本项目的工作。经费合理使用。具体研究结果如下。.（1）基于偏心和T型结晶器的电渣重熔数值模拟发现，电极插入深度对电渣重熔渣池温度有很大的影响，在实际生产过程中要严格控制电极插入深度；无论是偏心结晶器电渣重熔还是T型结晶器电渣重熔，拉速越小，辊芯表层的熔化层越深，熔化长度也越长，在实际生产过程中应该严格控制辊芯的拉速。.（2）通过实验室电渣实验研究了双金属制备过程界面的变化及渣系的选择。研究发现，复合界面呈冶金结合状态，组织致密；选择的重熔渣系（40%CaF2-32%CaO-18Al2O3-3%MgO-7%SiO2）合理，双金属复合界面处纯净，没有大颗粒夹杂物存在，最大的夹杂物尺寸不超5微米。.（3）电磁搅拌电渣重熔研究发现，不论是否采用电磁搅拌，电渣锭中夹杂物类型基本不变，且以氧化铝夹杂物为主。当施加合适的电磁搅拌力时，夹杂物的数量降低，且大颗粒夹杂减少；但是过大的电磁力会使夹杂物数量重新增加，夹杂物直径增大。电磁可以影响电渣锭的凝固过程，对不同的元素偏析影响也有所不同。电磁搅拌能够加速自耗电极的熔化，这有利于控制双金属复合过渡层的厚度。.（4）结晶器旋转电渣重熔研究发现，随着结晶器旋转速率的增加，渣池的高温区从芯部向边部迁移，温度分布更加均匀；金属熔池的深度变浅，二次枝晶间距减小；碳化物网格开始破碎、变薄，碳化物由片状改变为细小的棒状。碳化物组织得以改善的主要原因在于，结晶器旋转导致渣池温度均匀、金属熔池深度降低，改善了凝固条件，减轻了元素偏析。