专利名称：大型辊表面涂层的重熔方法及其重熔装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属表面涂层的重熔方法及其重熔装置，特别是一种对大型拉矫辊表面涂层进行重熔的方法及其重熔装置。
自熔合金，包括镍基自容合金、钴基自熔合金和铁基自熔合金，它们的喷焊层具有耐热疲劳性能和红硬性能，在热疲劳的情况下，产生细微的网状裂纹，有效地释放了表层的热应力。这些细微裂纹不会对铸锭造成影响。另外，热量通过喷焊层后才到达辊面，辊面受到热冲击相对较小，最高温度相对下降，辊面难以引起龟裂，因此，人们试图用火焰喷焊自熔合金的方法来制造辊面涂层。但是对于大型辊类，如连铸机拉矫辊，校直机的校直辊，以及冶金行业中的输送辊等，由于体积大(大部分在φ200～φ360mm之间)，喷焊面积也大，用常规的喷焊方法没有成功，其主要原因是辊的整体温度达不到应有的温度。
本发明所述的重熔方法包括下述步骤1)对辊件进行自熔合金喷涂工艺等前序工序；2)利用预热装置逐步将辊件表面加热到500～550℃；3)利用一个具有环形分布、径向向心喷射的多束燃气火焰的重熔燃烧头从辊件一头开始对辊件表面进行快速重熔，此时，重熔燃烧头的燃烧嘴到辊件表面的距离为50～65mm，辊件在重熔燃烧头产生的火环中旋转，重熔燃烧头在传动机构的带动下以均匀速度沿着辊件的轴移动，其移动的速度以始终保持深层有镜面且不过熔为准，且此时预热装置始终保持预热状态，使重熔燃烧头附近的辊件表面的温度保持在300℃以上；4)重熔完成后用石棉布将辊件包住进行保温，防止辊件产生裂纹。
本发明中为减少其它辅助的加热元件，对辊件进行预热也采用火焰来完成，其中利用预热装置将辊件表面加热到500～550℃是利用具有与重熔燃烧头相同或相似结构的、具有环形或半环形分布、径向向心喷射的多束燃烧火焰的预热燃烧头对辊件表面进行预热，此时，预热燃烧头的燃烧嘴到辊件表面的距离为80～120mm，辊件在预热燃烧头产生的火环中旋转，旋转的速度为16～18转/分钟，预热燃烧头沿辊件轴向往复匀速移动将辊件表面逐渐加热升温至500～550℃，预热速度为在60～120℃分钟时间内将辊件加热升温至500～550℃。
根据本发明方法设计的大功率燃气火焰重熔装置，对辊件用重熔燃烧头大功率火焰进行重熔完成后，还包括用重熔燃烧头的小功率火焰对整个辊件进行一次简单的退火处理的步骤。
为获得较佳的燃气喷射效果，所采用的喷射器具有喷射嘴、混合管和扩张管结构，喷射嘴位于混合管前端，混合管末端与扩张管连接，喷射嘴的外围为渐缩的喇叭口，此喇叭口末端与混合管前端连接。当燃气和氧气通过控制柜输送到燃烧器的喷射器时，氧气由喷射嘴进入，燃气由喷射器前述喇叭口进入，此喇叭口的作用是减小燃气进入喷射器的阻力。气体在喇叭口处的压强大于喷射嘴出口处的压强，此压强差越大，燃气吸入量则越大，燃烧器在工作时不易回火。燃气与氧气进入喷射器的混合管中混合，其作用是使氧气和燃气的速度趋于均匀。也可以把混合管做成渐缩状，这样更有利于速度均匀。然后，氧气、燃气的混合气体进入扩张管，混合气体流过扩张管时，流速进一步降低，动压头转变为静压头，利用出口的静压，使混合气体能继续克服阻力，沿管道流动，最后混合气体进入燃烧头气室，再通过燃烧嘴进入大气燃烧，火焰径向向心喷出，形成一个均匀的火环或半火环。
本发明装置结构简单、操作方便、安全可靠、可用乙炔、丙烯、丙烷作燃料；可加工大直径工件，对工件的长度没有特别限制。
燃气流量控制柜可远距离控制燃气流量，通过控制柜对火焰功率的控制，可以很容易满足重熔工艺要求。
辊件的预热是用火焰来完成，不需要其它辅助性加热，如电阻炉加热。
由于火焰是环形或半环形，而辊件相对于火环是螺旋进给受热，因而使工件周向受热均匀，热效率高，工件升温较快，从而节约了能源。
依本发明实施重熔后的涂层，外观平整、无裂纹，在实际使用过程中，表面出现细小的网状裂纹，表现出较好的抗裂性能。
以下结合实施例附图对本发明方法和装置结构作详述。
图1为本发明装置结构示意图；图2为本发明装置喷射器结构示意图；图3为本发明装置环形燃烧头结构示意图；图4为本发明装置的燃烧嘴结构示意图；图5为本发明装置氧气、燃气和冷却水的控制装置结构示意图；图6为本发明装置使用状态示意图。
第二燃烧器由燃气喷射器和半环形燃烧头组成，其燃气喷射器与前述第一燃烧器的燃气喷射器2结构相同，半环形燃烧头基体亦由管件制成，结构与环形燃烧头3相类似，其内半圈上径向向心均布有12个燃烧嘴801，其冷却水通道从半环端部顺着半环拐回到其连接块上。气体流量控制柜1中第一燃烧器的氧气控制装置9上顺序设置有截止阀901、气体压力表902、气体流量调节阀903、气体流量计904、电磁开关阀905和单向阀906；第一燃烧器的燃气控制装置10上顺序设置有截止阀1001、气体压力表1002、气体流量调节阀1003、气体流量计1004、电磁开关阀1005和防止回火器1006；循环冷却水控制管路11亦设置在控制柜1中，此控制管路中设置有截止阀1101和电磁开关阀1102。控制柜1中第二燃烧器的氧气控制装置、燃气控制装置和循环冷却水控制管路的结构与第一燃烧器的相同。从气体流量控制柜1分别接出第一燃烧器的氧气管道、燃气管道、冷却水进水管道、出水管道和第二燃烧器的氧气管道、燃气管道、进水管道、出水管道。
重熔工件为连铸机的拉矫辊，该拉矫辊是15CrMO新辊，直径为φ318.82mm。拉矫辊的清洁、粗化都是以常规方法进行，喷涂粉末是选用上海司太立公司生产的Ni60粉末，粒度为-150～+320目，用常规的气体火焰喷涂方法对辊面进行喷涂，涂层厚度为1.1mm。
气体流量控制柜氧气、燃气的流量为2.5m3/h～15m3/h可调。
工作时，拉矫辊21由机械传动旋转，半环形燃烧头在前，环形燃烧头在后地套在拉矫辊21圆周外并各由一机动座带动可沿辊面轴向移动，环形燃烧头的燃烧嘴至辊面的距离为50～65mm，半环形燃烧头的燃烧嘴至辊面的距离为100mm。辊表面涂层的重熔可利用上一工序自熔合金喷涂的动力机座来带动拉矫辊旋转和驱动两燃烧头轴向移动。
辊件转速16～18转/分钟所用的燃气为纯度为99％的丙烯或纯度为98％的乙炔，所用的氧气为工业氧气。
辊件表面涂层的重熔方法是这样进行的首先是用环形燃烧头3，以小功率火焰对辊件21进行预热，辊件21匀速转动，环形燃烧头3沿辊面在整个重熔长度范围内匀速轴向往复移动，使工件整体表面温度慢慢升高；当升高到150℃时，逐步加大火焰功率，以使工件温度继续升高；当辊面温度升高到300℃时，预热火焰只在工件半段范围内匀速往复移动进行加热；随着温度的升高，预热火焰加热范围逐步向工件一端缩小；最后，使工件约三分之一段范围的表面温度达到500～550℃。
整个预热过程在120～130分钟范围内完成。工件的温度用红外测温仪进行监测。
工件继续匀速转动。
紧接着，开始加大环形燃烧头3的火焰功率，从工件的一端开始对辊件表面进行重熔，其功率大小以能在短时间内使被重熔涂层出现镜面为准；当看到镜面后，开始移动重熔火焰前进，在整个重熔过程中其进给速度始终保持辊件表面有涂层镜面；在重熔开始的同时，半环形燃烧头在环形燃烧头3之前往复匀速轴向移动来加热工件表面，使未重熔部分的温度保持在300℃以上。
在重熔结束后，用环形燃烧头3以小功率火焰对重熔工件作一次简单退火处理。
最后将重熔后的辊21用石棉布包起来保温，至其温度降至100℃时止。
权利要求
1.一种大型辊表面涂层的重熔方法，其特征在于包括下述步骤1)对辊件进行自熔合金喷涂工艺等前序工序；2)利用预热装置逐步将辊件表面加热到500～550℃；3)利用一个具有环形分布、径向向心喷射的多束燃气大功率火焰的重熔燃烧头从辊件一头开始对辊件表面进行快速重熔，此时，重熔燃烧头的燃烧嘴到辊件表面的距离为50～65mm，辊件在重熔燃烧头产生的火环中旋转，重熔燃烧头在传动机构的带动下以均匀速度沿着辊件的轴移动，其移动的速度以始终保持涂层有镜面且不过熔为准，且此时预热装置始终保持预热状态，使重熔燃烧头附近的辊件表面的温度保持在300℃以上；4)重熔完成后用石棉布将辊件包住进行保温，防止辊件产生裂纹。
2.根据权利要求1所述的重熔装置，其特征在于上述步骤2中利用预热装置将辊件表面加热到500～550℃是利用具有与重熔燃烧头相同或相似结构的、具有环形或半环形分布、径向向心喷射的多束燃烧火焰的预热燃烧头对辊件表面进行预热，此时，预热燃烧头的燃烧嘴到辊件表面的距离为80～120mm，辊件在预热燃烧头产生的火环中旋转，旋转的速度为16～18转/分钟，预热燃烧头沿辊件轴向往复匀速移动将辊件表面逐渐加热升温至500～550℃，预热速度为在60～120℃分钟时间内将辊件加热升温至500～550℃。
3.根据权利要求1或2所述的大型辊表面涂层的重熔方法，其特征在于上述步骤2中对辊件表面进行预热时火焰沿辊件轴向匀速往复移动进行辊面加热，火焰的功率随着辊件表面温度升高而逐步加大，同时火焰往复移动的范围随着辊件表面温度的升高而由整段辊件逐步向辊件的一端缩小。
4.根据权利要求1所述的重熔装置，其特征在于上述步骤3中对辊件用重熔燃烧头大功率火焰进行重熔完成后，还包括用重熔燃烧头的小功率火焰对整个辊件进行一次简单的退火处理的步骤。
5.一种实现如权利要求1所述大型辊表面涂层的重熔方法的重熔装置，其特征在于包括至少一个燃烧器和主体流量控制柜，其中燃烧器由燃气喷射器和燃烧头组成，燃烧头内设有多个径向向心布置的燃烧嘴和冷却水通道，气体流量控制柜中设置有氧气控制装置和燃气控制装置，燃烧器通过若干管道分别与气体流量控制柜中的氧气控制装置和燃气控制装置连接。
6.根据权利要求5所述的重熔装置，其特征在于上述燃气喷射器具有喷射嘴(201)、混合管(202)和扩张管(203)结构，喷射嘴(201)位于混合管(202)前端，混合管(202)末端与扩张管(203)连接，喷射嘴(201)外围为渐缩的喇叭口(204)，它与混合管(202)前端连接。
7.根据权利要求5所述的重熔装置，其特征在于上述燃烧头为环形或半环形结构。
8.根据权利要求5或7所述的重熔装置，其特征在于上述燃烧头(3)内腔分隔为外圈(301)和内圈(302)，外圈(301)是燃烧气气室，内圈(302)是冷却水通道，多个燃烧嘴的嘴座(303)分布焊接在内圈(302)内使外圈(301)与外界相通，燃烧嘴(304)装在嘴座(303)上。
9.根据权利要求5所述的重熔装置，其特征在于上述燃烧头(3)内设有12～24个燃烧嘴，且燃烧嘴在燃烧头上是在同一圆周上均匀地径向向心布置。
10.根据权利要求5所述的重熔装置，其特征在于包括一个用于预热的燃烧器和一个用于重熔的燃烧器，其中预热燃烧器的燃烧头为环形或半环形结构，重熔燃烧器的燃烧头为环形结构，其两个燃烧头的燃烧嘴都均匀向心地布置在燃烧头的同一圆周上。
全文摘要
本发明涉及金属表面涂层的重熔方法及其重熔装置。重熔前的预热是以一环形或半环形均布、径向向心喷射的多束燃气火焰对辊面进行预热，预热时辊件匀速转动，火焰沿辊面匀速轴向移动，逐步地把辊面加热到500～550℃；重熔是以一环形均布、径向向心喷射的多束燃气火焰对辊面进行重熔，重熔从辊面一头开始，辊件在火环中转动，当辊面出现镜面时，火焰沿辊面轴向移动，其进给速度始终保持辊面涂层镜面。本发明加工方法和装置简单，热效率高，操作方便，安全可靠，工件重熔后的涂层外观平整、无裂纹，表现出良好的抗裂性能。
文档编号C23C4/12GK1420200SQ01139400
公开日2003年5月28日 申请日期2001年11月16日 优先权日2001年11月16日
发明者周克崧, 刘敏, 王德政, 杨大君, 谢家浩 申请人:广州有色金属研究院