[发明专利]轧辊电加热淬火方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及轧辊热处理领域，尤其涉及一种轧辊淬火方法与装置。

背景技术

轧辊是轧钢生产的重要零件。目前，大型轧辊特别是冷轧工作辊均有一层淬硬工作层，其厚度大约为40～60mm，其硬度大约为60～62HRC，目的是减少轧辊在轧钢工作过程磨擦磨损；而工作辊的辊心及辊轴均处于硬度较低的调质状态，使轧辊保持较高的韧性，防止轧辊断裂。淬火是轧辊热处理的最重要工序，工作层的淬火质量在很大程度上决定了轧辊的后续使用性能和寿命。

轧辊表面淬火一般是在箱式/井式电阻炉内整体加热，升温速率￡50℃/h，中间分段保温时间4～8h，至淬火温度，按轧辊材质不同一般950℃～1050℃；后保温8～16h，然后吊运出炉，并把辊子置于淬火介质池内，通常为油或水池内进行急冷，这种传统淬火方式的缺点是加热保温时间长，总时间约40～50h、辊轴需要采取局部隔热或单独进行热处理。为此，差温淬火炉通过两个可以自动开合的半圆形炉体闭合后开始对轧辊工作段进行局部不烧透加热，而辊轴处于炉体外，辊面加热到预定淬火温度并保温2～4h后，打开炉体移出轧辊并进入冷却区进行冷却，但受辐射传热方式限制，加热时间长达10h左右。

近年来，轧辊感应淬火通过在感应线圈内通以工频或中低频电感应加热表面层，可以较好地控制淬硬层深度，而且晶粒细化，由于电磁感应加热速度很快，大大提高了轧辊淬火效率，淬火质量也有所提高，因此感应加热在轧辊热处理领域得到迅速推广。目前，感应淬火方法可分两种：1、连续式感应淬火，即采用比较短窄的感应线圈，线圈匝数只有几匝，轧辊和线圈可以沿轴向相对移动，电源频率多为工频50Hz，这样轧辊从辊面一侧到另一侧连续得到感应加热和冷却淬火，处理时间大约需要1h；以1500mm长的淬火辊面为例，线圈和轧辊相对移动速度假设为0.5mm/s，则连续淬火时间至少需要50min。连续感应淬火技术目前已经比较成熟，其不足之处是当轧辊外径改变时，需要更换专用的感应器来匹配，因此热处理厂常常需要准备一系列不同内径规格的感应线圈，淬火成本提高。2、整体式感应淬火，即感应线圈匝数覆盖整个辊面，辊面全部置于线圈内部整体得到同时感应加热，然后移出辊体再进行冷却淬火。整体感应淬火加热时间进一步缩短，但感应器规格大，在轧辊工作直径和长度变化时仍也需更换匹配的感应器。

从上可知，已有感应加热的不足之处是其存在电－磁－电－热转换过程，存在能量转换损耗，在当轧辊规格变化时需要频繁更换专用感应圈来匹配，增加了淬火工装准备，而且辊面轴向加热温度均匀性也有待进一步提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种轧辊电加热淬火方法与装置用一对电极分别连接在轧辊辊面两端形成通路，根据淬火深度及轧辊材料要求调节电源频率，本发明淬火深度可控，工装准备比较简单，适用于多种规格的轧辊表面淬火热处理要求。

本发明是这样实现的：一种轧辊电加热淬火方法，首先将轧辊放置在保护气氛中预热并保温一定时间，然后将轧辊送入淬火工位，用一对电极分别连接在轧辊辊面两端形成通路，再根据要求的淬火深度通对应频率的交流电源加热轧辊，待轧辊辊面温度达到淬火温度950℃～1050℃，保持淬火温度1～5min，最后关闭电源停止加热立即喷水冷却完成淬火。

所述的淬火深度δ与交流电频率的关系式为δ=sqrt（1/（p*μ*σ*f）），其中μ是轧辊磁导率，σ是轧辊电导率，f是交流电频率。

所述预热温度300～500℃，保温时间5～10h。

所述通电加热时逐步升高交流电源的输出电压，直到轧辊辊面温度达到淬火温度后调节交流电源的输出电压，使轧辊辊面的温度保持在淬火温度。

所述喷水冷却时，轧辊绕辊轴来回转动，提高冷却均匀性。

一种轧辊电加热淬火装置，包括电极、电源、冷却水喷嘴组件、红外测温器、压紧气缸和轧辊支架，轧辊设置在轧辊支架上，所述电极为一对环形电极，电极由压紧气缸压贴在轧辊的辊面两端，电源与电极连通成回路，红外测温器与轧辊相配合探测轧辊辊面温度，冷却水喷嘴组件的喷嘴面向轧辊辊面。

所述的电极为分瓣式电极，由电极头组和电极环构成，所述电极头组由若干独立的电极头构成，电极头以电极环的轴心为圆心环形阵列在电极环上。

该淬火装置还包括补热线圈和补热电源，所述补热线圈和补热电源设置在轧辊的辊面两端。

所述轧辊支架上还装有轧辊转动机构。

所述轧辊支架为竖直形支架，冷却水喷嘴组件中各个冷却水喷嘴沿辊面上下方向的分布上近下远。