專利名稱：一種連鑄輥堆焊用燒結焊劑及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種燒結焊劑，尤其涉及一種連鑄輥堆焊用燒結焊劑及其生產方法。
早期連鑄輥多采用15CrMo、20CrMo的整體鍛鋼輥，整體鍛鋼輥耐冷熱疲勞和高溫氧化腐蝕性能較差，所以使用壽命低。從八十年代開始國內外大型鋼鐵企業普遍采用堆焊復合輥，這種復合輥是在輥體表面堆焊一層性能優異的工作層，工作層可以反復再生，連鑄輥使用壽命得到明顯提高，大大降低了生產成本。
連鑄輥的堆焊有帶極和絲極兩種方法。絲極堆焊的特點是連續化程度較高、管絲合金成分調整方便、管絲制作簡便等，但是堆焊層金屬的成分均勻性較差、環狀螺旋堆焊搭接較多，輥面裂紋易于沿搭接部位擴展，美國和歐洲一些大型鋼廠采用該方法堆焊。帶極堆焊的優點是堆焊效率較高，采用縱向堆焊時，對抑制環狀疲勞裂紋擴展有利，但是合金焊帶是通過冶煉和軋制制成，工藝復雜，成分調整比較困難，日本、德國和國內一些大型鋼廠均采用這種方法堆焊。無論帶極還是絲極堆焊都是采用焊劑埋弧堆焊。焊劑主要是起到穩弧、保護、冶金及合金化作用，同時為了保證自動堆焊的工藝性能，還必須使熔池有良好的流動性，并使焊道成型良好，確保自動脫渣和減少氣孔。目前，焊劑主要有燒結焊劑和熔煉焊劑兩種。
中國專利CN1072366A提供了一種MgO-Al2O3-CaF2-SiO2渣系的陶質燒結焊劑與H1Cr13合金焊絲匹配，其主要特征是在焊劑中添加Cr、Ni、Mn、Mo、V等合金元素，以使焊縫金屬合金化、改善堆焊層性能。該種焊劑不容易穩定控制堆焊層的合金成分，與含有Mo、V、Nb等合金元素的焊帶和管絲匹配脫渣性能不良。
本發明的燒結焊劑與含有Mo、V、Nb等合金元素的1Cr13系合金焊帶匹配，用于連鑄輥堆焊，該焊劑不僅堆焊工藝性能好，而且與焊帶匹配后堆焊層具有高的高溫強度和耐磨性、優異的抗冷熱疲勞性能，可以明顯提高連鑄輥的使用壽命。
因為連鑄輥的最終失效形式是疲勞裂紋所致，因此，提高連鑄輥使用壽命的關鍵是改善堆焊層的性能，特別是抗冷熱疲勞裂紋的性能。
焊劑的渣系不同，其酸堿度不同，堆焊工藝性能差異很大。當焊劑堿度大時，堆焊層抗裂紋性能好，但堆焊工藝性能差；當焊劑酸度大時，堆焊工藝性能好，但堆焊裂紋傾向明顯。本發明采用MgO-Al2O3-CaF2+CaO-SiO2-BaCO3渣系中性偏堿性燒結焊劑，既能降低堆焊層中P、S的含量防止產生裂紋，同時具有較好的堆焊工藝性能。
本發明的連鑄輥堆焊用燒結焊劑，其組分重量百分比如下MgO20～30％、Al2O320～30％、CaF2+CaO10～35％、BaCO31～10％、SiO21～10％、MnO20.5～3％、ZrO21～10％、Cr2O31～3％、Nb2O50.5～2％、V2O50.5～2％、Si-Fe1～5％、Mn-Fe1～5％、Ti-Fe0～3％、Ca-Si0～3％。
采用中性鉀水玻璃作為粘結劑，占總組分的5～30％。
Mn-Fe中Mn大于75％、C小于1％、其余為Fe；Ti-Fe中Ti大于60％，其余為Fe；Si-Fe中Si大于45％，其余為Fe；Ca-Si中Ca大于20％，其余為Si。
與本發明的焊劑相匹配的焊帶是1Cr13系合金焊帶。也可與在1Cr13系焊帶的基礎上加入Ni、Mo、V、Nb等耐高溫合金元素制成的1Cr13NiMoVNb焊帶相匹配。
1Cr13NiMoVNb焊帶的組成成分的重量百分比為C0.03～0.15％ Si0.2～0.65％ Mn0.50～1.50％ Ni0.50～2.50％Cr12.0～15.0％ Mo0.50～1.50％ V0.10～0.30％ Nb0.18～0.45％P≤0.015％S≤0.010％其中，MgO、Al2O3、CaF2+CaO、SiO2、BaCO3組成主要渣系，以BaCO3代替SiO2降低堆焊層中Si的含量，降低堆焊層裂紋傾向。
Mn-Fe、Si-Fe、Ti-Fe、Ca-Si的作用是脫氧。
加入ZrO2主要目的改善脫渣性能。加入Cr2O3、Nb2O5、V2O5主要作用是減少Cr、Nb、V的氧化，從而改善脫渣性能。
本發明的焊劑的生產方法為，將各原料混合后，加入粘結劑調濕均勻，在800～900℃下進行焙燒和造粒，堆焊前在300～400℃溫度下烘干。
要求焊劑的松裝比1～1.2g/cm3、焊劑的含水率≤0.1％、焊劑夾雜物含量≤0.1％。
焊劑的粒度組成
與現有技術相比，本發明的焊劑適用于含有Mo、V、Nb等影響脫渣性能的合金元素的1Cr13系合金焊帶堆焊，不僅堆焊工藝性能優良，成形美觀，無堆焊缺陷，而且不增C和Si，合金元素燒損少，控制P、S效果明顯，確保堆焊層的高溫強度的同時，明顯提高了堆焊層的耐磨損和耐冷熱疲勞性能，制造方便、成本低。
Mn-Fe中Mn為85％，C小于1％，其余為Fe；Ti-Fe中Ti為65％，其余為Fe；Si-Fe中Si為50％，其余為Fe；Ca-Si中Ca為28％，其余為Si。
其生產方法為按各原料的化學成份計算配料，混合均勻后，添加水玻璃粘結劑調濕均勻，采用造粒機在820℃下進行焙燒和造粒，確保焊劑干燥且粒度均勻，堆焊前在330℃溫度下烘干，即制得本發明的焊劑。
所制得的焊劑的松裝比1.05g/cm3、焊劑的含水率≤0.1％、焊劑夾雜物含量≤0.1％。
焊劑的粒度組成
實施例2本發明的焊劑的組分重量百分比為MgO20％、Al2O324％、CaF2+CaO32％、BaCO32％、SiO26％、MnO22％、ZrO26％、Si-Fe1％、Mn-Fe5％、Ti-Fe0.5％、Ca-Si1％、Cr2O30.5％、Nb2O50.5％、V2O50.5％粘結劑為中性鉀水玻璃，占總組分的20％。
Mn-Fe中Mn為87％、C小于1％、其余為Fe；Ti-Fe中Ti為72％，其余為Fe；Si-Fe中Si為65％，其余為Fe；Ca-Si中Ca為38％，其余為Si。
其生產方法為按各原料的化學成份計算配料，混合均勻后，添加水玻璃粘結劑調濕均勻，采用造粒機在860℃下進行焙燒和造粒，確保焊劑干燥且粒度均勻，堆焊前在370℃溫度下烘干，即制得本發明的焊劑。
所制得的焊劑的松裝比1.08g/cm3、焊劑的含水率≤0.1％、焊劑夾雜物含量≤0.1％。
焊劑的粒度組成
實施例3本發明的焊劑組分重量百分比為MgO20％、Al2O328％、CaF2+CaO28％、BaCO36％、SiO22％、MnO23％、ZrO26％、Si-Fe1％、Mn-Fe1％、Ti-Fe0.5％、Ca-Si1％、Cr2O31.5％、Nb2O51.5％、V2O51.5％粘結劑為中性鉀水玻璃，占總組分的28％。
Mn-Fe中Mn為92％、C小于1％、其余為Fe；Ti-Fe中Ti為91％，其余為Fe；Si-Fe中Si為60％，其余為Fe；Ca-Si中Ca為35％，其余為Si。
其生產方法為按各原料的化學成份計算配料，混合均勻后，添加水玻璃粘結劑調濕均勻，采用造粒機在900℃下進行焙燒和造粒，確保焊劑干燥且粒度均勻，堆焊前在400℃溫度下烘干，即制得本發明的焊劑。
所制得的焊劑的松裝比1.02g/cm3、焊劑的含水率≤0.1％、焊劑夾雜物含量≤0.1％。
焊劑的粒度組成
按照本發明的焊劑成份，制作供試驗和大生產用焊劑9噸，分別堆焊試板和大直徑(355～405mm)實物連鑄輥，分別用于冷熱疲勞試驗和上機考核使用。
新焊材匹配堆焊層較1Cr13焊帶堆焊層的屈服強度、斷面收縮率和硬度明顯提高，70℃至700℃循環冷熱疲勞試驗2000次，現有技術堆焊層嚴重龜裂，裂紋深度超過15mm，新焊材堆焊層表面光滑、僅有微裂紋，深度不超過2mm。
堆焊20根弧形段實物連鑄輥上機使用，一次使用壽命由原來的平均2500爐，提高到5000爐以上，堆焊層耐高溫和抗冷熱疲勞性能明顯提高。
權利要求
1.一種連鑄輥堆焊用燒結焊劑，與1Cr13系焊帶相匹配，其特征在于，其組分重量百分比為MgO20～30％、Al2O320～30％、CaF2+CaO10～35％、BaCO31～10％、SiO21～10％、MnO20.5～3％、ZrO21～10％、Cr2O31～3％、Nb2O50.5～2％、V2O50.5～2％、Si-Fe1～5％、Mn-Fe1～5％、Ti-Fe0～3％、Ca-Si0～3％。
2.如權利要求1所述的連鑄輥堆焊用燒結焊劑，其特征在于，用中性鉀水玻璃作為粘結劑，其占總組分的5～30％。
3.如權利要求1所述的連鑄輥堆焊用燒結焊劑，其特征在于，Mn-Fe中Mn大于75％、C小于1％、其余為Fe；Ti-Fe中Ti大于60％，其余為Fe；Si-Fe中Si大于45％，其余為Fe；Ca-Si中Ca大于20％，其余為Si。
4.如權利要求1所述的連鑄輥堆焊用燒結焊劑的生產方法，其特征在于，將各原料混合后，加入粘結劑調濕后進行焙燒和造粒，堆焊前進行烘干。
5.如權利要求4所述的連鑄輥堆焊用燒結焊劑的生產方法，其特征在于，所述的焙燒溫度為800～900℃；所述的烘干溫度是300～400℃。
6.如權利要求1所述的連鑄輥堆焊用燒結焊劑，其特征在于，所述的焊劑可作為連鑄輥堆焊用燒結焊劑。
全文摘要
本發明提供一種連鑄輥堆焊用燒結焊劑，其組分重量百分比為MgO20～30％、Al
文檔編號B23K35/40GK1404958SQ0112677
公開日2003年3月26日 申請日期2001年9月17日 優先權日2001年9月17日
發明者孫大樂, 王俊明, 劉誠民, 陳曄, 李小兵, 丁幼鈞, 陳錫齡, 朱亞忠, 姚利松, 黃曉勃 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司, 上海金剛冶金材料有限公司