專利名稱：電渣熔鑄列車車軸的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電渣熔鑄列車車軸的工藝，特別是適合于高速列車的車軸的生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
目前，世界各國都采用現(xiàn)行冶金(轉(zhuǎn)、電爐煉鋼及模注)工藝生產(chǎn)列車軸。西方和日本多由鋼鐵企業(yè)直接生產(chǎn)列車軸；俄羅斯和我國相似鋼鐵企業(yè)只生產(chǎn)車軸坯。世界各國都是采用現(xiàn)行冶金生產(chǎn)工藝將鋼水模注成10T左右的大鋼錠，通過開坯(我國供車軸制造廠)—鍛壓---加工成車軸，不但鍛造工藝復(fù)雜，鍛造比大，而且合格率一般只能達(dá)到68％。由于鋼水經(jīng)過耐火磚進(jìn)入鋼錠模必然受到不同程度的污染，及二次氧化等，其產(chǎn)物就殘留在緩慢凝固鋼錠的皮下，成為“皮下”夾雜物，這類夾雜物正好是存在于車軸的表面和次表面，對車軸合格率和使用壽命影響巨大，通過多年來的質(zhì)量攻關(guān)和加大車軸表面的車削量，均未得到徹底解決，不但浪費(fèi)了鋼材，而且更重要的是列車安全運(yùn)行得不到百分之百的保證。不但我國生產(chǎn)的車軸，斷軸事故時(shí)有發(fā)生，我國從日本進(jìn)口的車軸也同樣出現(xiàn)過斷軸事故。美國AARM-101標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)車軸的工藝流程是原料-冶煉-轉(zhuǎn)爐精煉-注錠-脫模-鋼錠加熱-開坯-剪切-緩冷-精整-鋼坯分流-鋼坯加熱-軋材-熱鋸-精整-發(fā)貨。
在原蘇聯(lián)烏克蘭科學(xué)院巴頓電焊研究所發(fā)展起來的在水冷模中電渣重熔自耗電極的方法被世界各國廣泛用于工業(yè)領(lǐng)域。利用這種技術(shù)，借助于在水冷模中鑄錠的基礎(chǔ)上發(fā)展到電渣熔鑄的方法，以獲得各種不同合金及不同鋼種的多種異型高質(zhì)量的鑄件，其鑄件的物理力學(xué)性能不低于同類車軸的鍛件。此外，還可生產(chǎn)各種不同形狀和尺寸的空心坯件等。在此基礎(chǔ)上，又發(fā)展了電渣鋼直接熔鑄、電渣離心鑄造和電渣固定模鑄造的新工藝，由于上述一種工藝都離不開電渣，所以稱為電渣冶金工藝。電渣冶金工藝具有控制鋼中非金屬夾雜物的獨(dú)特效果，消除了由于偏析和疏松引起的缺陷。但是，電渣鋼直接熔鑄工藝也有不足之處，不能熔鑄外形特別復(fù)雜，以及高度與橫截面之比率較大的鑄件。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電渣鋼直接熔鑄列車車軸的工藝。
本發(fā)明的電渣熔鑄列車車軸的工藝流程為①將電渣熔鑄的結(jié)晶器的底水盤作為電極，②將車軸鋼坯作自耗電極，③用最佳渣系和最佳填充比，④電渣熔鑄成實(shí)心車軸或空心車軸或車軸坯。
采用電渣熔鑄列車車軸的工藝生產(chǎn)的列車車軸化學(xué)成分均勻、金屬致密、枝晶細(xì)化、顯微偏析小、無疏松、無夾渣縮孔等缺陷，夾雜物少分布彌散，提高了列車軸的力學(xué)性能，疲勞壽命比爐外精煉鋼制作的列車軸高5-10倍，改進(jìn)了列車軸的使用壽命和列車的運(yùn)行安全。而且，采用該工藝能減少原有冶金制造工藝中的鍛造、反復(fù)加熱等工序，降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品的合格率。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的洋細(xì)說明。
圖1是電渣熔鑄原理圖；圖2是電渣熔鑄車軸的流程示意圖；圖3是采用抬結(jié)晶器法熔鑄整體車軸的流程示意圖；圖4是電渣熔鑄空心車軸的示意圖。
具體實(shí)施例方式
采用電渣熔鑄列車車軸的工藝，工藝流程為①將電渣熔鑄的結(jié)晶器的底水盤作為電極，②將車軸鋼坯作自耗電極，③用最佳渣系和最佳填充比，④電渣熔鑄成實(shí)心車軸或空心車軸或車軸坯。
圖1為電渣熔鑄的原理圖，其中自耗電極1、水冷結(jié)晶器2、渣池3、金屬熔池4、熔鑄件5、底水盤6、絕緣7、短網(wǎng)8、變壓器9。
實(shí)施例一附圖2所示，圖中a、b、c分別是電渣熔鑄的三個(gè)過程。先將已成型的軸頸插入底水盤6中心錠頭作為引錠頭10，利用熔鑄過程熔渣電阻熱使軸頸和軸身熔合，繼續(xù)熔鑄到軸身鑄完，將作為自耗電極1余頭的軸頸端熔化，停電使軸頸插入熔池，其操作似電渣接觸焊。這種方法很經(jīng)濟(jì)，不僅可用預(yù)制好的軸頸，而且可以利用舊軸頸，還可固定金屬水冷芯棒熔鑄空心軸。這種方法與整體熔鑄的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和基體金屬完全一致，具有高而均勻的機(jī)械性能。
為了在電渣熔鑄的過程中，防止吸氫，采用透氣性差的酸性渣，可以控制鋼中非金屬夾雜物呈硅酸鹽為主的塑性夾雜，避免形成剛玉型的脆性夾雜。采用最佳渣系工藝加之形成硅化鈣的作用起到進(jìn)一步脫氧和脫硫作用，使鋼中氧化物和硫化物夾雜含量最低、尺寸最小，分布更為彌散。
電渣熔鑄工藝的標(biāo)尺之一是填充比K，K＝電極橫截面積/鑄件面積，從發(fā)展趨勢來看電渣熔鑄車軸將會(huì)更多地采用大填充比工藝，即填充比由0.25提高到0.66，采用低電壓(約29V)，電流可減少14.4％，輸入功率減少31.6％，而熔速基本不變，熔鑄車軸節(jié)約電378KW·h。更主要的是采用大填充比工藝熔池形狀淺平呈現(xiàn)定向結(jié)晶，沒有宏觀偏析，而小填充比熔池深凹，為了控制熔速，電功輸出突然變化也會(huì)產(chǎn)生宏觀偏析。而且熔鑄終了車軸端有明顯縮孔。
實(shí)施例二為了獲得整體的鑄造列車軸，采用抬結(jié)晶器法熔鑄整體車軸，如附圖3所示的e、f、g的流程。該專用設(shè)備除送電極小車外，還有三個(gè)短結(jié)晶器12及其各附屬底水盤6、三個(gè)抬結(jié)晶器的小車，每個(gè)小車是用來移動(dòng)對應(yīng)的短結(jié)晶器12的。將每個(gè)短結(jié)晶器的內(nèi)腔設(shè)計(jì)成車軸相應(yīng)部分，并且形狀和尺寸與車軸相同，在下部第一個(gè)短結(jié)晶器12中引燃開始熔鑄，熔鑄過程抬結(jié)晶器，形成車軸頸13后換中間的第二個(gè)短結(jié)晶器12熔鑄軸身14，添加烘干固渣，待軸身14熔鑄完換上部的第三個(gè)短結(jié)晶器12，放渣熔上部的軸頸13。熔鑄得到的車軸的尺寸、質(zhì)量和精度就可滿足需要，從而不再進(jìn)行機(jī)加工。
在本實(shí)施例的熔鑄過程中，在短結(jié)晶器12的底水盤6中心插入水冷芯棒，在熔鑄過程中提升或震動(dòng)上述芯棒，熔鑄完成后抽出芯棒得到空心車軸。
在本實(shí)施例中，由于采用了三個(gè)短結(jié)晶器熔鑄列車軸的相應(yīng)部位，短結(jié)晶器冷卻速度快，熔鑄列車軸金屬更純凈，致密度更大，抗疲勞壽命更高，熔鑄直接成型，不經(jīng)壓力加工就可在鑄態(tài)使用。采用水冷芯棒熔鑄空心車軸，水冷芯棒是熔鑄的冷卻速度更快，金屬的致密度更大，抗疲勞壽命更高。同時(shí)用三個(gè)小車替代大型移動(dòng)設(shè)備和大型電渣爐，設(shè)備制造成本和維修成本都降低。
采用該方法熔鑄的車軸增加的使用壽命是轉(zhuǎn)爐鋼鍛件的2.5倍以上。
實(shí)施三如圖4是熔鑄空心車軸的設(shè)備。將芯棒15插入到結(jié)晶器2底水盤6的中心；將作為自耗電極1的車軸鋼坯下端和底水盤6分別為電極的兩端，利用熔鑄過程熔渣電阻熱使軸頸和車軸身熔合，在熔鑄過程中，提升芯棒15，直到軸身熔鑄完畢，再將軸頸(作為自耗電極1余頭的車軸鋼坯)端熔化，停電使上述車軸頸插入熔池，凝固后抽出芯棒15得到空心車軸。
該芯棒15采用水冷芯棒。
權(quán)利要求
1.電渣熔鑄列車車軸的工藝，工藝流程為①將電渣熔鑄的結(jié)晶器的底水盤作為電極，②將車軸鋼坯作自耗電極，③選用渣系和填充比，④電渣熔鑄成實(shí)心車軸或空心車軸或車軸坯。
2.如權(quán)利要求1所述的電渣熔鑄列車車軸的工藝，其步驟是將成型軸頸的引錠頭插入到結(jié)晶器底水盤中心，并將底水盤和作為自耗電極的車軸鋼坯分別為電極的兩端，利用熔鑄過程熔渣電阻熱使軸頸和車軸身熔合，直到軸身熔鑄完畢，將預(yù)制成型的另一車軸頸端熔化，停電使上述車坯軸頸插入熔池，凝固后得到車軸。
3.如權(quán)利要求2所述的電渣熔鑄列車車軸的工藝，其特征在于包括三個(gè)短結(jié)晶器，任一短結(jié)晶器對應(yīng)有短結(jié)晶器小車；當(dāng)下部第一個(gè)結(jié)晶器中固態(tài)渣通電形成電渣熔液，隨著溫度升高熔化自耗電極，開始熔鑄車軸頸，熔鑄車軸頸完畢后將熔渣倒入中部的第二個(gè)短結(jié)晶器內(nèi)添加烘干固態(tài)渣，熔鑄車軸身；在車軸身的熔鑄過程中，形成車軸身后，抬起短結(jié)晶器，換上部的第三個(gè)結(jié)晶器放入熔渣熔鑄頸，熔鑄完成后得到車軸。
4.如權(quán)利要求3所述的電渣熔鑄列車車軸的工藝，其特征在于在短結(jié)晶器的底水盤中心插入水冷芯棒，在熔鑄過程中提升或震動(dòng)上述芯棒，熔鑄完成后抽出芯棒得到空心車軸。
5.如權(quán)利要求1所述的電渣熔鑄列車車軸的工藝，其特征在于將芯棒插入到結(jié)晶器底盤的中心；將作為自耗電極的車軸鋼坯下端和底水盤分別為電極的兩端，利用熔鑄過程熔渣電阻熱使軸頸和車軸身熔合，在熔鑄過程中，提升芯棒，直到軸身熔鑄完畢，再將預(yù)制成型的空心車軸頸端熔化，停電使上述車軸頸插入熔池，凝固后抽出芯棒得到空心車軸。
6.如權(quán)利要求1所述的電渣熔鑄列車車軸的工藝，其特征在于渣系采用透氣性差的酸性渣，填充比為0.66。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電渣熔鑄列車車軸的工藝，特別是適合于高速列車的車軸的生產(chǎn)工藝。本發(fā)明的電渣熔鑄列車車軸的工藝流程為①將電渣熔鑄的結(jié)晶器的底水盤作為電極，②將車軸鋼坯作自耗電極，③選用渣系和填充比，④電渣熔鑄成實(shí)心車軸或空心車軸或車軸坯。采用電渣熔鑄列車車軸的工藝生產(chǎn)的列車車軸化學(xué)成分均勻、金屬致密、枝晶細(xì)化、顯微偏析小、無疏松、無夾渣縮孔等缺陷，夾雜物少分布彌散，提高了列車軸的力學(xué)性能，疲勞壽命比爐外精煉鋼制作的列車軸高5－10倍。而且，采用該工藝能減少原有冶金制造工藝中的鍛造、反復(fù)加熱等工序，降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品的合格率。
文檔編號B22D23/10GK1589992SQ02126778
公開日2005年3月9日 申請日期2002年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月25日
發(fā)明者潘明忠, 謝世興, 潘東 申請人:潘明忠, 謝世興, 潘東