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IOT左右的大鋼錠，通過開坯(我國供車軸制造廠) 一鍛 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 能達到68%。由于鋼水經(jīng)過耐火磚進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，不但浪費了鋼材，而且更重要的是列 車安全運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 時有發(fā)生，我國從日本進口的車軸也同樣出現(xiàn)過斷軸事故。美國 AARM-101標準生產(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 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，(D用最佳渣系和最佳填充比，④電渣熔鑄成實心車軸或空心車 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，改進了列車軸的使用壽命和列車的運行安全。 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)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
圖l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。
實施例一附圖2所示，圖中a、 b、 c分別是電渣熔鑄的三個過 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，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。
電渣熔鑄工藝的標尺之一是填充比K， K二電極橫截面積/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 突然變化也會產(chǎn)生宏觀偏析。而且熔鑄終了車軸端有明顯縮孔。
實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， 還有三個短結(jié)晶器12及其各附屬底水盤6、三個抬結(jié)晶器的小車，每 個小車是用來移動對應(yīng)的短結(jié)晶器12的。將每個短結(jié)晶器的內(nèi)腔設(shè)計 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，從而不再進行機加工。
在本實施例的熔鑄過程中，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上述芯棒，熔鑄完成后抽出芯棒得 到空心車軸。
在本實施例中，由于采用了三個短結(jié)晶器烙鑄列車軸的相應(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。同時用三個小車替代大型移動設(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電渣熔鑄成實心車軸或空心車軸或車軸坯；其特征在于包括三個短結(jié)晶器，任一短結(jié)晶器對應(yīng)有短結(jié)晶器小車；當下部第一個結(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，換上部的第三個結(jié)晶器放入熔渣熔鑄頸，熔鑄完成后得到車軸。
2、 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 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上 述芯棒，熔鑄完成后抽出芯棒得到空心車軸。
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 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。
4、 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B22D23/00GK101104200SQ20061016431
公開日2008年1月16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)明者東 潘, 潘明忠, 謝世興 申請人:潘明忠;潘 東;潘 峰