浅析电火花毛化轧辊表面处理工艺技术

1) 电极被给定初始电压, 电极与轧辊之间的电
压上升;
2) 电介质液中的添加物逐渐电离, 在电极与轧
辊之间逐渐形成电导桥, 此时电介质液呈现绝缘状
态;
3) 经过一段延时时间后电介质液电离完成, 电
介质液绝缘被破坏而呈现电导性, 电极与轧辊之间
的电导桥形成, 电极与轧辊之间的电压下降, 等离子
体开始放电, 电极电源有电流流出, 电火花产生;
3 电火花毛化设备及毛化方式比较分析
电火花毛化机床的基本配置包括: 床身、头架、
尾座、中心架、自动夹持装置、轧辊自动对准装置、功
率发生器模块、电极、电极伺服系统、电极间隙控制
系统等。 EDT 机床的外形结构与轧辊磨床相似, 只
是增 加 了 电极 及 相应 的 配 套工 作 设 备。在 整 个
EDT 毛化工作过程中, 电介质液的循环系统是非常
4) 电火花逐渐变大, 轧辊以及电极表面的金属
开始熔化蒸发, 轧辊表面开始产生麻坑, 一个蒸汽气
泡形成, 然后迅速破裂;
5)通电结 束、毛化电源关断, 电压和电 流迅速
下降, 电介质液电离状态被破坏, 不再有热量产生,
脱落的金属屑随气泡排出, 同时熔化的金属在麻坑
附近重新凝固;
6)在断电时间内电压保持为零, 直到电介质液
2) 煤岩配煤技术的应用为 煤场底煤的质量分
析提供了保障。安钢焦化厂煤场底煤的再利用, 是 企业追求低成本运行的有效选择, 尤其在当前企业 效益滑坡的情况下, 更是一次拓展企业利润空间的 有益探索。 6 参考文献
[ 1] 苏宜春. 炼焦工艺学. 北京: 冶金工业出版社, 1994: 30 - 32. [ 2] 赵业明. 备煤工艺与设备. 北京: 化学工业出版社, 2005: 42 - 46.
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河南冶 金
2011年第 1期
放电通道, 这时通道间的电子高速奔向正极, 正离子 奔向负极。电能变成动能, 动能通过碰撞又转变为 热能。于是在通道内, 正极和负极表面分别成为瞬 间热源, 瞬时高温 (约 20000 ∀ ) 使工作液汽化和金 属材料熔化、汽化。汽化的气体体积不断向外膨胀, 使大部分熔融金属液体和蒸汽被排挤、抛出而进入 工作液中, 这样在轧辊表面就形成了一系列电蚀坑。 随着放电的持续进行, 轧辊沿一系列电极旋转, 同时 沿轴向运动, 在轧辊上就可加工出有特定表面粗糙 度 Ra和峰值数 Pc的毛化表面。整个毛化过程时间 非常短, 一个功率发生器每秒放电可达 400, 000次。 同时, 毛化的过程可以通过程序控制在一个非常精 密的公差范围内。 EDT 毛化原理如图 1所示。
扫描毛化方式是轧辊不进行轴向运动, 而是通过毛
化站沿轧辊辊身方向的水平运动来对整个轧辊进行
毛化的。毛化站包括功率发生器、电极、电极控制系
统、装有电介质液的刚体及循环过滤系统、密封装置
等。以每 9 个电极为一排的 扫描头安装在 伺服阀
上, 每个伺服阀上安装 2 排电极。毛化站的两边每
边可以并排安装 2个伺服阀, 总共可以安装 72个电
EDT 是电火花加工技术 在轧辊毛化加 工中的 实际应用。其基础是电弧腐蚀工艺, 即: 将轧辊和电 极浸没在绝缘的工作液中, 并在轧辊和电极上施加 一定幅值和频率的脉冲电压, 当两者之间的间隙小 到一定值时, 脉冲电压使极间介质电离、击穿, 形成
联系人: 徐筱芗, 高级工程师, 河南. 安阳 ( 455004) , 安阳钢铁集团有限责任公司技术中心; 收稿日期: 2010! 11! 9
电子束毛化 ( EBT ) 是最新发展且还未形成工业 化生产设备的一种轧辊毛化技术, 但因其设备十分 昂贵, 且工艺 需要在真空中实 现, 这就 限制了 EBT 工艺的推广和实际应用。
电火花毛化 ( EDT ) 是利用瞬间的高能量脉冲电 能, 在电极与轧辊间形成高温、高压区域, 电极瞬时 通电时与轧辊之间产生一个电火花, 每个电火花在 轧辊表面形成一个麻坑, 轧辊表面逐渐被毛化。近 年来, 随着 EDT 工艺技术的逐渐成熟, 不仅可适应 于不同材质、硬度的轧辊毛化处理; 且 EDT 加工出 的轧辊表面均匀, 粗糙度 Ra值范围宽 ( 0. 5 m ~ 15
2011年 2月 第 19卷 第 1期
河南冶金 HENAN M ETALLURGY
Feb. 2011 V o.l 19 N o. 1
浅析电火花毛化轧辊表面处理工艺技术
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徐筱芗 1 张玉琴 1 刘伟云 1, 2 戚新军 1
( 1. 安阳钢铁集团有限 责任公司; 2. 北京科技大学 )
摘要 介绍了电火花毛化技术的 特点、基本原理、物理化学过程、电火花毛化机床 的主要配置 及目前常 用的两种毛 化方式, 并对两种毛化方式进行了分析对比。 关键词 EDT 工作原理 毛化方式
关键的部分, 它用来保护电极和保证毛化质量。根
据 EDT 的基本原理, 目前主要有电极扫描毛化和电
极固定毛化两种轧辊表面处理方式, 其主要技术特
性比较见表 1。
电极扫描毛化和电极固定毛化两种处理方式的
主要比较分析如下:
1)电极扫描毛化处理方式: 其工作过程类似于
轧辊磨床, 只是它用电极扫描头代替了砂轮。电极
伺服系统 配置适量较少, 标准为 4套。
配置数量较多, 标准为 54 套。
定位装置
Y 形尺定位中心线。
直线位移传感器定位中心线。
电极和小部分辊身是浸在密封刚体的电介质液中, 所以整个毛化系统所需要的电介质液相对较少。但
极不工作; 如果要增加轧辊的毛化长度, 必须要在预 留的电极槽中增加电极和相应其它装置。
BR IEF ANALYSIS ON ROLL SURFACE ELECRTIC SPARK ROUGH ING PROCESS
X u X iaox iang1 Zhang Y uqin1 L iu W eiyun1, 2 Q i X injun1 ( 1. A ngyang Iron & S tee l G roup Co. , L td; 2. U n ive rs ity o f Science and T echno logy Beijing)
[ 3] 于振东. 焦炉生产技术. 沈阳: 辽宁科学技术出版社, 2002: 12- 14.
( 上接第 26页 )
表 1 电极扫描毛化和电极固定毛化技术特性比较
项目
电极扫描毛化
电极固定毛化
电极
电极数量多, 且用特殊材料加工制成, 需要进口。电极是圆柱形实心的。 电极数量稍少, 使用铜加工制成。电极是空心的。
m ) , 峰值数 P c也可以很高, 这两个关键参数 Ra和 Pc均有可控性, 重复性也很好, 再加上其投资和设 备运行成本相对较低的特点, 所以 EDT 技术已成为 目前最具产业化价值的轧辊毛化技术, 能够很好地 满足汽车制造商对毛化的多种要求。 2 电火花毛化处理技术的原理及特点 2. 1 电火花毛化的基本原理
A 12. 90 12. 92 12. 94 12. 87
三系统
M 10
M 40
6. 49
84. 1
6. 44
84. 1
6. 50
84. 0
6. 57
84. 2
CSR 65. 08 65. 01 66. 49 66. 05
A 12. 80 12. 93 12. 86 12. 91
四系统
M 10
M 40
激光毛化 ( LT ) 是采用高能量脉冲激光束作用 于轧辊表面, 使之加热、熔化并部分汽化, 当脉冲停 止时溶化物快速冷却凝固形成凸缘; 通过调节加工 毛化工艺参数, 可精确控制轧辊表面的毛化坑形及 分布; 但由于 LT 毛化冷轧钢板的凹坑排列过于整 齐和具有规则, 在喷漆后往往还能隐约看到凹坑所
形成的螺旋纹路, 影响了喷漆后板材的美观性, 使其 应用推广有一定的局限性。
极。在轧辊毛化过程中,
( 下转第 31页 )
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河南冶 金
# 31#
表 5 焦炭质量指标统计
%
时间 / 月 4 5 6 7
A 13. 24 13. 19 13. 12 13. 28
老炼焦
M 10
M 40
6. 8
79. 8
7. 0
81. 8
6. 8
82. 6
6. 8
82. 4
CSR 65. 87 64. 43 65. 62 64. 61
0 前言 冷轧带钢的冲压成形性不仅取决于其本身固有
的特性 ( 组织和性能 ) , 还与其表面质量密切相关, 而表征冷轧带钢表面质量的重要指标之一是表面粗 糙度, 表面粗糙度大小直接影响着带钢的冲压成形 性。众所周知, 冷轧带钢表面的粗糙度完全是由毛 化后轧辊的表面粗糙度和峰值数复制传递形成的, 所以轧辊表面毛化处理技术及质量的好坏直接影响 到冷轧用板的使用情况。 1 轧辊毛化处理技术
图 1 EDT 毛化原理图
2. 2 电火花产生的物理化学过程 电火花产生在一个非常短的周期内, 该周期由
通电时间和断电时间两部分组成, 毛化过程中电火 花的频率一般在 4 khz~ 400 khz以内。电火花的产 生过程 ( 如图 2所示 )如下:
( 1)
( 2)
( 3)
( 4)
( 5)
( 6)
图 2 电火花的物理化学过程
Байду номын сангаас
因在毛化过程中, 无法实现单一电极的距离调整, 会 出现每个电极的消耗长短不一的现象, 使电极和轧 辊辊身的间隙大, 这样就会增加毛化时间, 降低轧辊 毛化效率。为此, 通过使用特殊材料加工的电极, 并在电介质液中加入一定比 例的添加剂 ( 一般为 石墨 ) 来使放电更加均匀有效, 满足生产效率的 要求。
目前常用的轧辊毛化技术有: 喷丸毛化 ( SBT ) 、 电火花毛 化 ( EDT )、激光 毛化 ( LT ) 、电 子束 毛化 ( EBT )。
喷丸毛化 ( SBT ) 是最传统的毛化方法, 其利用 高速旋转的离心轮将具有尖锐边缘、高硬度的冲击 材料 (一般为钢丸 ) 加速喷向欲毛化的轧辊, 当冲击 粒子撞击到轧辊表面时, 在轧辊表面 切割 下细小 的金属微粒, 轧辊表面的毛化形貌具有随机性和不 均匀性, 目前冷轧产品很少使用此方法。
电极与轧辊间隙 间隙稍大, 一般为 0. 1 mm。
间隙较小, 一般为 0. 002 mm ~ 0. 02 mm。
操作模式 电介质液
两种: 脉冲式 ( 正 /负 ) 。 使用量较少, 但需要加石墨作为添加剂。
四种: 电容式 ( 正 /负 ); 脉冲式 ( 正 /负 ) 。 使用量较多, 不需要其它添加剂。
状态稳定后, 继续开始下一个电火花周期。
2. 3 电火花毛化的主要特点
电火花毛化技术的优点在于其加工过程是把电
能转换成热能进行轧辊表面蚀除, 所以加工对象不
受材料的硬度限制, 可加工高硬度、高强度、高耐磨 性等综合指标好的冷轧用轧辊, 从根本上解决了轧
辊寿命的问题。其主要特点有:
1)轧辊经毛化处理后, 在轧辊表面形成一个硬
6. 45
85. 6
6. 48
85. 4
6. 50
85. 4
6. 32
85. 4
CSR 64. 30 64. 16 64. 84 65. 27
3) 降 低采购成 本。 2. 9万 t煤 场底煤 的再利 用, 使宝贵的煤资源得到了充分利用, 避免了浪费, 节能增效显著。 5 结论
1) 煤场底煤的再利用是一个复杂的课题, 其中 煤场底煤的质量分析、归类、数据的科学处理, 是利 用好底煤的关键。
AB STRACT T his artic le m a inly states the characteristics, fundam en tal princip le and phy sica l chem ical pro cess o f e lec tron ic spark rough ing technology, in troduces the m ain arrangem ent o f e lectric spark roughing m ach ine too l and tw o routine rough ing m ethods, at last ana ly tica lly contrast the tw o roughing m ethods. K EY WORDS EDT opera ting pr inciple rough ing
化层, 使冷轧带钢在生产过程中减少轧辊损伤, 提高
轧辊寿命;
2 )能 够减 少退 火板材 上的 粘连 物;
3)在保证带钢表面光洁度的基础上, 能够提高
带钢的挂漆性能和拉伸性能;
4)毛化处理后的轧辊表面粗糙度均匀, 能够稳
定连续生产;
5 )生 产出 的轧 辊粗糙 度、峰值 数范 围大 ;
6 )加 工效 率高 。