[发明专利]用电渣重熔—熔焊工艺制造船用螺旋桨轴的方法

说明书

(一)技术领域：

本发明属于重型装备制造业领域，尤其是一种用电渣重熔-熔焊工艺制造船用螺旋桨轴的方法。 

(二)背景技术：

螺旋桨轴是船舶推进轴系中重要的零部件，在船舶的动力设计、制造等方面占有重要地位。传统的螺旋桨轴毛坯生产采用全纤维挤压锻造，但锻造的螺旋桨轴，生产功耗大、材料利用率低，成本昂贵，对环境造成污染。而用电渣重熔-熔焊工艺制造船用螺旋桨轴，由于尺寸精确、加工余量小，节约了原材料，同时由于生产设备制造、使用成本低，从而降低了生产成本，符合国家节能减排、绿色环保、可持续发展的政策。 

(三)发明内容：

本发明的发明目的在于发明一种用电渣重熔-熔焊工艺制造船用螺旋桨轴的方法，它技术含量高，可以克服现有技术中的不足，且易操作，便于自动控制，材料利用率高。 

本发明的技术方案为：一种用电渣重熔-熔焊工艺制造船用螺旋桨轴的方法，其特征在于它包括电渣重熔工艺和电渣熔焊工艺，它由以下步骤构成： 

(1)调整并安装好异型铜制水冷结晶器I； 

(2)把两根自耗电极I的两端插入结晶器I； 

(3)将预先干燥熔化处理好的三元渣系I加入结晶器I； 

(4)送电，电流通过自耗电极I接通三元渣系I，渣池通过电流完成电能和热能的转化，控制结晶器出水温度不大于70℃； 

(5)自耗电极I在三元渣系I中慢慢熔化形成钢水熔滴，熔滴在重力、磁场力和三元渣系I的沸腾的旋转力的影响下穿过渣池，在此过程中添加稀土； 

(6)净化后的钢水在渣池底部形成熔池，在循环水的强制冷却下凝固，完成钢水的结晶，形成铸件轴颈和试样轴颈； 

(7)将螺旋桨轴轴颈和试样轴颈分别插入结晶器II的孔中，并固定好； 

(8)调整并处理好根据螺旋桨轴法兰盘形状设计好的多片式铜制水冷异型结晶器II，把两根自耗电极II的两端加入结晶器II； 

(9)将预先干燥熔化处理好的三元渣系II加入结晶器II； 

(10)送电电流通过自耗电极接通三元渣系II，渣池通过电流形成电能和热能的转化； 

(11)自耗电极II在三元渣系II中慢慢熔化形成钢水熔滴，熔滴在重力、磁场力和三元渣系II的沸腾的旋转力的影响下穿过渣池，在此过程中，渣池将钢水熔滴中的有害元素及夹杂物进一步吸收； 

(12)净化后的钢水在渣池底部形成熔池，在循环水的强制冷却下凝固，完成钢水的结晶，形成铸件法兰盘； 

(13)在法兰盘两侧同时焊接轴颈和试样轴颈，形成螺旋桨轴。 

所述步骤(2)中的自耗电极I和(8)中的自耗电极II底端离结晶器底8～12cm。 

所述步骤(4)和(10)中的送电的功率范围在6.4～9.1KVA/cm²。 

所述步骤(3)的三元渣系I和(9)中的三元渣系II的成分为CaF₂、AI₂O₃和CaO，其中各成分的含量为：CaF₂为60～70％、AI₂O₃为15～20％和CaO为15～20％；三元渣系I和三元渣系II在结晶器内高度控制在5～9cm的熔渣层。 

所述步骤(5)中添加稀土比重占铸件总重的0.5～2％。 

所述步骤(5)和(11)中的渣池的温度控制在1750℃～1800℃。 

本发明的优越性在于：①生产设备制造、使用成本低，功耗小，材料利用率高；②过程容易控制结晶方向；③重熔后的金属纯净、组织致密、成分均匀、尺寸精确、表面光泽；④金属纯净度高于电弧炉+炉外精炼，材料的理化指标等同于锻件螺旋桨轴，符合船级社要求；⑤电渣重熔的螺旋桨轴成本低；⑥电渣熔铸过程中加入适量稀土能够明显改善铸件力学性能，铸件强调提高了15-20％。 

(四)附图说明：

图1为本发明所涉一种用电渣重熔-熔焊工艺制造船用螺旋桨轴的方法的重熔示意图。 

图2为本发明所涉用电渣重熔-熔焊工艺制造船用螺旋桨轴的方法的电渣熔焊螺旋桨轴成形示意图。 

图3为图2的A-A剖面图。 

其中，1为结晶器I，2为自耗电极I，3为三元渣系I，4为金属溶液I，5为重熔件，6为底水箱，7为电渣重熔螺旋桨轴轴颈，8为电渣重熔螺旋桨轴试样轴颈，9为移动小车，10为螺旋桨轴轴颈，11为水冷电缆，12为自耗电极II，13为结晶器II，14为试样轴颈，15为三元渣系II，16为金属溶液II，17为螺旋桨轴法兰盘。