книги из ГПНТБ / Мерло О.Э. Качество чугунных прокатных валков

Расчет шихты производят по химическим элементам, влияющим на физико-механические свойства валков. К таким элементам относятся: углерод, кремний, мар­ ганец, фосфор, сера, хром, никель и молибден. Расчет шихты начинают с выбора чушковых чугунов, анализи­ рованных кусков лома и отходов собственного произ­ водства. После взвешивания этих компонентов шихты и определения количеств химических элементов, вноси­ мых в расплав, в случаях отклонения химического со­ става от предусмотренного техническими условиями, производят его корректировку изменением соотношения компонентов или введением необходимого количества ферросплавов.

В процессе плавления происходит угар элементов, поэтому при расчете шихт ориентировочно принимают угары (% по массе): кремния 20, марганца 25, хрома 20 и молибдена 15.

ТОПЛИВО

При существующей технологии отливки чугунных прокатных валков в литейном цехе пользуются твер­ дым, жидким и газообразным топливами, характеристи­ ки и качество которых оказывают влияние на качество валков. От качества топлива зависит ход работы пла­

ществ, влаги, золы, серы и мелочи. Содержание влаги зависит от технологии тушения кокса при изготовлении. Влага является балластом в процессе плавления чугу­

57

на и ее содержание в коксе должно быть минимальным. Еще более нежелательным балластом является зола, повышенное содержание которой вызывает увеличение расхода топлива и флюсов, снижая производительность плавильного агрегата. Сера является вредной при­ месью, снижающей качество чугуна, увеличивающей количество неметаллических включений при отливке валков из магниевого чугуна и повышающей расход ма­ териалов на обессеривание как магниевого, так и обыч­ ного углеродистого чугуна. Повышенное количество ме­ лочи увеличивает расход кокса и часто приводит к на­ рушению нормального хода плавления чугуна. Оценку качества кокса дополняют осмотром внешнего вида: степенью трещиноватости, количеством недопала и губки, которые также ухудшают качество расплава.

Желательно, чтобы теплота сгорания кокса была выше 27,6 кдж/кг (6600 ккал/кг) и размер наименьшего измерения кусков более 40 мм. Плотность для расчетов принимают равной 450 кг/м3.

Кокс применяют как топливо в вагранках, в перенос­ ных печах с искусственным дутьем, для сушки форм, для сушки и разогрева ковшей. Молотый кокс применя­ ют, кроме того, как противопригарный материал в фор­ мовочных смесях.

Качество термоантрацита должно соответствовать ГОСТ 7749—55 и аналогично коксу характеризуется со­ держанием влаги, золы, серы, мелочи и летучих ве­ ществ. Термоантрацит является более калорийным топ­ ливом “ с теплотой -сгорания выше 31,4 кдж/кг (7500 ккал/кг). Плотность для расчетов принимают равной 850 кг/м3. Термоантрацит применяют как топли­ во при плавлении чугуна в вагранках.

Из жидких видов топлива для плавления чугуна в пламенных печах применяют мазут.

58

ГЛАВА V

ТЕХНОЛОГИЯ ОТЛИВКИ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

В вальцелитейном производстве при отливке чугун­ ных прокатных валков применяют железоуглеродистые сплавы, содержащие от 2,7 до 3,7% углерода. В связи со спецификой структурных превращений в железоугле­ родистых сплавах углерод может находиться в структур­ но свободном состоянии (графит) и в связанном состоя­ нии в составе металлической матрицы чугуна. Основное влияние на форму углерода оказывает эвтектическая кристаллизация валкового чугуна, ход которой в основ­ ном определяется влиянием литейной формы, техноло­ гией заливки и химическим составом чугуна. При этом механические свойства отливки зависят от формы и ко­ личества структурных составляющих.

В чугуне валков постоянными примесями являются кремний, марганец, фосфор, сера. Содержание их ого­ ворено техническими условиями и дает возможность от­ ливать обычные углеродистые нелегированные валки. Такой же чугун валков с низким содержанием хрома, никеля и молибдена применяют для отливки низколе­ гированных валков. Валки, предназначаемые для рабо­ ты в особых условиях эксплуатации, отливают из чугу­ на с высоким содержанием легирующих элементов, обеспечивая специальные физические свойства по сече­ нию валков.

60

Разновидности чугуна, применяемые в производстве валков, классифицируют по количеству включений гра­ фита в рабочем слое, видимых невооруженным глазом в изломе или на обработанной поверхности. Эта клас­ сификация позволяет произвести выбор необходимой характеристики рабочего слоя для конкретных условий эксплуатации.

О т б е л е н н ы й чуг ун . Содержит весь углерод в связанном состоянии. Вид излома лучистый, кристал­ лический, белый. Металл хрупкий, твердость в преде­ лах 58—68 ед. по Шору в нелегированных и низколеги­ рованных отбеленных валках и 70—85 ед. по Шору в высоколегированных отбеленных валках. Отбеленный рабочий слой прокатных валков имеет глубину от 10 до

40 мм.

Структура — цемент + перлит.

Ч у г у н с н е в ы р а ж е н н ы м о т б е л о м . Неко­ торая часть углерода имеет вид мелких включений пла­ стинчатого графита у валков из нелегированного чугу­ на или шаровидного графита у валков из магниевого чугуна. Вид излома светло-кристаллический. Твердость в пределах 48—58 ед. по Шору при глубине рабочего слоя до 32 мм.

Структура — перлит + карбид+графит, П о л о в и н ч а т ы й чуг ун . Углерод распределен

равномерно по сечению валка в виде включений графи­ та и эвтектического цементита. Вид излома светдо-се- рый. Твердость по Шору нелегированного чугуна с пла­ стинчатым графитом 30—40 ед., а с шаровидным гра­ фитом 40—55 ед. Твердость легированного чугуна с пла­ стинчатым графитом 35—50 ед., а с шаровидным гра­ фитом 45—55 ед.

Структура — перлит + карбид + графит.

61

С е р ы й чугун. Большое количество графита при­ дает металлу в изломе темно-серый цвет. Твердость по Шору нелегироваиного чугуна с пластинчатым графи­ том 28—35 ед., с шаровидным графитом 35—45 ед. Твер­ дость легированного чугуна с пластинчатым графитом 30—50 ед., с шаровидным графитом 41—50 ед.

от которого зависит производительность рабочей клети, оказывают большое влияние на качество поверхности и профиль проката. Высокие производственные показа­ тели обеспечиваются износоустойчивостью рабочего слоя поверхности валка, характеристика которого по твердости и структуре зависит прежде всего от химиче­ ского состава чугуна и способа отливки. В эксплуата­ ционных условиях высокие показатели обеспечиваются соблюдением правил настройки и регулировки валков.

Весь технологический процесс изготовления чугун­ ных прокатных валков состоит из пяти основных само­ стоятельных производственных этапов:

1.Приготовление валковых расплавов. Начинается приготовление с подбора шихтовых материалов по со­ держанию химических элементов, выбора плавильного агрегата, в зависимости от массы валка, эксплуатаци­ онных требований и расчета шихты. Далее следует за­ грузка шихты и приготовление расплава с соблюдением всех правил, обеспечивающих нормальный ход плавле­ ния, раскисления и доводки жидкого чугуна.

2.Изготовление форм. Формы изготовляют по эле­ ментам с применением формовочных смесей и красок, приготовленных по предусмотренной технологии. При формовке учитывают технологические припуски на ли­ тейную усадку (1,5—2,0%) и механическую обработку. Элементы форм сушат при температуре 400° С по семи-

G2

Т а б л и ц а 13

Таблица для перевода значений твердости по различным шкалам

63

Продолжение табл. 13

часовому графику. Сборку проводят соблюдая строго вертикальное положение форм.

3.Заливка валков. Приготовленный расплав чугуна

сзаданным химическим составом и с предусмотренной технологией заливки температурой, будучи залит в спе­ циально приготовленную форму, обеспечивает получе­ ние валка с определенными физико-механическими свойствами. Эти свойства, в первую очередь структуру и твердость, варьируют изменением температуры рас­ плава и технологии заливки, длительностью выдержек при формировании рабочего слоя и присадками различ­ ных добавочных материалов.

4. Остывание в форме. Характер остывания валков в форме после заливки существенно влияет на служеб­ ные свойства валков. Преждевременная разборка форм вызывает дополнительные внутренние напряжения и приводит к снижению прочности валков. Многолетний опыт позволил экспериментально установить оптималь­ ное время остывания валков в форме от момента за­ ливки до разборки по группам, массе и типам валков.

64

5. Механическая обработка. После обрубки и мар­ кировки валки обрабатывают на вальцетокарных стан­ ках, шлифуют на вальцешлифовальных станках, при­ меняя в качестве режущего инструмента пластинки из твердых сплавов: ВК-8, ВК-6, ВК-6-В, ВК-6-П, ВК-2, ВК-4 и шлифовальные круги из карбида кремния с ке­ рамической и бакелитовой связкой,

Выбор материала прокатных валков для конкретных условий эксплуатации зависит от требуемых твердости и микроструктуры рабочего слоя. Основными структур­ ными составляющими, определяющими твердость рабо­ чего слоя и механические свойства валков, являются перлит, цементит и графит. Формирование этих струк­ турных составляющих в валках зависит от химического состава и скорости охлаждения чугуна. Изменяя техно­ логические процессы и обеспечивая направленность затвердевания чугуна в форме можно получить различ7 ную структуру по сечению валка и различные механиче­ ские свойства в отдельных элементах валка. Для каж­ дого элемента валка при естественной кристаллизации в форме не всегда можно получить необходимые физи­ ко-механические свойства. Поэтому в вальцелитейном производстве широко применяют легирование и моди­ фицирование.

Заштрихованные участки диаграммы (рис. 6) охва­ тывают две разновидности чугунных прокатных валков, отличающиеся содержанием углерода.

Чугун первой разновидности содержит 2,7—3,2% уг­ лерода и выплавляется в пламенных печах. Из такого чугуна отливают валки массой от 3 до 35 т для листо­ прокатных и сортопрокатных станов.

Чугун второй разновидности содержит 3,2—3,7% уг­ лерода и выплавляется в вагранках. Из такого чугуна отливают валки массой от 20 кг до 4 г для сортопрокат-

ных и трубопрокатных станов. Основную массу мелких валков, наиболее трудоемких в изготовлении, отливают

жанию каждого элемента не выходили за пределы, допускаемые техни­

ческими условиями. При переходе с одной шихты на другую необходимо завали­ вать в вагранку дополнительную колошу топлива. При­ готовление расплавов для крупных и тяжеловесных вал­ ков более сложно.

Эти валки отливают из чугунных расплавов, приго­ товляемых в пламенных печах.

66