книги из ГПНТБ / Писаренко Г.А. Отливки металлургического оборудования из чугуна с шаровидным графитом

оправдали себя прибыли увеличенного диаметра, но малой вы­

соты.

Для валков из магниевого чугуна вследствие увеличения об­ щей и доперлитной усадки необходимо увеличить объем прибы­

лей на 10—15%', производить заливку форм более горячим метал­

лом, а для некоторых типов валков, особенно склонных к появ­ лению усадочных дефектов, практиковать заливку форм следую­ щим способом: заполнять форму на 100—150 мм выше уровня

верхнего трефа через литник, а прибыль заливать сверху горя­ чим кремнистым ваграночным чугуном.

При соблюдении этих условий количество пороков в валках из магниевого чугуна по сравнению с обычными валками не уве­

личивается.

Газовые раковины. На обычных валках газовые ра­ ковины довольно распространенный вид пороков. На магниевых валках дополнительной причиной образования газовых раковин являются пары магния, которые выделяются в процессе заливки и затвердевания металла. Раковины, образовавшиеся вследствие испарения магния, располагаются обычно непосредственно на по­

верхности бочки и могут быть очень мелкими (до 0,5 мм) в тон­ колистовых и более крупными в сортопрокатных валках. Внут­

ренняя поверхность их обычно покрыта беловатым налетом со­

единений магния. По данным А. Е. Кривошеева [44], эти ракови­

ния магния.

Общее количество пороков по мелким газовым раковинам (по­ рам) на магниевых валках на некоторых заводах, впервые осваи­ вающих их производство, несколько выше, чем на обычных. С целью борьбы с пороками рекомендуется выдерживать темпе­ ратуру заливки в оптимальных пределах (от 1260 до 1300°) и

температуру кокилей от 90 до 130°.

Наиболее надежным средством борьбы с пороками оказы­ вается обработка чугуна специальными флюсами, например,

смесью кальцинированной соды и плавикового шпата. На заво­ дах, освоивших производство магниевых валков, брак по газо­ вым раковинам невелик. В практике работы уральских заводов увеличения брака по газовым раковинам магниевых валков не

отмечалось.

Трещины. Трещины на сортопрокатных валках бывают хо­

лодные и горячие, а по расположению — продольные и попереч­

ные.

Холодные трещины часто обнаруживаются не только в литей­ ных цехах, но и в процессе механической обработки. Основной

роструктура валков. Известно, что чем ниже теплопроводность металла, тем больше внутренние напряжения. С другой стороны,

внутренние напряжения пропорциональны модулю упругости. Валки, содержащие большое количество цементита и имеющие растянутую переходную зону, более склонны к образованию хо­ лодных трещин вследствие низкой теплопроводности и высокого модуля упругости белого чугуна.

Известно много случаев поломки таких валков при подогреве в индукционных электропоясах. В прокатном цехе Северского ме­

таллургического завода через час после установки на подогрев в электропояс один валок лопнул с оглушительным звуком, повре­ дил электропояс и другой соседний валок, находившийся на подогреве. Исследования лопнувшего валка показали, что в сердцевине его содержалось до 30%' структурно свободного цементита.

Горячие трещины образуются из-за преждевременного затвер­ девания прибылей, наличия заливов на стыках кокилей и т. п.

Так, например, основными причинами образования поперечных трещин являются наличие заливов на стыках кокилей, недоста­

точная податливость формовочных смесей, резкие переходы от шейки к бочке.

Продольные трещины образуются главным образом из-за на­

рушения принципа направленного затвердевания, в результате чего прибыль затвердевает раньше отливки, и фосфидная эвтек­

(охлаждение), например за счет близко стоящей соседней фор­ мы и т. п.

Все эти пороки по трещинам свойственны валкам из магние­

вого чугуна в меньшей степени, чем обычным, однако понижен­

ная теплопроводность магниевого чугуна, более высокий модуль упругости- и увеличенная усадка требуют особо тщательного со­ блюдения мер по предупреждению трещин. При правильном вы­ полнении технологии брак по сравнению с обычными валками значительно меньше.

Специфичным дефектом в магниевых валках является образо­ вание рыхлости в нижних шейках при добавлении порошкообраз­ ного ферросилиция во время заливки. Если заливка при этом производится холодным металлом, при полупромывке пропус­

кается мало металла или металл пропускается очень быстро, то в нижних шайках обнаруживается скопление нерастворившегося ферросилиция и крупного графита, выкрашивающегося при ме­ ханической обработке.

Внастоящее время на большинстве отечественных блюмингов

иобжимных станов применяются кованые стальные валки. Зна­ чительное количество кованых стальных валков применяется на крупно-, средне- и мелкосортных станах. Только в чистовых и частично в предчистовых клетях применяются чугунные литые валки.

За рубежом, в частности в США, кованые стальные валки практически не применяются; 99,5%! валков изготовляются от­ ливкой.

Литые стальные валки при равной или более высокой стойко­

сти в 2—3 раза дешевле кованых; широкое применение их дает большой экономический эффект. Даже внедрение способов улуч­

шения эксплуатационных показателей службы валков, таких как наплавка и поверхностная закалка, не снижает актуальности за­ мены кованых валков литыми. Именно поэтому на Кузнецком металлургическом комбинате за последние годы кованые валки успешно заменяются литыми на всех станах, включая крупно­ сортные.

Еще большие экономические преимущества обеспечивает за­ мена кованых стальных валков литыми чугунными, в частности,

отлитыми из чугуна с шаровидным графитом. Такие валки, не уступая в ряде случаев по прочности стальным, превосходят их по стойкости, качеству поверхности проката и коэффициенту тре­ ния, что дает возможность работы с максимальными углами за­

хвата. При этом стоимость чугунных валков намного ниже сталь­ ных.

На металлургическом заводе им. Ворошилова были испытаны

сивной клети мощного листопрокатного стана при прокатке су­ довой стали толщиной 4 мм. Результаты эксплуатации валков приведены в табл. 31.

Из данных, приведенных в табл. 31, следует, что стойкость

чугунных валков оказалась в 1,5 раза выше стойкости кованых стальных валков при очень высоком качестве поверхности листа.

На металлургическом заводе им. Дзержинского во многих клетях всех станов широко используются валки из магниевого чугуна.

На мелкосортных станах при прокатке уголков 40X40; 45X45

и 60X40 мм достигнуто повышение стойкости: с 270 т за поста-

92 Сортопрокатные валки

Таблица 31

Результаты эксплуатации стальных кованых и чугунных магниевых валков

новку при применении чугунных легированных валков с твердо­ стью 268 Нв до 515 т при применении магниевых валков с твер­

постановку и на магниевых валках с твердостью 300 Нв—990 т. На крупносортных станах при прокатке рельсов типа Р-43 на

нелегированных валках с твердостью. 223 Нв за одну постановку

прокатано 1225 т и на валках с твердостью 305—315 Нв прока­ тано 4000—4500 т. В целом по заводу вследствие использования, новых типов сортопрокатных магниевых валков, в том числе с литыми калибрами, расход валков сократился в 3,5 раза при об­

щем значительном росте выпуска проката за этот же период. Об удачном опыте замены стальных валков литыми чугунны­

ми магниевыми на непрерывном штрипсовом стане пишет А. С.

Бешлык [42]. На этом стане в клетях 1—5 стальные валки заме­ нены магниевыми с твердостью 260—360 Нв, на клетях 6—8—

Положительные результаты были получены при применении чугунных магниевых валков в новейших высокопроизводитель­ ных рельсобалочных станах Н.-Тагильского металлургического комбината и завода «Азовсталь», а также на стане «450> метал­ лургического комбината им. Серова.

Приведенные примеры, количество которых можно было бы

умножить, свидетельствуют о том, что новые типы чугунных по­

лутвердых валков, отлитых из чугуна с шаровидным графитом, находят широкое применение в прокатном производстве.

Глава IV

ИЗЛОЖНИЦЫ ИЗ МАГНИЕВОГО ЧУГУНА

Изложницы для разливки стали бывают двух типов: сквозные и с дном. Сквозные изложницы применяются в основном для раз­ ливки кипящих сталей, а с дном — для разливки спокойных ста­ лей.

Внутренние контуры и размеры изложниц определяются кон­ фигурацией и габаритами слитков, а наружные — условиями, не­ обходимыми для получения качественного слитка и хорошей стойкости изложниц.

В поперечном сечении сквозные изложницы и с дном имеют форму круга, многогранника, квадрата, прямоугольника или эл­ липса. Углы у изложниц закруглены, а грани делаются прямы­ ми, выпуклыми или вогнутыми.

Наиболее благоприятное сечение изложниц квадратное, так

как в них в процессе эксплуатации не возникают большие внут­ ренние напряжения. В изложницах же прямоугольного или эллип­

совидного сечения, в которых широкие грани значительно больше узких, возникают значительные напряжения, быстро вызываю­ щие образование трещин на стенках.

Стойкость изложниц зависит от многих факторов: материа­ ла, из которого изготовляются изложницы, конструкции, условий

эксплуатации изложниц.

— коэффициент Пуассона.

Из этой формулы следует, что величина напряжений пропор­ циональна модулю упругости, перепаду температур по сечению стенки и коэффициенту линейного расширения.

А. А. Горшков [58] показал, что одной из главных причин об­ разования трещин в изложницах является перепад температур в стенках, величина которого зависит от толщины стенок и тепло­ проводности материала. Очевидно, чем толще стенка изложницы и меньше теплопроводность материала, тем больше перепад тем­

ператур между внутренней и наружной поверхностями и, следо­ вательно, больше напряжения. Однако учитывая, что обычный чугун, применяемый для изложниц, имеет низкие механические свойства, то уменьшение толщины стенки не всегда возможно.

В последние десятилетия усилия металлургов были направле­

ны на улучшение качества изложниц и увеличение их стойкости. В результате большого количества исследовательских работ

[62; 63; 64 и др.], проведенных по продлению службы изложниц,

были достигнуты некоторые успехи, но тем не менее расход из­ ложниц все еще остается высоким.

Для повышения стойкости изложниц делались неоднократные попытки производить модифицирование чугуна графитизирующи­ ми добавками, но, несмотря на положительные результаты [64; 65, 66, 67], широкого распространения этот способ не получил.

С 1954 г. стали применять изложницы с литыми или сварны­ ми бандажами [68; 69]. Бандажи, залитые в торцевые части из­

ложниц, задерживают распространение продольных трещин,

вследствие чего срок службы изложниц увеличивается. На неко­ торых заводах Юга, где расход изложниц был чрезвычайно вы­ соким — до 35 кг/т стали, благодаря применению бандажей стой­ кость изложниц увеличилась в 1,5—2 раза. На Магнитогорском же и Н.-Тагильском металлургических комбинатах, на которых расход изложниц сравнительно невелик, не более 20 кг/т стали, применение бандажей увеличило стойкость изложниц всего лишь

на 5—15%.

Срок службы изложниц можно значительно увеличить, если изготовлять их из материалов, обладающих по сравнению с обыч-

можность образования трещин и сетки разгара, так как возни­ кающие напряжения перераспределяются в результате пластиче­ ской деформации металла.

Еще Д. К. Чернов в своем докладе «О выгорании каналов в

стальных орудиях» [70] указал на большое значение пластиче­

ских свойств для материалов, подвергающихся попеременно на­

гревам и охлаждениям. Д. К. Чернов писал: «Задача металлур­ гов должна состоять в отыскании такого металла, который, без ущерба его механическим качествам, обладал бы возможно боль­ шею пластичностью и вязкостью, дабы при большом расширении

и следующем затем большом сжатии не давал ни малейших сле­ дов трещин».

Наиболее подходящим материалом для изложниц можно счи­ тать мягкую сталь и отожженный чугун с шаровидным графитом.

В России первые опыты по отливке стальных изложниц были проведены примерно в 1903 г. [71], после чего многие заводы пробовали отливать стальные изложницы, но только на двух за­ водах— Уфалейском металлургическом и Ворошиловградском паровозостроительном, они получили практическое применение для мелких слитков [72; 73]. Стойкость стальных изложниц зна­ чительно выше стойкости чугунных изложниц с пластинчатым

графитом, однако производство стальных изложниц ограничи­ вается высокой их стоимостью1 и трудностью получения чистой внутренней поверхности.

В связи с открытием способа получения высокопрочного чу­ гуна с шаровидным графитом появилась возможность значитель­ ного повышения качества отливок, так как этот чугун по своим свойствам занимает промежуточное положение между сталью и серым чугуном с пластинчатым графитом.

Основываясь на данных, полученных при исследовании свойств чугуна (см. гл. I), авторами для производства изложниц предложен магниевый чугун, характерной особенностью которого являются высокие пластические свойства в сочетании с высокой прочностью, достигаемые соответствующим химическим составом и графитизирующим отжигом чугуна.

Первые опыты по отливке изложниц из магниевого чугуна были проведены в 1949 г. на Н.-Тагильском металлургическом

по Уфалейскому металлургическому заводу составила 9,76 руб. при расходе

96 Изложницы из магниевого чугуна

высокостойких изложниц из чугуна с шаровидным графитом для мелких и средних слитков закончена только в 1953 г. [74; 75; 76].

1. Мелкие изложницы

Технология изготовления изложниц

Сквозные изложницы из магниевого чугуна для разливки ки­

пящей стали отливают на Лысьвенском и Северском металлурги­

В поперечном сечении изложницы имеют одинаковую толщи­ ну стенок, кроме места постановки стальных ушей, где стенки с наружной стороны усилены приливами толщиной'до 17 мм. Уши изготовляются из стальных прутков диаметром 25—28 мм.

На Н.-Тагильском комбинате и Северском заводе отливка

изложниц производится в разовые формы, а на Лысьвенском заводе — в полупостоянные.

Преимущества разовых форм заключаются в том, что отлитые

в них изложницы не имеют продольных швов; на изложницах же, отливаемых в полупостоянные формы, в местах соединения половинок форм образуются облои (заусенцы), способствующие формированию неоднородной структуры, и получается большая разностенность, чем при отливке изложниц в разовые формы, что

уменьшает стойкость изложниц.

Полупостоянные формы Лысьвенского завода имеют плос­

кость разъема по диагонали и состоят из двух опок, скрепленных

болтами. Набивка форм производится массой, состоящей из ша­ мотового порошка (измельченный кирпич) и белой огнеупорной

держания кремния повышает прочность и понижает пластичность вследствие того, что одна из структурных составляющих чугуна— высококремнистый феррит, обладает повышенной прочностью и.

пониженной пластичностью. При содержании кремния ниже 2,0%:

резко замедляется скорость графитизации и понижаются пласти­ ческие свойства чугуна.

Содержание фосфора необходимо ограничивать, так как он образует хрупкую структурную составляющую — фосфидную эв­ тектику, которая понижает пластические свойства чугуна. Повы­ шение содержания марганца также понижает пластичность. Марганец затрудняет графитизацию чугуна и усиливает вредное действие фосфидной эвтектики, структура которой становится более крупной и приобретает неблагоприятное строение. С пони­ жением содержания марганца и фосфора улучшаются пластиче­ ские свойства чугуна. При содержании фосфора 0,16—0,18%— содержание марганца не должно превышать 0,5%.

Шихта для изложниц состоит из 30—50% чушкового чугуна и 60—70%' чугунного лома. При необходимости увеличить в чугу­ не содержание кремния в шихту добавляется 45%-ный ферроси­

лиций. В доменном ферросилиции часто содержится повышенное количество фосфора и его применение следует ограничивать.

В шихту вводятся литейные чугуны марок ЛКО, ЛКД и ЛК2

свойства чугуна.

Чугун выплавляется в вагранках; температура чугуна при вы­ пуске из вагранки должна быть не менее 1320°. Жидкий чугун

подвергается обработке магнием в ковшах емкостью 4—6 т; рас­ ход металлического магния составляет 0,3—0,5%' от веса жидко­ го чугуна. Целесообразнее применять не металлический магний,

амагниево-кремнистую лигатуру, содержащую 10—20%' Mg.

Вэтом случае площадь отверстий на футлярах следует уве­ личивать в 2—3 раза, но можно вообще не делать отверстий, а

оставлять дно открытым, закрепляя куски лигатуры в футляре, чтобы они не выпали до погружения их в чугун.

Применение лигатуры сокращает расход магния и упрощает обработку, так как процесс испарения и горения паров магния протекает спокойнее.

Если чугун обрабатывают металлическим магнием, то его не­ обходимо дополнительно модифицировать ферросилицием для