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

сти чугунной корки. Валки на прокатке динамного листа сразу же вышли из строя вследствие отслаивания отбеленного слоя.

Другие многократные попытки изготовления чугунных валков со стальной сердцевиной также не дали положительных резуль­ татов.

Описанные выше способы улучшения качества листопрокат­

ных валков для горячей прокатки стальных листов существенно не увеличили срока службы валков. Расход их по-прежнему оста­

вался велик, достигая на некоторых заводах при прокатке жести и электротехнического металла 40—50 кг, а при прокатке кро­ вельной листовой стали 10—15 кг)т проката. Качество же валков не удовлетворяло возросшим требованиям прокатного производст­

ва, в связи с чем возникла необходимость изыскания нового ма­ териала для производства валков. Таким материалом, обеспечи­ вающим высокие эксплуатационные свойства валков, оказался магниевый чугун.

1. Технология отливки и стойкость листопрокатных валков

из магниевого чугуна

Листопрокатные валки из магниевого чугуна впервые были

отлиты в июле 1949 г. на Н.-Тагильском металлургическом заво­ де им. Куйбышева, и в конце того же года завод полностью пере­

шел на производство валков по новой технологии. С 1950 г. от­ ливку валков из магниевого чугуна начали производить на Дне­ пропетровском вальцелитейном и Лысьвенском металлургическом заводах, а с 1951 г. — на Лутугинском заводе прокатных валков.

Врезультате опыта эксплуатации валков и проводимых иссле­ дований технологический процесс отливки валков из магниевого чугуна на протяжении ряда лет изменялся и совершенствовался.

В1954 г. были приняты технические условия (ЧМТУ 4893—

54)на прокатные металлургические валки из магниевого чугуна. Согласно этим условиям, листовые валки отливаются с диамет­ ром бочки 450—1000 мм и длиной бочки 750—4000 мм. В зави­ симости от назначения валков они должны иметь соответствую­

щий химический состав чугуна отбеленного слоя, твердость и глу­ бину отбела (табл. 14). Глубина переходной зоны от отбеленного

слоя к сердцевине не устанавливается. Наличие структурно сво­ бодного цементита в шейках валков, а также на глубине более 80 мм от поверхности бочки к центру (в радиальном направле­ нии) не допускается.

Наиболее существенной частью технологии отливки валков из магниевого чугуна является обработка чугуна магнием, в резуль­ тате которой металл приобретает необходимые свойства и струк­ туру, резко отличающиеся от структуры и свойств металла обыч­ ных валков.

Обработка чугуна магнием

Обработка жидкого чугуна магнием производится в ковшах. При погружении магния в чугун происходит бурная реакция, со­ провождающаяся образованием яркого пламени и выбрасывани­ ем металла из ковша. Поэтому для безопасности и облегчения труда обслуживающего пресонала введение магния в чугун про­ изводится при помощи специальных устройств.

Наиболее простое из таких устройств для обработки магнием больших масс чугуна приведено на рис. 15. Ковш, наполненный

Внутреннюю часть крышки покрывают слоем огнеупорной массы или футеруют шамотными кирпичами. Футеровка предохраняет крышку от сильного нагревания и разрушения. Для устранения возможных выбросов жидкого металла из ковша крышка должна плотно прилегать к верхнему торцу ковша.

Отверстие для выхода газов соединяется с газопроводом и трубой посредством отъемного патрубка, изготовляемого из ко­

42 Листопрокатные валки

тельной стали. Герметичность соединения обеспечивается песоч­ ным затвором.

Металлический магний в количестве 0,3—0,5%' от веса жид­ кого чугуна помещают в цилиндрический футляр, который изго­ товляют из листовой стали толщиной 5—8 мм. Чем больше мас­ са обрабатываемого чугуна, тем толще должны быть стенки фут­

ляра. В нижней части стенок и в дне футляра имеются отверстия для выхода паров магния. Общая площадь отверстий делается в

зависимости от количества магния, помещаемого в футляр, и тем­ пературы чугуна; чем выше температура чугуна, тем меньше диа­ метр отверстий и их площадь.

Площадь отверстий диаметром 10—30 мм должна быть равна

4—6 смЧкг магния.

При высокой температуре чугуна и большой площади отвер­ стий в футляре магний интенсивно испаряется, и реакция проте­ кает бурно, что приводит к недостаточному усвоению магния чу­ гуном. Установлено, что площадь отверстий в футлярах должна быть такой, чтобы обеспечить продолжительность процесса испа­ рения магния в течение 2—4 мин. В этот промежуток времени магний достаточно полно усваивается чугуном и, вместе с тем, не допускается излишнее охлаждение чугуна.

Футляры приваривают к стальным штангам диаметром 50—

90 мм, на которые надевают и закрепляют груз. Вес груза рас­ считывают так, чтобы штанга с футляром, наполненным магнием, в процессе обработки жидкого чугуна не отклонялась от верти­ кального положения; практически груз должен быть в 15—20 раз тяжелее веса магния в футляре.

Погружение штанги с футляром в чугун производится при по­ мощи крана. По прекращении испарения и горения магния штан­ гу с грузом поднимают и снимают соединительный патрубок и крышку.

На Северском металлургическом заводе чугун обрабатывают магнием в камере, переделанной из сушила. Ковш с чугуном по­ дается в камеру на тележке по рельсовым путям при помощи электролебедки. Погружение в чугун футляра с магнием произ­ водится при помощи крана через отверстие в своде. Образую­ щиеся газы отсасываются вентилятором через свод камеры. Для предотвращения выбросов чугуна ковш закрывают крышкой,

имеющей отверстие для прохода футляра с магнием.

На ряде заводов применяется другое устройство камеры для обработки чугуна магнием. Схема такого устройства (по типу

Лутугинского завода прокатных валков) приведена на рис. 16. Камера находится ниже уровня пола. Отвод образующихся газов осуществляется принудительно через боров и трубу. Стенки ка­ меры изготовляются из бетона. Ковш с чугуном устанавливается на дно камеры. Для предотвращения выбросов чугуна на ковш

44 Листопрокатные валки

ниевому препятствует возникновению черных пятен, понижающих прочность и пластичность чугуна. Кроме того, чугун, обработан­ ный магнием и смешанный со свежим, имеет меньшее количество

неметаллических включений и усадочных раковин.

Продолжительность от начала погружения футляра с магнием в чугун и до заливки форм, при нормальной работе, составляет

10—15 мин.

Обработка чугуна магнием в настоящее время на вальцели­ тейных заводах производится с помощью так называемой чугуномагниевой лигатуры. Сущность этого способа заключается в том, что магнием, из расчета 0,25—0,5% от общего веса плавки, обра­ батывают только небольшую часть чугуна (обычно 20—30%' от общего веса плавки), а затем этот чугун, обогащенный магнием, сливают в общий большой ковш. При этом получают 0,03 —

0,05 %i остаточного магния, что обеспечивает полную сфероидиза­ цию графита. Исходный чугун для приготовления чугуно-магни-

евой лигатуры берут из большого ковша, в который выпущена

плавка из печи, либо из вагранки.

Достоинством описанного способа обработки чугуна является возможность сохранения высокой температуры металла, а также

ито, что магний усваивается чугуном значительно полнее. С уве­ личением количества вводимого магния увеличивается количество

неметаллических включений в металле, уменьшающих прочность

иухудшающих чистоту рабочих поверхностей валков. Обработка чугуна жидкой чугуно-магниевой лигатурой способствует сниже­ нию количества вводимого магния. Облегчается также и регули­

рование содержания остаточного магния. Многолетняя практика показала, что оптимальным количеством является остаточное со­ держание магния в чугуне, равное 0,03—0,05%. При большем ко­ личестве магния в сердцевине валков появляются избыточные карбиды, повышающие хрупкость металла, при меньшем коли­ честве — графит не полностью сфероидизируется.

Способов отливки валков из магниевого чугуна существует много, но некоторые из них не получили распространения из-за нетехнологичности [48].

Валки с повышенным содержанием кремния

Чугун, обработанный магнием, обладает большой склонностью к отбелу. Обычный чугун после обработки магнием приобретает

в отливке сквозной отбел или переходную зону, распространяю­ щуюся до центра валка. Для получения отбеленного слоя нор­ мальной глубины и прочной сердцевины с перлитной основой и шаровидным графитом содержание кремния в магниевом чугуне должно быть значительно увеличено по сравнению с содержани­ ем кремния в валках из обычного чугуна. Поэтому валки отли­

при содержании углерода 3,2—3,5%, имел кремния 0,8—1,2%, а

в чугуне из отражательных печей при содержании углерода 2,9— 3,2 %; было 1,2—1,8%! Si. Содержание в чугуне других химиче­ ских элементов находилось в следующих пределах: 0,3—0,7 %: Мп; 0,35—0,50%' Р и до 0,02%: S.

Для контроля качества валкового чугуна и доводки его в печи или ваграночного чугуна в ковше применялась технологическая проба в виде клиновидного образца сечением: основание тре­ угольника — 40 мм, высота — 60 мм, длина — 150 мм. Отливка проб производилась в кокили в горизонтальном положении, острым углом вниз. Поперечный излом образца характеризовал

склонность чугуна к отбеливанию.

Для предупреждения образования в валках растянутой пере­ ходной зоны или сквозного отбела (наличия большого количества

цементита в сердцевине) чугун, обработанный магнием, подвер­ гался модифицированию порошкообразным 75%-ным ферросили­ цием, который добавлялся в количестве 0,2—0,3% от веса жид­ кого чугуна в литниковую воронку после наполнения бочки вал­ ка. Но такое введение ферросилиция ухудшает отбеленный слой, так как в нем выделяется графит. Для предотвращения образо­ вания графита в отбеленном слое модифицирование чугуна фер­ росилицием следует производить после сформирования отбелен­ ного слоя. Осуществляется это следующим образом: заливка фор­ мы валка производится до середины прибыли, после чего делает­ ся перерыв в заливке и после сформирования отбеленного слоя заливка продолжается, а в литниковую воронку в период долив­ ки формы валка присаживается ферросилиций.

Таким способом на уральских заводах в течение 1949— 1950 гг. было отлито более 1000 валков диаметром бочки 630— 720 мм и длиной 800—1000 мм. Литейный брак не превышал 4— 6%’. Основной вид брака — сквозной отбел, образовавшийся вследствие низкого содержания в чугуне кремния или введения в

чугун при заливке форм недостаточного количества ферросили­ ция. Такие валки при эксплуатации ломались в первые же часы работы.

Точно определить глубину отбеленного слоя валков невоору­ женным глазом по сколу или по торцам подрезанной бочки невоз­ можно, так как выделения графита не образуют видимых сферо­ литов. Поэтому качество отбеленного слоя и глубину отбела определяли твердостью скола, которую замеряли через каждые

5 мм от поверхности бочки к центру. Установлено, что при хоро­

шем качестве валков твердость скола на расстоянии 15—25 мм

от поверхности бочки составляет не менее 41 Hrc> что соответ­

ствует 57 Hslt,

лений графита. Наряду с понижением твердости металла, эти вы­ деления являются причиной быстрого разгара поверхности бочки валка.

*Твердость сколов определялась прибором Роквелла, но данные в табл. 15 приведены

впереводе на твердость по Шору.

Валки, перечисленные в табл. 15, вышли из строя по износу отбеленного слоя и чем меньше была твердость отбеленного слоя,

тем ниже оказалась стойкость валков.

В чугуне из отражательных печей содержится 2,9—3,2%; С, поэтому содержание кремния приходится повышать до 1,8%’, в противном случае валки получаются со значительным количест­ вом цементита в сердцевине. При этом несколько снижается твер­

дость отбеленного слоя валков, так как в структуре уменьшается количество цементита и увеличивается количество графита.

Валки из магниевого ваграночного чугуна с повышенным со­

держанием кремния успешно применялись для прокатки тонкого,

кровельного и электротехнического листа. На прокатке жести ис­ пытание валков, отлитых из чугуна, который выплавлялся в от­

ражательных печах, не дало положительных результатов; поверх­ ность листов получалась более шероховатой, чем при прокатке на обычных углеродистых валках.

К жестепрокатным валкам предъявляются более высокие тре­ бования по сравнению с валками для других видов проката, так

как жесть, направляемая на лужение, должна иметь гладкую по­ верхность, которая получается только при высокой твердости и термической устойчивости отбеленного слоя валков.

Предполагали, что качество отбеленного магниевого чугуна может быть улучшено легированием или значительным пониже­ нии в нем содержания кремния. Казалось, что при высокой проч-'

ности сердцевины валка можно легированием чугуна хромом и никелем, а также молибденом улучшить структуру отбеленного слоя и достигнуть повышения качества поверхности прокатывае­ мых листов и срока службы валков.

Для выяснения влияния легирования чугуна на качество вал­ ков на Лысьвенском металлургическом заводе были сделаны опытные отливки и проведены испытания в жестепрокатном цехе

валков из магниевого хромоникелевого и молибденового чугуна. При отливке этих валков принимались необходимые меры для получения прочной сердцевины с шаровидным графитом.

Шихта хромоникелевого чугуна состояла из природнолегиро­ ванного чугуна, лома валков и стального лома, содержащего хром и никель. В отлитых валках соотношение никеля к хрому было 1,7—2,5. Шихта молибденового чугуна состояла из чушкового чу­

гуна и лома валков, содержащего молибден. Недостающее коли­ чество молибдена пополнялось присадкой в шихту ферромолиб­

Средняя стойкость валков из хромоникелевого чугуна с ша­ ровидным графитом оказалась на 34%' ниже стойкости обычных валков с пластинчатым графитом. Из 15 валков по естественно­ му износу отбеленного слоя вышло из строя 3 шт., остальные

валки сломались по бочке в процессе эксплуатации. При содер­

жании в валках менее 1,3 %j Si глубина отбеленного слоя дохо­ дила до 25—30 мм, а в сердцевине бочки было значительное ко­

личество карбидов. Такие валки (2 шт.) сломались уже при ра­ зогреве их в клети.

48 Листопрокатные валки

Исследованием металла валков из хромоникелевого чугуна

установлено, что графит в отбеленном слое мельче, а твердость

отбеленного слоя на 5—8HSft выше твердости отбеленного слоя

нелегированных валков из магниевого чугуна. Поэтому поверх­ ность жести, прокатанной на валках из магниевого чугуна, леги­ рованного хромом и никелем, получалась гладкой.

Неудовлетворительная стойкость валков из хромоникелевого чугуна как обработанного, так и не обработанного магнием объяс­ няется растянутой переходной зоной, малой термической устойчи­ востью отбеленного слоя вследствие больших внутренних напря­ жений, возникающих в связи с низкой теплопроводностью сердцевины валков по сравнению с теплопроводностью обычных углеродистых валков. Предположение, что большая прочность

сердцевины из чугуна с шаровидным графитом обеспечит высо­

кую стойкость валков, легированных хромом и никелем, не оправдалось.

Средняя стойкость валков из молибденового чугуна с шаро­ видным графитом в 1,9 раза выше стойкости молибденовых вал­

ков с пластинчатым графитом и в 2,2 раза выше стойкости обыч­ ных нелегированных валков.

Молибденовые валки с шаровидным графитом вышли из строя по следующим причинам: износ отбеленного слоя в количестве 60 шт., излом по бочкам — 15 шт. и образование трещин в отбе­ ленном слое — 5 шт. Таким образом, большинство валков (75%) вышло из строя по износу отбеленного слоя, что указывает на высокую прочность сердцевины и термическую стойкость рабо­ чего слоя валков. Поверхность жести, прокатываемой на молиб-

дено-магниевых валках, получилась хорошей. Металлографиче­ ский анализ отбеленного слоя валков показал, что присадка мо­ либдена измельчает выделения графита и уменьшает его количе­

ство. Молибден улучшает пластические свойства белого чугуна,

вследствие чего термическая устойчивость его повышается.

Двухслойные валки

Для получения прочной сердцевины валка, предохраняющей его от поломок, и износоустойчивого отбеленного слоя повышен­ ной твердости, обеспечивающего высокое качество поверхности листов, предложена отливка двухслойных валков. Химический состав чугуна, макро- и микроструктура в отбеленном слое и сердцевине двухслойных валков резко отличаются.

Существует много способов отливки двухслойных валков. Наи­ более распространенный из них состоит в том, что форма валка до верхней шейки заливается белым или легированным чугуном. После затвердевания отбеленного слоя до нужной глубины за­

ливку формы продолжают серым чугуном, которым вытесняется