Анализ брака литых чугунных валков (часть 1) Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.74

Долгополова Л.Б., Скурихин А.В., Шаповалов А.Н.

АНАЛИЗ БРАКА ЛИТЫХ ЧУГУННЫХ ВАЛКОВ (часть 1)

Аннотация. Проанализированы основные виды брака, образующегося при литье валков мелкосортных станов. Предложены мероприятия по снижению брака валков мелкосортных станов.

Ключевые слова: прокатный валок, брак, технологический процесс, металл, мелкосортный стан.

Технологический процесс изготовления прокатных валков является одним из самых сложных в литейном производстве. Современное прокатное производство предъявляет высокие требования к качеству прокатных валков, которые обусловлены разработкой новых материалов и профилей. Технология литья валков постоянно совершенствуется, что ведет к уменьшению брака, но не к полному его устранению. Это связано со сложностью и многофакторностью технологического процесса изготовления прокатных валков.

На российских заводах используется около 50 типов прокатных валков, причем каждый тип имеет свои определенные особенности. Все валки должны обладать высокой износостойкостью, противостоять перепадам температуры, обеспечивая при этом хороший захват металла и качество профиля.

Для получения качественных отливок цех по производству валков оснащен всем высококачественным оборудованием: плавильными агрегатами - индукционными печами производства фирмы «АВВ» (Германия) средней частоты IFM, стендами для подготовки и сушки ковшей, центробежными машинами типа МЦГО, термическими печами фирмы «Bosio» (Словения), а также выбивным и смесеприготови-тельным оборудованием. Формовка валков готовится по металлическим моделям. Уплотнение форм производится пневматической трамбовкой. Уплотнённые формы покрываются противопригарным покрытием и просушиваются в термических печах, затем производится сборка и заливка валков. После достижения определённой температуры формы разбираются, валки поступают на участок обрубки и далее отправляются в механический цех для дальнейшей обработки.

Несмотря на достаточно высокую техническую оснащенность цеха и жесткие нормы технического и технологического контроля на всех этапах производства, часть валков имеет те или иные отклонения от технических условий. Все дефекты валков принято подразделять на исправимые и неисправимые. В зависимости от вида дефектов, степени их развития и трудоемкости исправления принимается решение о технологии исправления брака либо отнесении продукции к окончательному браку.

Согласно ГОСТ 19200-80 дефекты отливок из чугуна и стали подразделяют на пять основных групп (50 разновидностей):

- несоответствие по геометрии (14 видов): недолив, неслитина, обжим, подутость, перекос, стержне-

вой перекос, разностенность, стержневой залив, коробление, незалив, зарез, вылом, прорыв металла, уход металла;

- дефекты поверхности (13 видов): пригар, спай, ужимина, нарост, залив, засор, плена, просечка, окисление, поверхностное повреждение, скаладочность, грубая поверхность, газовая шероховатость;

- несплошности в теле отливки (16 видов): горячая трещина, холодная трещина, газовая раковина, ситовидная раковина, усадочная раковина, песчаная раковина, шлаковая раковина, залитый шлак, графитовая пористость, усадочная пористость, газовая пористость, рыхлота, непровар жеребеек, вскип, утяжина;

- включения (3 вида): металлическое включение, неметаллическое включение, королёк;

- несоответствие по структуре (4 вида): отбел, половинчатость, ликвация, флокены.

Все пять групп дефектов характерны для прокатных валков, но многие виды не встречаются при производстве данной номенклатуры, поэтому на заводах, производящих валки, как правило, принимается своя классификация дефектов.

Произведен анализ брака отливок мелкосортных сортопрокатных валков. Распределение видов брака при производстве мелкосортных сортопрокатных валков показано на диаграмме (рис.1).

Из данных рис. 1 следует, что основными причинами брака отливок чугунных валков являются несоответствие твердости, горячие трещины, раковины и засоры.

Более 35% валков было отбраковано из-за их низкой или высокой твердости, которая определяется структурой отливки.

Причинами брака валков из-за их низкой твердости являются:

- высокая температура собранной формы;

- избыточное вторичное модифицирование;

- некачественная подготовка металла (большое количество графита в рабочем слое);

- некачественное ведение плавки (избыточное науглероживание расплава);

- несоответствие химического состава.

Брак валков из-за их высокой твёрдости вызывают:

- низкая температура собранной формы;

- быстрое охлаждение валка;

- недостаточное модифицирование металла;

- несоответствие химического состава.

Раздел 5

Виды брака

Рис.1. Распределение видов брака мелкосортных сортопрокатных валков

Таким образом, для предупреждения брака валков из-за низкой и высокой твердости необходимо строго соблюдать технологические инструкции на заданное исполнение валков.

Получение высокой твёрдости отливок приводит к разрушению валков после разборки, в процессе термической обработки или механической обработки (рис.2). Термическую обработку при исправлении валков применяют во всех случаях, когда необходимо изменить твердость валка, а также для снятия внутренних напряжений и в отдельных случаях - для изменения структуры металла.

следы дендритов. Могут возникать как продольные, так и поперечные трещины.

Продольные горячие трещины возникают чаще всего на бочках валков, отдельные части которых затвердевают в различных условиях кристаллизации. Кристаллизация рабочего слоя валка начинается практически с начала заливки. Для образования трещины достаточно лёгкого сотрясения, чтобы застывшая чугунная оболочка в процессе заливки или непосредственно после неё дала трещину, иногда во всю длину бочки валка (рис. 3).

Рис.2. Разрушение валка после разборки в связи с высокой твёрдостью

Проведенный анализ показал, что до 18 % всех бракованных отливок были забракованы по дефектам «Трещины горячие». Горячие трещины образуются вследствие неравномерного затвердевания валка, а также при повышенном содержании серы в чугуне образуются горячие трещины с окисленной поверхностью бурого или черного цвета. Часто разрывы проходят по границам зерен и можно увидеть

Рис.3. Продольные горячие трещины на валке

Горячие трещины могут вызвать:

- повышенное содержание в чугуне элементов, увеличивающих доперлитную усадку;

- повышенное содержание в чугуне марганца, фосфора;

- царапины и трещины на внутренней поверхности кокиля, неравномерная покраска внутренней поверхности кокиля противопригарным покрытием;

- неровный край заделки со стороны галтели, несоблюдение литейных радиусов галтели;

- образование заливов в местах разъёма формы

54

Теория и технология металлургического производства

приводит к надрыву тонкого залива из-за напряжений, возникших вследствие его неравномерного охлаждения с остальной частью отливки;

- недолив формы валка основным металлом;

- плохое крепление стояка, впоследствии его вибрация при заливке, передающаяся на форму валка, и, как следствие, надрыв тонкой «корки» металла во время кристаллизации.

Для устранения дефекта «горячая трещина» следует обратить внимание на:

- применение компонентов шихты, способствующих уменьшению усадки и повышению прочности металла при высоких температурах;

- своевременный ремонт кокилей;

- устранение сетки разгара, царапин посредством переточки кокилей;

- зачистка внутренней поверхности кокилей от ржавчины перед покраской;

- качественная покраска внутренней поверхности кокиля;

- своевременное питание валков через прибыль;

- соблюдение литейных уклонов и качественная формовка заделки;

- не допускать образование заливов между элементами формы;

- качественное крепление стояка к стенкам кессона и к форме с помощью распорок.

Продольные горячие трещины с края бочки валков (рис.4) образуются из-за наличия заливов на торце бочки, а также из-за чрезмерно утолщенного слоя нанесенной краски на поверхность кокиля. Такой слой краски в момент заливки выделяет большое количество газов. Эти газы при заполнении формы жидким металлом вырываются в виде «хлопков» и увлекают за собой краску с отдельных участков кокиля. На границе обнаженных участков кокиля создается неравномерный теплоотвод, в результате чего в этом месте возникают трещины.

Для исключения такого вида дефекта необходимо следить, чтобы при формовке и сборке тщательно отделывался стык опоки нижней шейки, не допускать увеличения толщины слоя краски; следить за качеством кокиля, не допускать его повреждения.

Рис. 4. Продольная горячая трещина с края бочки валка

13 % бракованных отливок вышли из строя из-за наличия в них раковин и засоров, которые, как правило, обнаруживаются при механической обработке (рис. 5, 6), причем раковины могут быть как на поверхности бочки, на торце, так и на шейке. Раковины могут быть газовые и шлаковые. Причин возникновения раковин и засоров очень много. Все их можно разделить на несколько групп: некачественный металл, влажная формовочная смесь, некачественная оснастка, нарушение технологии заливки (низкая температура металла, заливка прерывающееся струей, неправильная конструкция литниковой системы и др.).

Рис.5. Газовые раковины на торце бочки валка

Рис. 6. Песчаная раковина на торце валка

В зависимости от количества, размера и местонахождения песчаные раковины могут быть исправимым или неисправимым дефектом. Исправить дефект можно, если раковины находятся на поверхности валка и глубина их залегания не превышает припуск на механическую обработку, их можно заварить, если заварка не ухудшит качество валка.

Таким образом, проведенный анализ позволил установить основные браковочные показатели при производстве литых чугунных валков и определить причины их возникновения.

Список литературы

1. Великжанина О.Н., Долгополов А.М., Долгополова Л.Б. Анализ брака отливок // Литейные процессы: межрегион. сб. науч. тр./ под ред. В.М.Колокольцева. Магнитогорск. Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2011. Вып.10.

2. Производство и эксплуатация сортопрокатных валков / ИХ. Тухватулин, А.А. Гулаков, В.И. Юрков, Л.Б. Дол-гополова // Литейные процессы: межрегион. сб. науч.

Раздел 5

тр./ под ред. В.М.Колокольцева. Магнитогорск. ГОУ ВПО «МГТУ», 2008. Вып.7. С.65-69.

3. Управление структурой валкового чугуна с использованием нейронных сетей / Р.Х. Гималетдинов, И.Х. Тух-ватулин, Л.Б. Долгополова, Ю.П. Ланкин // Литейные процессы: межрегион. сб. науч. тр./ под ред.

B.М.Колокольцева. Магнитогорск: МГТУ, 2005. Вып.5.

C.148-151.

4. Применение искусственных нейронных сетей для обработки и оптимизации технологических параметров изготовления чугунных прокатных валков / И.Х. Тухвату-лин, Л.Б. Долгополова, В.Г. Баталов, А.Л. Хилова //

Литейные процессы: межрегион. сб. науч. тр./ под ред.

B.М.Колокольцева. Магнитогорск: МГТУ, 2004. Вып.4.

C.172-174.

5. Математическое моделирование процессов плавления и кристаллизации чугуна в кокиле при формировании двухслойных валков для прокатных станов / В.А. Ме-щерин, С.И. Кадченко, А.И. Кадченко, В.М. Колокольцев, Л.Б. Долгополова // Литейные процессы: межрегион. сб. науч. тр./ под ред. В.М.Колокольцева. Магнитогорск: МГТУ, 2002. Вып.2. С.208-216.

Сведения об авторах

Долгополова Любовь Борисовна - канд. техн. наук, доц. института металлургии, машиностроения и материалообработки ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: 8(3519) 29-84-30.

Скурихин Александр Владимирович - старший мастер плавильного участка отливки крупносортных и среднесорт-ных валков и оснастки ЗАО «Кушвинский завод прокатных валков», вальцелитейный цех.

Шаповалов Алексей Николаевич - канд. техн. наук, доц. Новотроицкого филиала НИТУ «МИСиС». E-mail: [email protected].

♦ ♦ ♦

УДК 621.74.045

Миляев А.Ф., Никитин Ю.П., Кадников С.В., Тимофеев В.А., Матвеев А.Н.

ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ВАГРАНОЧНОГО ЧУГУНА НА СТОЙКОСТЬ ИЗЛОЖНИЦ

Аннотация. Стойкость изложниц слабо положительно зависит от содержания углерода, отрицательно от содержания хрома и фосфора. Практически не влияют на стойкость изменения содержания кремния, марганца и серы. Не отмечено влияние изменения углеродного эквивалента и эвтектичности на стойкость изложниц. Химический состав чугуна, выплавленного в вагранке, лишь на 13,5% определяет стойкость изложниц.

Ключевые слова: ваграночный чугун, химический состав, стойкость изложниц.

Повышение стойкости сменного оборудования положительно сказывается на эффективности производства. На металлургическом заводе «Красный Октябрь» такой проблемой является стойкость изложниц.

Изложницы изготавливают в собственном литейном цехе из ваграночного чугуна. По результатам работы литейного цеха за декабрь 2012 по май 2013 года была собрана статистика по технологии производства и стойкости изложниц.

На заводе используются изложницы трех типов -6,36, 6,12 и 5,62 т. Последние два типа изложниц производятся в незначительном количестве - 3,4 и 11% соответственно.

Стойкость изложниц показывает, что наиболее конструктивно отработанной является изложница 6,36 как имеющая существенно большую стойкость - 50 наливов по сравнению с изложницами 6,12 и 5,62 т, которые имеют примерно одинаковую стойкость -чуть более 42 наливов. Изложницы 6,36 т используют для разливки стали как в ЭСПЦ 1, так и в ЭСПЦ 2. В процессе эксплуатации некоторые изложницы подвергаются ремонту, что увеличивает их стойкость.

В таблицах «Excel» был проанализирован массив отлитых изложниц по месяцам начиная с декабря 2012 года по май 2013 года, эксплуатируемых в ЭСПЦ-2.

Сводные данные по стойкости и химическому составу чугуна изложниц и температуре заливки представлены в табл. 1.

Таблица 1

Параметры изложниц, отлитых по месяцам и эксплуатируемых в ЭСПЦ-2

Месяц Число изложниц Стойкость, нал.

Общее Ремонт без ремонта с ремонтом средняя

Декабрь 13 4 43,33 7,5 45,8

Январь 70 10 47,46 7,8 49,08

Феврал 71 14 49,11 11 52,2

Март 51 9 46,98 6,22 47,96

Апрель 26 9 46,72 4,9 48,3

Май 9 3 41,33 3,67 42,55

Итого 240 49 47,37 7,27 48,99

56

Теория и технология металлургического производства