CC BY
127
ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
УДК 621.74.018.256
Вдовин К.Н., Ячиков И.М., Антонов М.В., Цыбров С.В., Авдиенко А.В.
ТЕХНОЛОГИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАРУЖНЫХ ХОЛОДИЛЬНИКОВ
Метод центробежного литья до последнего времени не был востребован отечественными вальцелитейными заводами для производства прокатных валков ввиду отсутствия теоретических и экспериментальных данных по использованию разнородных по химическому составу металлов для получения массивных композиционных отливок, обладающих необ-ходимыми свойствами.
За последние годы ситуация изменилось. Так, в ЗАО «Механоремонтный комплекс» ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ЗАО «МРК») появились две центробежные машины ддя отливки как листовых, так и сортовых валков. Влияние технологических и температурных параметров литья на качество производимых валков не изучено в полной мере. В связи с этим, брак при освоении производства центробежно-литых сортовых валков в ЗАО «МРК» довольно высок. Основная причина брака связана с некачественным свариванием двух металлов: рабочего слоя и металла, формирующего сердцевину и шейки валка.
Технология центробежного литъя сортовых валков в ЗАО «МРК» заключается в следующем. Литейная форма (рис. 1, а) состоит из полой изложницы 1, двух опок с отформованными шейками 3 и гладкой вставки 4, которая формирует рабочий слой валка. Металл рабочего слоя 2 заливается во вращающуюся вокруг своей
а
1
3 4 3
И 5 2 5 ►!
б
Рис. 1. Схематическое изображение отливки рабочего слоя сортопрокатного валка 450х 900х 230 в литейной форме (а) и размещение в ней тепловых узлов (б):
1 - изложница; 2 - рабочий слой; 3 - формы шеек;
4 - вставка; 5 - места размещения тепловых узлов кристаллизации
оси форму через специальное заливочное устройство. После окончания затвердевания рабочего слоя вращение останавливают, форму извлекают из центробежной машины, устанавливают в кессоне вертикально и свер-ху заливают металл сердцевины. Калибры на бочке нарезают в процессе механической обработки валка.
Если требуемая толщина отливки рабочего слоя превышает 110-120 мм, то часть металла 2, заливаемого в сборную форму, неизбежно попадает на формы шеек валка (см. рис. 1, а). Причем в местах расположения галтелей толщина слоя жидкого металла, соприкасающегося с огнеупорным песчано-глинистым составом (ПГС), максимальна и приближается к толщине металла, контактирующего со стальной вставкой (рис. 1, б).
Вследствие различия тепло физических характеристик стали и ПГС, средняя скорость затвердевания металла, формирующего бочку валка, значительно выше средней скорости затвердевания металла, формирующего галтели. Рассчитанное с помощью про -граммных продуктов [1, 2] распределение температур по сечению рабочего слоя валка 450х900х230 на протяжении процесса затвердевания показано на рис. 2. Видно формирование светлых колец, соответствующих более высокой температуре в районе галтелей валка по сравнению с остальным металлом (рис. 2, в, г). Разница температур составляет 40-50°С. Другими словами, по окончании затвердевания бочки валка, металл, формирующий галтели, еще находится в твердожидком состоянии, и, следовательно, остановить вращение изложницы невозможно (см. рис. 2, в).
1186.7 1173.3 1160.0
1146.7 Ш 1133.3 ■ 1120.0
■ 1106.7
■ 1093.3
В 1080.0
■ 1066.7
■ 1053.3
■ 1040.0
■ 1026.7
■ 1013.3
■ 1000.0
°с
Рис. 2. Распределение температур по сечению
рабочего слоя валка 450х 900х 230:
а - через 5 мин; б - через 20 мин; в - через 40 мин; г - через 45 мин после окончания заливки
30
Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2009. № 1.
Технология центробежного литья прокатных валков...
Вдовин К.Н., Ячиков И.М, Антонов М.В. и др.
После окончания затвердевания металла, формирующего галтели, температура рабочего слоя равна Тс- 80 (±10)° С (Тс - температура со лиду са металла рабочего слоя). После остановки изложницы и перед заливкой металла сердцевины получали значения этой температуры, лежавшие в пределах Тс—110 (±10)°С и Тс-160 (±10)°С соответственно. При такой температуре флюс, защищающий внутреннюю поверхность рабочего слоя от окисления и переохлаждения, становится очень густым и не вытекает из изложницы (максимальная доля вытекшего флюса составляет 20%). Большая его часть остается на внутренней поверхности рабочего слоя. Во время заливки даже сильно перегретого металла сердцевины (>ТЛ +260°С, Тл - температура ликвидуса металла рабочего слоя), полного смыва флюса и подплавления металла рабочего слоя по всей площади контакта слоев не происходит. В результате получали высокий процент брака по некачественному свариванию рабочего слоя и сердцевины.
Для получения необходимой температуры внутрен-ней поверхности рабочего слоя требовалось уравнять средние скорости затвердевания металлов, формирующих галтели и бочку валка. Для достижения этого были возможны два пути. Первый путь предполагал уменьшение скорости затвердевания бочки валка до скорости затвердевания галтелей. Второй путь основывался на увеличении скорости затвердевания металла, формирующего галтели валка до скорости затвердевания бочки. Увеличить время затвердевания металла, формирующего бочку валка, возможно только повысив температуру вставки перед заливкой и применив краску с более низкой теплопро-водностью или намазку в качестве антипригарно -го покрытия вставки. Однако практика производства валков центробежным способом показывает, что нужно стремиться увеличивать среднюю скорость затвердевания, так как при ее уменьшении всегда получается огрубление микроструктуры и увеличение балла включений графита.
Из литературы известны различные способы увеличения скорости отвода тепла от локальных участков отливки при литье в песчано -глинистую форму [3]. Один из них заключается в том, что участки формы рядом с тепловыми узлами кристаллизации металла набивают песчано-глинистым составом, смешанным с чугунными или стальными опилками (дробью) в пропорции примерно 6:4. Теплопроводность такой смеси на порядок выше, чем у обычного состава, поэтому скорость затвердевания металла отливки в местах контакта со смесью ПГС и стальных опилок (дроби) на 20-40% выше, чем в местах контакта с обычной смесью. Апробацию этого способа выполняли в производственных условиях ЗАО «МРК». Стаканы для формовки верхней и нижней шеек валков 450х 900х230 в районе галтелей набивали огнеупорным песчано'-глинистым со -ставом, смешанным со стальными опилками в пропорциях 7:3, 6:4. Остальные части форм набивали обычным огнеупорным составом. Схема формовки шейки валка показана на рис. 3, а.
После покраски, сушки и сборки литейной формы осуществляли выдержку изложницы на центробежной машине при номинальных оборотах в течение 5 мин без заливки металла. После остановки вращения изложницы видели, что формовочный состав со стальными опилками растрескивается, частично осыпается, что недопустимо по технологии. На основании серии неудачных опытов сделали вывод о непригодности данного способа повышения скорости отвода тепла от тепловых узлов кристаллизации для центробежного литья прокатных валков.
Другой способ увеличения скорости затвердевания и дальнейшего охлаждения локальных участков отливки связан с использованием чугунных (стальных, медных) холодильников, помещаемых непосредственно в тело формы (рис. 3, б). Такие холодильники, обладая высокой теплопроводностью, эффективно отводят тепло от граничных с ними участков отливки и передают отведенное тепло относительно холодным областям песчано-глинистой формы, которые непосредственно с отливкой не контактируют.
Проведенные исследования с использованием ком -пьютерного моделирования [2] показали, что для эффективного отвода тепла от тепловых узлов кристаллизации валков c глубиной рабочего слоя 120-140 мм подходят стальные бандажные кольца, изготовленные
Рис. 3. Способы увеличения скорости затвердевания металла: формовка шеек валка огнеупорным составом, смешанным со стальными опилками (а), использование наружных холодильников (б); 1 - огнеупорный формовочный состав;
2 - опока; 3 - модель; 4 - огнеупорный состав, смешанный со стальными опилками; 5 - холодильники
Рис. 4. Бандажные кольца (а) и схема ихустановки при формовке шеек валка 450х 900х 230 (б):
1, 2, 3 - холодильники
Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2009. № 1.
31
ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
1186.7 С 1173.3
1160.0
1146.7
1133.3
1120.0
1106.7
1093.3
1080.0
1066.7
1053.3
1040.0
1026.7
1013.3
1000.0
Рис. 5. Распределение температур по сечению рабочего слоя валка 450х 900х 230
с применением внутренних холодильников: а - через 5 мин; б - через 20 мин; в - через 40 мин; г - через 42 мин после окончания заливки
из стержней сечением 15 мм. Изготовленные кольца показаны на рис. 4, а. Расчетным путем установили, что для лучшего отвода тепла желательно, чтобы расстояние от кольца до отливки было минимальным (10-15 мм). Однако на практике, при установке кольца ближе, чем на 20 мм от отливки, при вращении формы формовочный состав в районе колец раскрошивался, осыпался, что вело к повреждению формы. Расстояние от кольца до отливки пришлось увеличить до 25-30 мм, что привело к прекращению осыпания состава.
Формы набивали при помощи пневмоотрамбовки. Разработанная схема установки колец при формовке шеек валка 450х900х230 показана на рис. 4, б. Первое кольцо устанавливали на расстоянии 40-50 мм от
нижнего края формы. Второе - на расстоянии 50 мм от первого, третье - на расстоянии 50 мм от второго. Расстояние от каждого кольца до модели - 25-30 мм.
Тепловой расчет отливки рабочего слоя валка 450x900x230 с применением наружных холодильни-ков показан на рис. 5. Видно, что холодильники понижают температуру металла в тепловых узлах кри-сталлизации. Затвердевание расплава в районе галте-лей оканчивается примерно в одно и то же время, что и металла, формирующего бочку валка. Разница между температурой металла на внутренней поверхности рабочего слоя в районе галтелей и на бочке минимальна и составляет 5-15°С.
В результате внедрения новой технологии время полного затвердевания рабочего слоя уменьшилось на 2-3 мин по сравнению с исходной технологией литья. Это позволило останавливать вращение формы раньше и, таким образом, получать более высокую температуру контактной поверхности отливки. При литье валков по предложенной нами технологии получали значения этой температуры, лежащие в пределах Гс-40.. .Гс-60°С (после остановки изложницы) и Гс-80...Гс-100°С (перед заливкой металла сердцевины). Внутренняя поверхность рабочего слоя валков, отлитых по новой технологии, монохромна; ярко выраженных светлых колец (характерных для старой технологии) в районе галтелей нет.
Использование технологии литья валков с приме -нением наружных холодильников в ЗАО «МРК» по -зволило на треть снизить брак по некачественному свариванию слоев при производстве сортовых валков с глубиной рабочего слоя 120-140 мм.
Список литературы
1. Центробежное литье прокатных валков. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 11814 / И.М. Ячи-ков, К.Н. Вдовин, М.В. Антонов. М.: ФГНУ «Государственный координационный центр информационных технологий», 2008. № 50200802315.
2. Система компьютерного моделирования литейных процессов «МКМ LVMFlow» // www.lvm.mkmsoft.ru.
3. Будагъянц Н. А., Каррский В. Е. Литые прокатные валки. М.: Металлургия, 1983. 175 с.
List of literature
1. Spun casting of the forming rolls. Certificate of the branch registration № 11814 / I.M.Yachikov, K.N. Vdovin, M.V. Antonov. M.: FSSU “State coordination centre of information technologies”, 2008. № 50200802315.
2. Computer modeling system of foundry processes “MKM LVMFlow” // www.lvm.mkmsoft.ru.
3. Budagyants N.A., Karrsky V.E. Cast forming rolls. M.: Metallurgy, 1983. 175 p.
УДК 658.56
Вдовин K.H., Давыдов A.B.
КАЧЕСТВО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ПРИНЦИПОВ СТАНДАРТОВ СЕРИИ ISO 9000
Основными деталями любого стана холодной прокатки являются рабочие валки. Эффективность их работы во многом определяется не только качеством их изготовления, но и качеством эксплуатации. В ремонтно-механическом цехе (РМЦ) Магнитогорского метизно-калибровочного завода «ММК-МЕТИЗ»,
производятся валки ддя стана 400 цеха ленты холодного проката (ЦЛХП).
Наиболее характерным для зарубежных систем менеджмента качества является смещение контроля качества продукции с конечного этапа жизненного цикла. Основная цель - не фиксация дефектов и брака
32
Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2009. № 1.
