СПОСОБ ОТЛИВКИ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ Российский патент 1997 года по МПК B22D25/06 B22D27/20 B22D19/16 

Изобретение относится к области заготовительного производства, преимущественно для отливки прокатных валков из высокопрочных марок чугунов с шаровидной формой графита.

Прокатные валки по своей форме представляют из себя простейшую конструкцию, но работают они на прокатных станах в тяжелейших условиях, вызванных результатами переменных нагрузок, истирания и температурных колебаний.

По указанным причинам металл валков должен обладать достаточной прочностью, пластичностью, термической стойкостью и сопротивлением против износа при низких остаточных напряжениях после литья. Он должен содержать в своем составе минимальное количество газов, особенно таких, как азот, водород и кислород, способствующих росту чугуна при работе в горячей среде.

Чтобы выдержать для нормальной эксплуатации все эти условия, необходимо на поверхности бочки иметь отбеленный слой глубиной 25-32 мм при мягкой его сердцевине и шеек.

Эти и ряд других требований до сих пор по-настоящему комплексно остаются недорешенными, несмотря на целый ряд действующих разработок. Среди них и такие, как получение валков в двухслойном и трехслойном исполнениях, изготовление их с применением дорогостоящих легирующих элементов в виде никеля, хрома, молибдена, ниобия, попытки внедрения центробежного литья.

Несмотря на это, качество производимых валков остается совершенно неудовлетворительным на всех заводах, занимающихся указанным производством.

Основными литейными пороками валков являются: горячие и холодные трещины, раковины и завороты в рабочем слое валков, усадочные раковины и рыхлоты в шейках и трефах, загрязненность валков неметаллическими включениями и засоры. Потери вальцелитейных заводов из-за брака, вызванного перечисленными пороками, нередко достигает значительных размеров. И происходит это, в основном, из-за недоработок технологии формы и методов ее заливки, нарушающих известные принципы и установки, существующие в литейном производстве.

Известен способ отливки прокатных валков, включающий заливку расплава серого чугуна в литейную форму, состоящую из заформованных опок под верхнюю и нижнюю шейки и кокиля под бочку и обработку заливаемого расплава чистым магнием и 75%-ным дробленым ферросилицием для формирования шаровидного графита в областях шеек и средней части валка [1]
Настоящей заявкой на изобретение предлагается более совершенный метод отливки прокатных валков, отличающийся обработкой жидкого чугуна магнием и ферросилицием при помощи специальной стальной трубы, подвешенной к днищу литниковой чаши.

Как видно из прилагаемого чертежа, подготовленная для заливки форма представляет из себя комбинацию, состоящую из шести основных элементов опоки 1, служащей для формирования нижней шейки валка, трубы 2 для магния и ферросилиция, кокиля 3 для бочки, опоки 4 для верхней шейки, литниковой чаши 5 и летки 6.

Сущность изготовления отливки валка по предложенной технологии заключается в следующем: низкокремнистый чугун, расплавленный в соответствующих плавильных агрегатах, при помощи раздаточного ковша поступает непосредственно в литниковую чашу собранной формы.

Из нее, через питатели в виде отдельных струй металл поступает в форму и по мере ее заполнения стальная труба, наполненная кусками магния и раздробленным 75% -ным ферросилицием постепенно погружается в жидкий металл. Содержимое трубки с удельным весом в 2-4 раза легче веса жидкого чугуна, освобождается только в результате постепенного расплавления конца трубы и выброса его образующимися парами магния.

Исходя из условий работы валков, требующих высокой твердости на поверхности бочки при хороших показателях пластических свойств сердцевины и шеек, заливаемый серый чугун с пластинчатой формой графита должен иметь в своем составе кремния 0,4-0,6% при углероде 3,2-3,5% марганца 0,3-0,7% фосфора 0,35-0,5% и минимальном количестве серы.

Указанный состав будет формировать отбеленный слой на поверхности бочки, а при выходе из трубы паров магния и феppосилиция количество кремния в чугуне должно подняться до 1,5-2% при остаточном содержания магния 0,05-0,07%
Указанная технология заливки и принятый метод ввода магния и ферросилиция предотвращает образования графита в отбеленном слое и именно на таких валках, после проведения термической обработки для снятия внутренних напряжений, усилия при работе распределяются так, что отбеленный слой с низким содержанием кремния, т. е. наиболее слабая часть валка, предохраняется от преждевременных поломок прочной частью валка его сердцевиной с хорошими пластическими свойствами.

Все вышеуказанные положения, включающие принципы обработки жидкого чугуна парами магния и ферросилицием, поступающими из специальной стальной трубы в процессе заливки, являются главными отличительными признаками от традиционных технологий получения валков.

Предлагаемая технология отличается своей простотой, безопасностью ввода магния в чугун, резким снижением брака и затрат на производство, является гарантией получения устойчивых результатов по обеспечению на рабочей части валка требуемой твердости при мягкой сердцевине с шаровидной формой графита и хорошими пластическими свойствами на шейках с прочностью не менее 40 кг/мм².

Прокатные валки при эксплуатации на станах находятся в тяжелейших условиях, вызванных результатами переменных нагрузок, истирания и температурных колебаний. Поэтому металл валков должен обладать достаточной прочностью, пластичностью, термической стойкостью и сопротивлением против износа при низких остаточных напряжениях после литья. Указанные требования, к сожалению, остаются комплексно недорешенными. Из-за наличия большого количества пороков в виде горячих и холодных трещин, раковин и заворотов в рабочем слое валков, усадочных раковин и рыхлот в шейках и на трефах, загрязненности неметаллическими включениями и засоров, вальцеделательные заводы и металлургические комбинаты терпят огромные убытки. И происходит это в основном из-за недоработок технологии формы и методов ее заливки, нарушающих известные принципы и установки, существующие в литейном производстве. Настоящим изобретением предлагается заменить ныне существующие технологии производства валков с подводом металла снизу (сифоном) на технологию заливки форм сверху. При этом для формирования отбеленного износостойкого рабочего слоя на поверхности бочки форма заливается серым чугуном с пониженным кремнием 0,4-0,6%, а пластические свойства в областях шеек и средней части валка обеспечиваются за счет шаровидного графита и увеличения содержания кремния до 1,5-2,0% при сере 0,02% и остаточного магния 0,05-0,07%, получаемые в процессе обработки заливаемого металла чистым магнием и ферросилицием, размещенными в полости трубы, подвешенной к днищу литниковой чаши. Предлагаемая технология отличается своей простотой, безопасностью ввода магния в чугун, резким снижением брака и затрат на производство. 1 ил.

Способ отливки прокатных валков, включающий заливку расплава серого чугуна в литейную форму, состоящую из заформованных опок под верхнюю и нижнюю шейки и кокиля под бочку и обработку заливаемого расплава чистым магнием и 75% -ным дробленым ферросилицием для формирования шаровидного графита в областях шеек и средней части валка, отличающийся тем, что заливку серого чугуна ведут сверху через литниковую чашу с питателями при содержании кремния 0,4 0,6% углерода 3,2 3,5% марганца 0,3 0,7% фосфора 0,35 0,5, а обработку заливаемого расплава чистым магнием и 75%-ным дробленым ферросилицием ведут до получения шаровидной формы графита с содержанием кремния до 1,5 2,0% серы до 0,02% и остаточного магния до 0,05 0,07% в областях шеек и средней части валка с использованием трубы, заполненной этими реагентами и закрепленной к днищу литниковой чаши.