Способ литья двухслойных чугунных прокатных валков

Способ относится к области литейного производства, в частности к производству чугунных валков. Центробежное литье осуществляют в формы, содержащие кокиль с покрытием на рабочей поверхности. Заполнение формы осуществляют металлом рабочего слоя, модифицированным ферросилицием и теллуром с временной выдержкой между присадками модификаторов, затем производят выдержку для кристаллизации рабочего слоя и последующее заполнение формы металлом сердцевины. Расход модификаторов выдерживают по соотношению Q_Te=1,68(K_г-1)+(2,087-1,575·δ+0,746·δ²-0,08·δ³), Q_Te:Q_FeSi=0,0015...0,002, где О_Те; Q_FeSi - расход теллура и ферросилиция, г на тонну жидкого металла. К_г - коэффициент графитизации, δ - толщина теплоизолирующего покрытия на рабочей поверхности кокиля, мм, а время от карбидостабилизирующего модифицирования до заливки металла в форму должно составлять 2...5 минут. Модифицирование теллуром в комплексе с ферросилицием повышает качество валков и увеличивает выход годного литья.

 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к производству чугунных прокатных валков.

Известен способ литья чугунных прокатных валков в формы, содержащие кокиль с покрытием на рабочей поверхности с применением присадок теллура для увеличения глубины отбела [1], в котором расход теллура Р составляет

Р=(0,0015...0,03)С·П·М,

где С - требуемая глубина отбеленного слоя, мм;

П - приращение отбеленного рабочего слоя, мм;

М - масса прокатного валка, т.

Однако отсутствие учета толщины покрытия на рабочей поверхности кокиля и склонности чугуна к графитизации делают этот способ непригодным к использованию.

Устранение этого недостатка достигается способом получения чугунных двухслойных прокатных валков [2], в котором расход теллура составляет

Te=F·R_t·K,

где F - коэффициент пропорциональности, г/т·мм; F=1,15...1,35 г/т·мм;

R_t - толщина песчаного покрытия на рабочей поверхности кокиля, мм;

К - коэффициент графитизации,

К=Σr·Э,

где Э - содержание в чугуне элемента, %,

r - коэффициент относительного влияния элемента;

К=С+Si+0,4Ni-0,3Mn-1,2Cr-0,4Mo.

Недостатком этого способа является то, что он действует для химического состава чугуна и толщины песчаного покрытия, изменяемых в узких пределах и обеспечивает получение исключительно чистого отбела, склонного к трещинообразованию, в то время как имеется необходимость в получении высококачественных валков с неярковыраженным отбелом, известным как indefinite chill. Кроме того, отсутствие регламентации временного интервала между карбидостабилизирующим модифицированием и заливкой может привести как к демодифицированию, так и к перемодифицированию, в результате чего велика вероятность получения или значительного количества свободного графита в рабочем слое, или холодных трещин соответственно.

Модифицирование чугуна теллуром оказывает воздействие на процесс кристаллизации чугуна. При литье валков введением теллура в металл добиваются повышения количества карбидной фазы до необходимого уровня. Кроме того, на процесс кристаллизации существенно влияют скорость отвода тепла и склонность чугуна к отбеливаемости. Скорость отвода тепла в форме определяется, в основном, толщиной теплоизоляционного покрытия на рабочей поверхности кокиля. Склонность чугуна к отбеливаемости зависит от химического состава и выражается коэффициентом графитизации. При малой толщине покрытия (от 0,5 до 2 мм) и низком коэффициенте графитизации (К_г=1...2) количество получаемых карбидов практически не отличается от необходимого и модифицирование теллуром является незначительным и практически неизменяемым по всей протяженности данных интервалов. При покрытии от 4 мм изменение толщины теплоизоляции практически перестает влиять на скорость теплоотвода. В то же время чугуны с коэффициентом графитизации свыше 5 единиц не применяются для литья валков с отбеленньм рабочим слоем. Поэтому для технологического процесса с повышенными значениями теплоизоляции и коэффициента графитизации количество теллура остается практически постоянным. Количество вводимого теллура заметно линейно изменяется только для средних значений толщины покрытия и коэффициента графитизации (2...4 мм и 2...3 единиц соответственно). Отсутствие учета переменного (в зависимости от величины) влияния этих факторов снижает эффективность действия прототипа, а в ряде случаев делает его применение невозможньм. Присадки теллура без учета вышеперечисленных факторов являются количественно завышенными и приводят к образованию избытка карбидной фазы в металле рабочего слоя. Это способствует увеличению усадки и образованию холодных трещин на бочках валков, что ведет к получению брака в литье.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение эффективности модифицирования и качества валков.

Поставленная техническая задача достигается за счет того, что при литье двухслойных чугунных прокатных валков в формы, содержащие кокиль с песчаным покрытием на рабочей поверхности, осуществляют заливку в форму металла рабочего слоя, модифицированного ферросилицием и теллуром с временной выдержкой между присадкой модификаторов, составляющей 5...10 минут, выдержку для кристаллизации рабочего слоя, последующее заполнение формы металлом сердцевины, причем расход модификаторов выдерживают по следующим соотношениям:

Q_Те=1,68(К_г-1)+(2,087-1,575·δ+0,746·δ²-0,08·δ³),

Q_Те:Q_FeSi=0,0015...0,002

где О_Те - расход теллура, г на тонну жидкого металла;

Q_FeSi - расход ферросилиция, г на тонну жидкого металла;

К_г - коэффициент графитизации;

δ - толщина теплоизоляционного покрытия на рабочей поверхности кокиля, мм, а время от ввода теллура до заливки металла в форму должно составлять 2...5 мин.

Расход модификаторов по указанным зависимостям позволяет обрабатывать металл рабочего слоя при любых условиях, используемых для литья двухслойных чугунных валков с рабочим слоем из хромоникелевого чугуна, то есть при К_г=1...5 и при песчаном покрытии толщиной H=1...5 мм.

Указанные значения параметров являются существенно важными для получения качественных валков.

Ферросилиций, являющийся графитизатором, растворяясь в чугуне, создает дополнительные центры кристаллизации для графитной фазы, что исключает образование крупных и приводит к образованию мелких и равномерно распределенных графитных включений. Теллур, введенный вслед за ферросилицием через 5...10 мин является поверхностно активным элементом и карбидизатором. Адсорбируясь на поверхности включений графита, теллур останавливает их рост, а также воздействует как стабилизатор карбидной фазы. Установлено, что при расходе теллура меньше расчетного Q_Te, его будет недостаточно для подавления кристаллизации углерода в виде графита при конкретных значениях толщины покрытия на рабочей поверхности кокиля и коэффициента графитизации металла. Если же расход теллура превысит Q_Те, то может наступить перемодифицирование, что ведет к образованию избыточного количества карбидной фазы и получению холодных трещин на бочках прокатных валков.

Превышение ферросилиция относительно расчетного значения Q_FeSi ведет к подавлению эффекта от модифицирования теллуром и появлению графитных включений в рабочем слое валка. Внесение ферросилиция в количестве меньшем Q_FeSi ведет к перемодифицированию теллуром и получению трещин на бочке валка.

Значение временного интервала от ввода теллура до заливки получено эмпирически. При временном интервале менее 2 мин модификатор не успевает усредниться по всему объему металла, что может привести к появлению структурных неоднородностей в вид пятен с повышенным количеством карбидов в структуре. При временном интервале более 5 мин велика вероятность демодифицирования и получения структурносвободного графита в рабочем слое.

Пример осуществления способа. В форму, содержащую кокиль с покрытием толщиной 3 мм на рабочей поверхности, заливали чугун с содержанием элементов С=2,8%; Si=0,8%; Mn=0,6%; Cr=1,3%; Ni=4,0%; Mo=0,3%; К_г=2,19.

Расход теллура составит

Q_Te=1,68(2,19-1)+(2,087-1,575·3)+0,746·3²-0.08·3³=3,915 г/т.

Расход ферросилиция будет в пределах

Q_FeSi=3,915/(0,0015...0,002)=2610...1960 г/т.

Ферросилиций вводился в ковш в дробленом виде и производилась выдержка в течение 5...10 мин. Затем теллур в виде брикетов присаживали на пруте, погружая на дно ковша.

Заливку метала в форму производили через 2...5 мин после модифицирования его теллуром.

Способ литья применяется при центробежном и стационарном литье двухслойных чугунных прокатных валков с рабочим слоем из хромоникелевого чугуна на Лутугинском валковом комбинате.

Источники информации

1. Гольдштейн Л.Б., Балаклеец И.А. и др. Авторское свидетельство СССР №1337191, кл. В 22 D 25/06, 27/20, 1987, Бюл. №4.

2. Будагьянц Н.А., Гольдштейн Л.Б. и др. Авторское свидетельство Российской Федерации №2173234, кл. В 22 D 25/06, 27/20, 2001, Бюл. №25.

Способ литья двухслойных чугунных прокатных валков, включающий заливку в кокиль с песчаным теплоизолирующим покрытием на рабочей поверхности металла рабочего слоя валка, модифицированного теллуром, выдержку для кристаллизации рабочего слоя валка, последующую заливку в кокиль металла сердцевины, отличающийся тем, что в качестве металла рабочего слоя валка используют чугун с коэффициентом графитизации К_г=1÷5, который перед модифицированием теллуром модифицируют ферросилицием с временным интервалом между ними не менее 5÷10 мин, и через 2÷5 мин после модифицирования теллуром чугун заливают в кокиль с толщиной песчаного теплоизолирующего покрытия 1÷5 мм, при этом расход теллура и ферросилиция определяют по следующим зависимостям:

Q_Те=1,68(К_г-1)+(2,087-1,575·δ+0,746·δ²-0,08·δ³)

Q_Te:Q_FeSi=0,0015÷0,002,

где Q_Те - расход теллура, г на тонну чугуна;

Q_FeSi - расход ферросилиция, г на тонну чугуна;

δ - толщина песчаного теплоизолирующего покрытия на рабочей поверхности кокиля.