Способ производства вальца

 

Использование: в электрометаллургии для снижения трудоемкости и энергоемкости производства чугунных вальцов для мукомольной промышленности. Сущность изобретения: способ включает получение корпуса вальца и его последующую токарную обработку и шлифование. Новым является то, что корпус вальца получают методом электрошлакового переплава в уширенный кристаллизатор с вытяжкой слитка расходуемого электрода, в качестве которого используют отработанный валец. Одновременно в кристаллизатор присаживают мелкофракционные отходы токарной обработки и шлифования вальцов. Вместе с отходами добавляют дробленную лигатуру, содержащую никель, кобальт, алюминий и кремний. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для производства чугунных вальцов методом ЭШП, используемых в мукомольной промышленности.

Известны способы производства чугунных вальцов, включающие заливку металла в специально приготовленную форму [1] Указанный способ не позволяет получать поверхностный (рабочий) слой вальца требуемой твердости из-за низкой скорости охлаждения чугуна в форме.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления корпуса вальца из чугуна, при котором используется метод центробежного литья [2] Недостатками этого способа является сложность оборудования для его осуществления, необходимость одновременного расплавления большой массы металла для отливки, что экологически нецелесообразно, а также большие затраты материально-технических средств (трудоемкость и энергоемкость процесса). Кроме того, отбеленный (рабочий) слой, образующийся при кристаллизации чугуна методом центробежного литья, имеет недостаточную протяженность и после 1-3 перешлифовок вальцы отправляются в качестве металлолома в переплавку. Выход годного при плавке чугуна и изготовления отливок вальцов не превышает 50-60% Настоящее изобретение направлено на снижение трудоемкости и энергоемкости производства вальцов, повышение выхода годного до 80-90% снижение экологической опасности и повышение качества продукции.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Отработанный валец, который ранее после 1-3 переточек отправлялся в металлолом, а стружка выбрасывалась в отходы, по данному изобретению подвергается ЭШП, при этом корпус вальца используется в качестве расходуемого электрода, в кристаллизатор для компенсации потерь металла от переточек присаживают отходы предыдущей токарной обработки и шлифования, а вместе с отходами при первичном переплаве добавляют дробленную лигатуру в количестве 1-10% от общей массы вальца, фракцией 0,1-3 мм, содержащую Ni и Cr из расчета получения в металле 0,7-1,2% Ni и 0,2-0,4% Cr, в состав лигатуры входят также Al и Si в количестве 5-20% Снижение трудоемкости изготовления вальцов по данному способу по сравнению с прототипом достигается за счет следующих факторов: 1. При ЭШП нет необходимости в формовочном отделении и в соответствующих операциях; 2. за счет лучшей поверхности заготовки максимально приближенной по размерам к готовому изделию снижаются затраты на обработку поверхности заготовки.

Снижение энергоемкости процесса вытекает из следующего: основной расход электроэнергии при производстве вальцов связи с необходимостью плавления чугуна. В случае отливки по способу-прототипу из-за низкого выхода годного (литники, скрапины, угар) необходимо расплавить в 1,4-1,5 раза больше массы металла, чем имеет сам валец.

По данному способу из-за отсутствия литников и угара металла требуется расплавить значительно меньшую массу чугуна для получения аналогичной по массе заготовки вальца. Кроме того, при обычной отливке вальца затвердевает одновременно весь объем, чугуна залитого в форму. Это приводит к появлению в металле внутренних напряжений, для снятия которых необходимо проведение длительной высокотемпературной обработки при 800-900^oC. Это требует затрат электроэнергии.

По данному способу в кристаллизаторе последовательно затвердевают небольшие объемы металла, что обеспечивает меньшую напряженность заготовки и устраняет необходимость ее длительного отжига.

Повышение выхода годного при ЭШП по сравнению с любыми видами литья известно: при ЭШП необходимо удалять лишь около 5% от верхней и нижней частей заготовки. Потери металла на угар практически отсутствуют. Поверхность слитка не требует дополнительной механической обработки для снятия гофров, плен и других дефектов поверхности. Образующиеся при механической обработке и перешлифовки вальцов отходы полностью утилизируются при последующем ЭШП.

С точки зрения экологии процесс ЭШП благоприятнее другого способа плавления металла, поскольку плавление происходит под слоем шлака в отсутствии высокотемпературных дуг. Образующиеся из жидкого шлака газообразные выделения полностью нейтрализуются в водно-известковом растворе.

Повышение качества продукции достигается за счет условий кристаллизации в охлаждаемом кристаллизаторе и за счет регулируемого вторичного охлаждения поверхности заготовок при выходе из кристаллизатора охлаждающими газами. Регулирование скорости кристаллизации достигается также выбором состава шлака: более тугоплавкий шлак образует более толстый гарнисаж на поверхности слитка, что снижает скорость кристаллизации металла. В проведенных опытных плавках варьированием количества легкоплавких добавок (криолит) в стандартный шлак АНФ-6 достигалось изменение толщины гарнисажа в пределах от 1 мм до 5 мм. Оптимальной оказалось присадка в шлак 1/7 ч. криолита.

Кроме того, исследование износостойкости вальцов в зависимости от степени легированности чугуна показало, что при содержании в чугуне Ni 0,7-1,2% и Cr 0,2-0,4% износостойкость повышается в 2,0-3 раза по сравнению с нелегированном чугуном. В настоящее время легированный чугун для производства вальцов не применяется, поскольку отработанные вальцы теряются в общей массе металлолома и легирующие компоненты безвозвратно теряются. По данному способу достаточно первичного однократного легирования заготовки вальца, поскольку Ni и Cr при последующих переплавах не угарают.

П р и м е р. Для получения заготовки вальца диаметром 260 мм и длиной 1 м, из которой в дальнейшем после операции обточки и шлифовки изготавливали валец, использовали отработанный валец диаметром 240 мм. Переплав проводили на электрошлаковой печи ЭШП-0,25 ВГЛ в уширенный кристаллизатор с вытяжкой слитка по ходу плавки. Уширенная часть кристаллизатора составляла: диаметр 350 мм, высота 200 мм, формирующая часть: диаметр 265 мм, высота 170 мм. Перед плавкой в формирующую часть кристаллизатора вводилась неохлажденная затравка диаметром 260 мм таким образом, чтобы расстояние от верха затравки до уширения составляло 100-120 мм. Зазоры между затравкой и стенками кристаллизатора уплотняли шнуровым асбестом. Переплав осуществляли на смеси флюса АНФ-6 и криолита (соотношение 7:1), общее количество флюса 25 кг. Перед плавкой засыпали в кристаллизатор около 50% всего флюса. При расплавлении первой порции флюса электрический режим поддерживали в пределах: напряжение 50-60В, ток 4-5 кА. После расплавлений первой порции флюса проводили досыпку остальной его части и расплавление. При этом постепенно снижали напряжение до 30-40 В и повышали ток до 6-7 кА. После наплавления 100 мм слитка включали механизм вытяжки слитка из кристаллизатора. Скорость вытяжки слитка соответствовала соотношению площадей сечения электрода (отработанного вальца) и заготовки вальца умноженному на скорость опускания электрода. Одновременно с включением механизма вытяжки слитка включали установленный на верхней площадке над кристаллизатором дозатор для подачи мелкофракционных отходов, образовавшихся при предыдущих обработках вальцов. Скорость подачи отходов в течение всей плавки поддерживали на уровне 1 кг/мин. Электрический режим в основной период плавки: напряжение 32-38 В, ток 5-6 кА, при сопротивление шлаковой ванны 4,6-6,0х10^-3 Ом. После наплавления слитка длиной 1 м произвели вывод усадочной раковины плавным снижением тока.

Исследование сечения полученной заготовки вальца показало, что твердость поверхностных зон заготовки составляет не менее 58 Рс на расстоянии до 25 мм от поверхности. Металлографические исследования показали, что в поверхностной зоне металла достигается практически полный отбел чугуна, степень отбела выше, чем на серийных вальцах лутугинского завода (основной поставщик вальцов) и на вальцах фирмы Бюлер (способ-прототип).

Аналогичный шлаковый и электрический режим поддерживали при переплавках вальцов с легированием их мелкодробленной лигатурой. Лигатура содержала Ni и Cr в соотношении 3:1 из расчета получения в металле 0,7-1,2% Ni и 0,2-0,4% Cr, а также Si и Аl в количестве 5-20% Содержание в лигатуре Al и Si в предложенных пределах обеспечивает: 1. Полное усвоение легирующих компонентов при переплаве.

2. Понижение температуры плавления лигатуры до значений ниже температуры плавления чугуна и уменьшение удельного веса лигатуры. Это обеспечивает полное расплавление частиц лигатуры в шлаковой ванне за время их опускания через слой шлака.

3. Лигатура такого состава легко дробится на мелкие фракции, которые легко дозировать с необходимой точностью.

Подача лигатуры фракцией более 3 мм недопустимо, так как сохраняется опасность попадания в ванну жидкого металла нерасплавившегося кусочка лигатуры, что вызовет химическую и физическую неоднородность вальца.

Подача лигатуры в количестве 1-10% от массы вальца обусловлено следующим: при подаче в количестве меньшем 1% затруднительно обеспечить необходимую степень легирования металла вальца и подача в количестве более 10% нецелесообразна, так как такое количество вводимого материала уже полностью компенсирует потери металла вальца от предыдущих переточек.

Содержание в металле Ni меньше 0,7% ил Cr меньше 0,2% не обеспечивает заметного прироста износостойкости металла. Повышение их содержания 1,2% Ni и 0,4% Cr нецелесообразно, поскольку повышение свойств вальца не компенсирует его удорожания.

Оптимальность предложенных параметров доказана в таблице.

П р и м е р выплавки с присадкой лигатуры.

Химический состав лигатуры: Ni Cr Al Si Fe 40 13 5 5 ост.

Подачу лигатуры осуществляли со скоростью 100 г/мин, т.е. в количестве около 2,5% от массы вальца. Получен легированный чугун, содержащий 0,95% Ni и 0,35% Сr. Трещин или каких-либо других поверхностных дефектов не обнаружено. Металлографическое исследование выявило наличие отбеленной поверхностной зоны протяженностью 25 мм.

Создание в различных регионах вблизи от предприятий-потребителей участков ЭШП вальцов позволяет обеспечить их новыми вальцами, постепенно заменяя отработанные нелегированные вальцы, вальцами, прошедшими электрошлаковый переплав и долегирование. При этом достигается полная утилизация отходов металла при переточках и перешлифовках и отпадает необходимость в дополнительной выплавке чугуна и его легировании.

Таким образом, данный способ обеспечивает производство вальцов без дополнительной выплавки чугуна при максимальной экономии легирующих компонентов и позволяет обеспечить их полное и многократное воспроизводство без снижения качества металла.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВАЛЬЦА, включающий получения корпуса вальца и его последующую токарную обработку и шлифование, отличающийся тем, что корпус вальца получают методом электрошлакового переплава в уширенный кристаллизатор с вытяжкой слитка расходуемого электрода, в качестве которого используют отработанный валец, и одновременно в кристаллизатор присаживают мелкофракционные отходы токарной обработки и шлифования вальцов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при первичном переплаве отработанного вальца в кристаллизатор присаживают дробленую лигатуру фракцией 0,1 3 мм в количестве 1 10% от массы вальца, содержащую Ni и Cr из расчета получения в металле 0,7 1,2% Ni и 0,2 0,4% Cr и содержащую Al и Si в количестве 5 20% от массы лигатуры.

РИСУНКИ

Рисунок 1