CC BY
44
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2000 р. Вип.№10
УДК 621.746.395.2:532.72
Сафаров Р.Ш.,1 Большаков JI.A.,2 Скребцов A.M.3
ПОВЫШЕНИЕ СРОКА СЛУЖБЫ ИЗЛОЖНИЦ И ПОДДОНОВ ДЛЯ РАЗЛИВКИ СТАЛИ
По напряженному состоянию чугуна разработаны конструкции равностенных изложниц. На основе аргиллита создана смазка для внутренней поверхности изложницы. Местное легирование и армирование сталеразливочных поддонов кусковым феррохромом позволило на 15+20 % повысить их стойкость.
В последнее время в Украине и в других странах постоянно растет количество стали, разливаемой на машинах непрерывного литья заготовок. Однако в машиностроении отдельные крупные детали могут быть изготовлены только из слитков. Кроме того, в ряде случаев, для повышения качества проката, его желательно также получать из слитков, а не из заготовок непрерывной разливки стали.
Сменные литые детали для разливки стали (изложницы, поддоны, прибыльные надставки и др.) существенно влияют на ее себестоимость. Кафедра литейного производства ПГТУ совместно с работниками ряда металлургических предприятий в течение длительного времени работает над совершенствованием конструкций и повышением стойкости этих деталей [1,2, 3].
Среди деталей для разливки металла в слитки важное место занимают изложницы. Средний их расход на тонну стали составляет 21 кг, его колебания велики и изменяются в пределах от 12 до 30 кг. Повышение стойкости изложниц, в первую очередь, связано с их конструкцией.
Конструкция изложниц влияет на их напряженное состояние в процессе эксплуатации, на возникновение и развитие трещин и их стойкость. Как известно, напряжения в металле' можно определить различными методами [1]: стачивания слоев пробы, вырезания из нее столбиков, рентгенографии, применения ультразвука и др. Нами в своей работе использован магнитный метод измерения напряжений с помощью магнитоупругого преобразователя. Магнитоупругий эффект - это физическое явление, заключающееся в изменении магнитных свойств ферромагнитных материалов под действием приложенных сил. При этом вдоль растянутых слоев чугуна цли стали улучшается магнитная проницаемость, сужается петля гистерезиса и уменьшается коэрцитивная сила.
Для измерений напряжений в цеховых условиях создан прибор, который имеет следующие достоинства: он портативен, удобен для транспортировки, имеет высокую чувствительность датчика при работе на литой необработанной поверхности. Датчик сконструирован по схеме магнитного моста. Он содержит сердечник электромагнита, его обмотку возбуждения, индикаторную катушку. При площади рабочей поверхности сердечника 100 мм2 погрешности измерений, вызываемые шероховатостью литой поверхности сглаживаются.
Исследование напряжений проводили на изложницах различных типов. Это были изложницы: трубные круглые N12 массой 3,075 т; рельсовые прямоугольные Р-12 (8,8 т); прямоугольные С-3 (9,6 т) и К-2 (8,5 т); листовые ЛП-8-11 (10,22 т); повышенной массы УВК-IV (21,43 т) и С-276 (22,128 т). На этих изложницах после их отливки и механической обработки торцов исследовали напряженное состояние на их наружной поверхности. Цель' исследования -установить, как распределены остаточные литейные напряжения по поверхности изложницы и
1 ПГТУ, канд. техн. наук, доцент
2 ПГТУ, канд. техн. наук, доцент
3 ПГТУ, д-р техн. наук, профессор
<т = +5ШПа
+38
как изменить технологию ее обработки и конструкцию для их уменьшения. На рисунке, в качестве примера, приведено напряженное состояние глуходонной изложницы Р-12. ' .
Общим в распределении остаточных напряжений в изложницах прямоугольного сечения (Р-12 и С-3) является наличие зон растяжения металла на их углах и торцах. Максимальные сжимающие напряжения (30-40 МПа) наблюдали в средней части по высоте грани изложницы. На грани без приливов для транспортировки зона сжимающих напряжений распространяется от ее центра практически до верхних и нижних торцов. По линии сопряжения граней (по углам изложницы) обнаружили максимальные растягивающие напряжения (40-50 МПа). Приливы увеличивают зону растягивающих напряжений.
Интересное сравнение напряжений в излож-
Рис. - Напряженное состояние глуходонной ницах магнитоупругим методом и рентгенографии изложницы Р-12; значения растягивающих и
ческим провели авторы работы [1]. Было установ- сжимающих напряжений показаны соответст-
лено, что для изложницы массой 5 т по данным венно положительными и отрицательными
рентгенографии они изменяются в пределах 20*100 числами
МПа, т.е. совпадают или даже превышают полученные нами значения. Вероятно, расхождение можно объяснить спецификой различных методов измерения напряжений: рентгенографически они определяются в слое несколько микрометров, а методом магнитной анизотропии - в слое глубиной 4-5 мм. '
Чаще всего изложницы выводятся из эксплуатации из-за образования продольных трещин. Мы обнаружили, что трещины возникают тем чаще, чем больше по абсолютной величине максимальные растягивающие напряжения сгр9СГЛ1ах и чем больше неравномерность в ней напряжений, т.е. отношение сграсттях / Ссж^к. Коэффициент поражаемости трещинами Кил вычислили следующим образом:
Кпд. О'рвстлвх ' (Ораст.тах ! ®сжтах) (У растлю* ! ®еж.п»х
О)
Для определения К„.Т. по опытным данным на эпюре напряжений изложницы выбирали две вертикальные линии: соответственно с максимальными растягивающими Стригли« и сжимающими егса-тш напряжениями. Для изложниц с сечением, близким к квадрату (Р-12, С-3, К-12), линия Стропи* располагалась в углу на стыке граней; для листовых изложниц (ЛП-8-11, УВК-1У, С-276) такая линия была на середине узкой грани, а линия асжти проходила по широким граням, для остальных же изложниц - по одной из граней. В трубных изложницах напряжения в горизонтальном сечении одинаковы, поэтому определять КцТ не имеет смысла.
В нашем исследовании была сделана погщтка установить зависимость Кпт от отношения длин широкой и узкой граней А/В, а также от стойкости, выражаемой числом п заполнения изложниц сталью до выхода из эксплуатации. Средние значения определили по заводским данным за период не менее одного года работы. Результаты обобщения опытных данных представлены в таблице.
Таблица - Взаимозависимость величин коэффициента поражаемости изложниц трещинами Кпт. отношения длин широкой и узкой граней А/В и стойкости в наливах сталью п _
Тип изложницы Масса изложницы, т Показатели
Кп т , МПа А/В п, наливов
К-2 8,5 68,5 1,10 -
С-3 9,6 51,5 1,12 74,5
Р-12 8,8 83,5 1,15 42,0
УВК-1У 21,43 57,2 , 1,50 42.5
С-276 22,128 196,0 1,-70 -
ЛП-8-11 10,22 13? 2,50 19,3
Из приведенных данных видно, что коэффициент поражаемости трещинами Кпт увеличивается более чем в два раза при изменении отношения А/В от 1,1 до 2,5. Соответственно, увеличение Кпт приводит к уменьшению стойкости изложниц л.
Таким образом, получены количественные данные, позволяющие определять связь напряженного состояния изложниц с их конструкцией и стойкостью.
При корректиройании параметров конструкций изложниц мы воспользовались известным положением: в связанной системе двух брусков напряжения обратно пропорциональны площадям их сечений. Растягивающие напряжения - главная причина возникновения трещин в стенках изложниц. Поэтому при изменении ее конструкции мы увеличивали толщину стенок с максимальными растягивающими и уменьшали толщину стенок со сжимающими напряжениями. Изменение конструкций привело авторов к созданию облегченных равностенных изложниц, что позволило уменьшить Кпт и увеличить их стойкость [1].
Детали сталеразливочного оборудования в процессе эксплуатации при контакте с жидкой сталью подвергаются периодическим нагревам с последующим охлаждением (термоциклирова-ние). Такие термоциклы приводят к необратимым изменениям в структуре металла* особенно его поверхностных слоев, а также к возникновению сетки разгара металла. Сетка разгара на внутренней поверхности изложниц является, после трещин, одной из главных причин, прекращения их эксплуатации. Для ослабления этого явления в производственных условиях применяют различные смазки внутренней поверхности изложниц.
Стойкость изложниц по разгару чугуна зависит от вида смазки, которая обновляется перед каждым наполнением сталью. В условиях металлургического комбината им. Ильича исследовали несколько смазок [2]. Все они содержали углеродистый наполнитель - до 25 % объемных, органическое связующее (лигносульфонат) - до 15 % об., остальное - вода. Кроме этого применяли добавки различных веществ: В20з, ВаО, Ка^ВД)?, Са81Р„ КА1(8 04)3, А12(804)3 идр.
Для количественного описания влияния компонентов смазок на устойчивость чугуна использовали данные Н.Г.Гиршовича по зависимости графитизирующей способности элементов (Г.С.) от положения их в периодической таблице элементов. Условно приняли, что максимальное значение Г.С- по шкале равно 10. а минимальное - 0 (каобидообоазующие элементы). В соответствии с этой шкалой элементы, входящие в состав смазок, имели следующую Г.С.:
[элеж^Т'яТТТ'аТ Iл!)..........в..........
Для опытных смазок вычислили их Г.С. При этом Г.С. кислорода не учитывалась. Г.С. соединений находили как средневзвешенное значение Г.С. всех грамм-атомов в молекуле,
Для всех опытных смазок вычислили их значения Г.С. В производственных условиях провели опыты с различными смазками с целью определения их способности создавать разга-роустойчивость проб чугуна при контакте с жидким расплавом. Результаты опытов показали, нием Г.С. » 5+6. разгароустойчивость показывают пробы чугуна, покрытые смазками со значе-
Результаты проведенного щхледстання показывают, что для повышения разгароустойчи-вости изложниц к летучим смазкам целесообразно добавлять различные наполнители. Этот вывода был использован при создании летучеизоляционной смазки на основе аргиллита (а.с 1482749). Эта смазка прошла промышленное опробование и внедрена в практику. Стойкость изложниц повысилась на 10-5-12 иаливов сталью.
Сталеразливочные поддоны являются одним из видов быстроизнашивающихся деталей металлургического оборудования. В проведенной работе [3] изучали эксплуатацию и технологию отливки 9-т одноместных поддонов, под сквозные изложницы при разливке стали сверху.
В цеховых условиях, при наполнении изложниц сталью, в центре поддона образуется конусообразная раковина разгара. Моделирование образования раковины выполнили на парафиновых отливках размером 100x50x50 мм по двум вариантам: а) без каких-либо добавок и б) с вплавлением в парафин кусочков пробки диаметром 0,1-5-2,5 мм. Горячая вода падала на парафин с высоты 12,0*120,0 см. Моделирование показало, что наличие тугоплавких вставок в парафине замедляет образование углубления от падающей воды ~ в 2 раза.
При проведении промышленных исследований отлили партию опытных поддонов, в которых для местного легирования области кюмпеля поддона й создания армирующей вставки использовали феррохром марки ФХ-100, в количестве около 30 кг в кусках массой 5 кг. Такая добавка феррохрома уменьшала скорость износа поддона за счет удара о него струи стали. Стойкость поддонов повысилась на ~ 15-5-20 %.
' Выводы
1. Разработана методика и проведены обширные исследования по изучению напряженного состояния изложниц для разливки стали. На основании этих данных созданы конструкции облегченных изложниц. Внедрение их в практику разливки стали дало значительный экономический эффект. ,
2. Разработана смазка для внутренней поверхности изложниц на основе аргиллита, использование которой уменьшает образование сетки разгара металла на 15-S-20 %.
3. Разработанная технология легирования и местного армирования поддона в области кюмпеля кусковым феррохромом марки ФХ-100 позволила затормозить скорость образования раковины разгара и повысить стойкость поддонов на ~ 15т20 %.
Перечень ссылок
1. Скребцое AM., Большаков Л.А., Чоповский А.Г. Снижение расхода изложниц на металлургических предприятиях. - Киев: Вища школа, 1987. - 92 с.
2. Повышение стойкости изложниц / Скребцое AM., Дан Л.А., Павлюк Б.А. и др. // Сталь. -
1997.-№2,-С. 22-23.
3. Особенности эксплуатации сталеразливочных поддонов и поддон-плит и меры по увеличению их стойкости / Скребцое AM., Дан Л.А., Павлюк Б.А. и др. // Металл и литье Украины. -1997. -№2-4. - С. 34-36.
Сафаров Ренат Шайхиевич. Канд. техн. наук, доцент, декан металлургического факультета ГОТУ. Окончил Уральский политехнический институт в 1956 г. Основные направления научных исследований - исследование и разработка методов улучшения качества сплавов и отливок, разработка новых формовочных, стержневых смесей и противопригарных покрытий:
Большаков Леонид Андреевич. Канд. техн. наук, доцент кафедры литейного производства litТУ. Окончил Московский институт стали и сплавов в 1948 г. Основные направления научных исследований - исследование литейных и технологических свойств сплавов и повышение качества отливок; разработка новых методов формообразования, формовочных смесей, противопригарных и разделительных покрытий.
Скребцов Александр Михайлович. Д-р техн. наук, проф. кафедры литейного производства ГОТУ. Окончил Московский институт стали и сплавов в 1953 г. Основные направления научных исследований - исследование металлургических процессов с помощью метода радиоактивных изотопов; изучение и разработка теории и способов улучшения качества, снижения себестоимости металла слитков и отливок при их производстве.
