Використання термітних легованих чавунів для живлення прокатних валків

ВИКОРИСТАННЯ ТЕРМІТНИХ ЛЕГОВАНИХ ЧАВУНІВ ДЛЯ ЖИВЛЕННЯ ПРОКАТНИХ ВАЛКІВ

Вступ. Для живлення виливків за допомогою термітних ливарних додатків використовують різні екзотермічні суміші [1]. Але ці суміші не можуть використовуватися для живлення рідким металом виливків з високолегованих чавунів, у тому числі прокатних, типу СПХН і СШХН. Для цього використовують легування чавуну екзотермічною сумішшю, наприклад хромом у ковші [2].

Мета дослідження полягала у встановленні властивостей легованих чавунів отриманих металотермією, і у подальшому застосування термітного металу для одержання прокатних валків із використанням технології термітних ливарних додатків.

Поставлене завдання досягалося за рахунок використання екзотермічної суміші для живлення виливків з легованих чавунів на основі залізоалюмінієвого терміту, порошку вуглецю і порошків феродомішок.

Матеріали і методика проведення експерименту. Для визначення маси металевого зливка і виходу металу з шихти на першому етапі дослідження були проведені мікроплавки при масі шихти 250-300 г у металевому тиглі діаметром 80 мм з різним відсотковим співвідношенням компонентів у суміші. Ініціювання процесу горіння проводилося спеціальним титановим запалом, виготовленим з порошку титанового хімічного ПХ-2 ТУ 48-10-78-83. Випробовування на розтяг виконувалося у відповідності до ГОСТу 1215-59 на машині УМ-20, взірців, виготовлених з нижньої центральної частини отриманих виливків. Металографічні дослідження проводилися на мікроскопі МИМ-8М зі збільшенням 100-1350 разів. Заготовки для шліфів виготовлялися з головок взірців, вилитих для механічних випробовувань.

При виконанні роботи були використані матеріали: сажа ацетиленова (технічний вуглець ТУ 14-7-24-80), порошок алюмінієвий ПА-3-ПА-4 ГОСТ6058-73, просіяне мливо алюмінієвої стружки та ін. Порошкова шихта просушувалася, перемішувалася і ущільнювалася і після цього розміщувалася у металотермічному тиглі.

У даній роботі використовувалася класична термітна реакція, заснована на окислені алюмінію і відновленні заліза. Отримання необхідного складу сталі проводилося введенням у шихту домішок вуглецю, легуючих елементів і флюсів.

Експериментальні дослідження. Для моделювання процесів, що проходять при живленні великих виливків, було проведено плавки на моделях напіввалків масою 40 і 50 кг, діаметром 120 мм, висотою 600 мм з сірого чавуну. Пакет з екзотермічною сумішшю - масою від 0,3 до 5 кг, за даними [3-5], розміщувався на поверхню розплаву. Суміш вміщувала 3,2-3,35% С.

Крім експериментальних виливків, було виготовлено контрольний виливок, який мав розширену усадкову раковину глибиною 120 мм, а під нею містилася пориста зона глибиною 60 мм. Для отримання сірого термічного чавуну з вмістом 3,2% С компонувалася шихта із 94,6% залізовуглецевого терміту та 5,4% вуглецю.

Експериментальні виливки з сірого чавуну СПХН мали такий хімічний склад ( % за масою): С - 3,35, Si - 0,8, Mn - 0,5, Cr - 0,5, Ni - 1,2, Р і S менше 0,3.

У подальшому застосовувався спеціальний склад металотермічної шихти: залізоалюмінієвий терміт 89,1-89,1%, вуглець 5,6-5,7%, феросиліцій (75%) - 1,2%, феромарганець (70%) - 1,0%, ферохром (65%) - 1,0%, нікель порошковий - 4,3%.

За аналогічною схемою проведено експериментальні плавки для високоміцних чавунів марок СШХН-42 (хімічний склад аналогічний до чавуну марки СПХН-42 за винятком додатково введеного Mg - 0,1%). У склад екзотермічної шихти входили: вуглець 5,6-5,7%, модифікатор ЖКМК 1-10-12 (з Mg - 5,3%).

Контрольний виливок не мав зовнішніх ознак усадкової раковини, але після розрізання встановлено розгалужену глибоку раковину. У всіх випадках заливка проводилася у кокіль. Ліквації хімічного складу за об'ємом виливка не виявлено. Границі вмісту алюмінієвого порошку (млива стружки) обумовлені термохімічними розрахунками.

Апробація роботи у дослідно-промислових умовах. На Дніпропетровському заводі прокатних валків застосовано результати експериментальних плавок, але для валків масою 5,46 і 6,67 т. Експериментальні валки 580х1800 мм експортного виконання заливалися рідким чавуном СШХН-42 сифонним способом. На поверхню розплаву розміщувалися три екзотермічних пакета масою 5 кг кожний. При цьому пакети встановлювалися послідовно після контролю за утворенням твердої кірки на поверхні ливарної додаткової частини. Цей контроль проводився щупом.

Порційна закладка екзотермічної шихти, крім збільшення тривалості горіння шихти, дозволяє знизити тепловтрати термітного металу. У склад шихти додатково вводився плавиковий шпат (CaF2), який знижує температуру запалення суміші і підвищує рідкотекучість глиноземистого шлаку [5-8].

Екзотермічна шихта, що складалася з 80% термітної суміші, 5,5% вуглецю (у вигляді чорного графіту марки ГЛ1), 11% лігатури ЖКМК-1 (вміщує 5% Mg) з гранулами розміром 3-6 мм, 3,5% феросиліцію (ФС75), дозволяє синтезувати високоперегрітий розплав складу, аналогічного залитому у форму.

Маса шихти розраховувалась за спеціальними методиками [3,5] і коливалась у межах від 20,5 до 27,6 кг. Завантаження пакетів з металотермічною шихтою, кожен масою 8 кг, на поверхню розплаву проводилась послідовно тричі з інтервалом 1,5 хвилини.

Аналіз досліджуваних валків показав, що рівні краї ливарного додатка для експериментальних валків обмежували гладку поверхню, у відмінності від складної розгалуженої усадкової раковини, притаманної валкам, отриманим стандартною технологією. Це свідчить про достатність розігріву ливарного додатка, що забезпечується спрямованим тепловідводом і підживленням рідким термітним сплавом виливка. Наступна механічна обробка валків засвідчила відсутність усадкових дефектів (пор, раковин) і незначне відхилення за хімічним складом матеріалу шийки валка (табл. 1). У мікроструктурі поверхні чавунного валка вибілу не виявлено. Зона ливарного додатка складалася з високоміцного чавуну з глобулами графіту ГФ9-ГФ12 (ГОСТ3443-77). Після розрізання ливарного додатка виявлено, що схована усадкова раковина проникла на дві треті від її висоти.

Таблиця 1 - Хімічний склад досліджуваного валка