Файл: Николайчик Н.П. Повышение стойкости изложниц на машиностроительных заводах.pdf

блюдается в середине широкой грани, а наиболее низ­ кая — на узких гранях. В квадратной же изложнице все четыре грани имеют практически одинаковую температу­ ру. Следовательно, в листовой изложнице иа широкой грани будут развиваться высокие напряжения, способст­ вующие образованию трещин. Чтобы предотвратить их возникновение, широкие грани должны быть толще уз­ ких.

Количество тепла, поглощаемое поверхностью излож­ ницы с момента соприкосновения ее с жидкой сталью, составляет

Q = a - V z ,

где а — коэффициент поглощения тепла, зависящий от температуры, скорости разливки и размеров из­

z — время соприкосновения стали с изложницей, мин.

В зависимости от скорости и способа разливки стали величина теплового потока по высоте изложницы изме­

няется в пределах (2—3) Y z МДж/м2 [(8—15) V z

ккал/м2]. Так, при сифонной разливке максимальный на­ грев происходит на одной трети высоты.

Образующиеся при эксплуатации трещины можно классифицировать следующим образом:

1) трещины первого рода — образуются на наружной

поверхности при одностороннем нагревании в первые ми­ нуты после соприкосновения изложницы с жидким ме­ таллом.

2 ) трещины второго рода — возникают с нагретой

стороны изложницы в виде волосовин; при длительной эксплуатации изложниц увеличиваются и проходят через всю.стенку;

3) трещины третьего рода — появляются на внутрен­ ней поверхности изложницы после значительного числа наливов. Это так называемая сетка разгара.

Все эти трещины являются результатом влияния вы­ соких температур, напряжений и газового потока.

Существенное влияние на стойкость изложниц, как указывалось ранее, оказывают конструкция, структура и свойства материала, продолжительность периода между раздеванием изложниц и разливкой стали, а также ус­ ловия наполнения изложниц.

Различают внутренние напряжения первого рода — зональные, возникающие между отдельными зонами се­ чения и различными частями изложницы; второго рода, возникающие внутри зерна пли между соседними зерна­ ми, и третьего — внутри кристаллической решетки. Все эти напряжения в конечном счете дают одни эф­ фект— упруго деформируют и искажают кристалличес­ кую решетку; когда напряжения превосходят предел прочности чугуна, в изложнице образуются трещины.

Число тлибоб .

Рис. 17. Развитие зональных внутренних напряжений в глуходониых (л) и сквозных (б) изложницах

Для определения зональных внутренних напряжений нами был использован аппарат УРС-55 с выносной труб­ кой, что значительно упростило проведение измерений. Аппарат стоял неподвижно, перемещалась только рент­ геновская трубка. Напряжения измеряли в трех точках: в глуходонных изложницах на расстоянии 300 мм от дна, в центре изложницы и на расстоянии 250 мм от верхнего торца; в сквозных — на расстоянии 250 мм от верха и ни­ за, а также посередине. Кроме того, осуществляли ана­ логичные замеры по углу сквозной изложницы в трех точ­ ках.

На рис. 17 показано развитие зональных напряжений, возникающих в средней части стенки для трех глуходоиных изложниц (а) и трех сквозных (б) в процессе экс­ плуатации. Изложницы без бандажей имели стойкость 30—40 наливов.

Стойкость изложниц значительно повысилась в ре­ зультате применения бандажей. На рис. 18 показано раз­ витие зональных внутренних напряжений в изложницах

34

№ 7, 8 , 9, изготовленных с бандажами, а на рис. 19 пред­

ставлены эти изложницы с возникшими трещинами. Глуходонная изложница № 7 (рис. 19,а) вышла из строя после 65-го налива из-за образования трещины вдоль уг­ ла и поперечной трещины. В глуходонной изложнице № 8

го

<N

ю

Рис. 18. Развитие зональных внутренних напряжении при эксплуатации изложниц с бандажами

(рис. 19,6) на 60-м наливе образовалась трещина вдоль цапфы вверху и лопнул бандаж. Сквозная изложница № 9 (рис. 19, б) вышла из строя на 30-м наливе, причем одновременно с образованием трещины лопнул н разва­ лился бандаж. Эти примеры свидетельствуют о том, что возникающие в изложницах внутренние напряжения дол­ жны быть учтены при расчете бандажей.

На появление трещин решающее влияние оказывают структура и теплопроводность чугуна. Изложницы из чу­ гуна с мелкими эвтектическими зернами, мелкими гра­ фитными колониями и перлитной структурой более склон­ ны к образованию трещин. Для борьбы с продольными трещинами применяют заливку в тело изложниц литых или сварных бандажей. При установке одного бандажа у сквозных изложниц (внизу) трещина может образо­ ваться вверху, особенно при недостаточном заполнении: изложницы, когда ее нижняя часть расширяется в боль­ шей степени. Во избежание этого иа некоторых предприя­ тиях в форму при отливке сквозных изложниц устанав­ ливают два бандажа.

В настоящее время для армирования изложниц широ­ ко применяют различной конструкции бандажи и другую' арматуру. Бандажи используют литые (из углеродистой и малолегированной стали), а также сварные из фасон­ ного проката. Кроме того, применяют прутковую армату­ ру из отдельных звеньев, из прутков, согнутых по винто­ вой линии, листовую арматуру, сварные встык или в на­ хлестку сетки из толстых прутков, отходы листов послевырубки деталей и т. д. Такое многообразие бандажей и другой арматуры свидетельствует о том, что в настоящее время нет централизованного производства бандажей и многие предприятия, не имея свободных литейных мощ­ ностей, не располагая специальным прокатом, а также из соображения.экономии, используют различные отходы. Однако из всех перечисленных видов бандажей и арма­ туры наиболее эффективно упрочняют изложницы имен­ но сварные бандажи из фасонного проката. Это необхо­ димо учитывать при изготовлении и выборе изложниц.

ЭРОЗИЯ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

Под действием движущейся жидкой стали происхо­ дит эрозия внутренней поверхности изложницы. Цирку­ ляционные потоки в жидкой стали зависят от способа

36

разливки. На рис. 20 схематически представлено распре­ деление циркуляционных потоков при сифонной разлив­ ке (а) и разливке сверху (б). Как видно, при сифонной разливке зона интенсивной циркуляции располагается в нижней части изложницы, что вызывает утончение короч­ ки слитка в тех местах, где ферростатическое давление

Рис. 20. Распределение циркуляци­ онных потоков:

а — при сифонной разливке; б—при разливке сверху

Рис. 21. Внутренняя поверхность изложниц, подвергшихся эрозии

максимальное. Интенсивная циркуляция задерживает образование зазора в нижней части изложницы, тормозит усадку стали и способствует более высокому нагреву внутренних стенок изложницы.

При разливке сверху зона интенсивной циркуляции стали перемещается последовательно снизу вверх; тепло, поглощаемое стенкой изложницы, распределяется равно­ мерно по ее высоте, что может исключить неравномер­ ный износ; максимальное ферростатическое давление в этом случае воспринимается прочной корочкой слитка, образующейся значительно раньше, чем при сифонной разливке. Нижняя часть изложницы находится в усло­

37

виях относительно спокойного состояния стали, что спо­ собствует более быстрому образованию зазора между из­ ложницей и слитком.

На рис. 21,а и б показана внутренняя поверхность глуходонных изложниц, подвергшихся эрозии. Видны значительные углубления, размытые потоками стали. Эти дефекты (ожоги) при сифонной разливке возникают в случае неточного центрирования изложницы па поддо­ не. При разливке сверху также возможны ожоги иа стен­ ках изложницы, если струя заливаемого металла недо­ статочно точно отцентрирована и вместо дна изложницы попадает иа стенку. Неточная центровка струи стали ча­ сто ведет к приварке слитка к изложнице, в некоторых случаях настолько прочной, что слиток практически не­ возможно извлечь и поэтому изложницу приходится раз­ бивать под копром.

Для борьбы с приваркой разливку стали сверху сле­ дует начинать плавным, ио достаточно быстрым подъе­ мом стопора до получения полной струи, обеспечиваю­ щей подъем металла в изложнице со скоростью 0 ,6 —

0,7 м/мин. Переход от разливки приторможенной струей на максимальную скорость наполнения должен происхо­ дить не рывками, а очень плавно, так как температура поверхности поддона в этот период достигает своего мак­ симального значения. Кроме рационального режима раз­ ливки, необходимо применять специальные материалы и обмазки, препятствующие свариваемости слитка с излож­ ницей. Хорошие результаты дает разливка стали под флюсом. Для этого на дно глуходонных изложниц и в струю разливаемой стали добавляют флюс.

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ

На рис. 22 представлена упрощенная диаграмма со­ стояния сплава железа с углеродом. По оси абсцисс отло­ жено процентное содержание углерода, а по оси орди­

38

нат — температура. Слева по вертикали 100% железа, а справа 1 0 0 % цементита.

Цементит представляет собой химическое соединение железа с углеродом (карбид железа Fe3C). Простое пра­

вило— умножение содержания углерода на 15—дает со­ держание по массе (а практически и объемное содержа­ ние) цементита в стали и чугуне. Температура плавления цементита 1600° С. Твердость цементита достигает 800

Температура

НВ, однако пластичность его чрезвычайно низка. Цемен­ тит — соединение неустойчивое, при определенных усло­ виях ои распадается с выделением свободного углерода в виде графита.

, Температура плавления чистого железа 1539° С. При

39