RU2032754C1

RU2032754C1 - Method for manufacture of roll

Info

Publication number: RU2032754C1
Application number: RU93003820A
Authority: RU
Inventors: В.С. Дроздов; Ю.И. Павлюк; А.Е. Волков; В.М. Миронов; В.П. Соломко; А.И. Волкова; Э.С. Исаханов
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью - Экспериментальная фирма "Экомет"
Priority date: 1993-01-26
Filing date: 1993-01-26
Publication date: 1995-04-10

Abstract

FIELD: electrometallurgy. SUBSTANCE: method involves forming the roll body followed by machining on a lathe and grinding. Novelty resides in that the roll body is produced by electroslag melting into wide mold and drawing out the ingot of consumable electrode which is constituted by used roll. Simultaneously, the mold is treated with small-fraction lathe machining and grinding waste. The waste is mixed with crushed master alloy containing nickel, cobalt, aluminium and silicon. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для производства чугунных вальцов методом ЭШП, используемых в мукомольной промышленности. The invention relates to metallurgy and can be used for the production of cast iron rollers by the ESR method used in the milling industry.

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. Known methods for the production of cast iron rollers, including pouring metal into a specially prepared mold [1] This method does not allow to obtain a surface (working) layer of the drum of the required hardness due to the low cooling rate of cast iron in the mold.

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.The closest in technical essence and the achieved result is a method of manufacturing a roll body of cast iron, which uses the centrifugal casting method [2]
The disadvantages of this method are the complexity of the equipment for its implementation, the need for simultaneous melting of a large mass of metal for casting, which is environmentally impractical, as well as the high cost of material and technical means (labor and energy intensity of the process). In addition, the bleached (working) layer formed during the crystallization of cast iron by centrifugal casting has an insufficient length and, after 1-3 regrindings, the rollers are sent for scrap melting. The yield for cast iron melting and the manufacture of roll castings does not exceed 50-60%
The present invention is aimed at reducing the complexity and energy intensity of the production of rollers, increasing the yield to 80-90%, reducing environmental hazards and improving product quality.

Сущность изобретения состоит в следующем. The invention consists in the following.

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.The spent roller, which was previously sent to scrap metal after 1-3 regrind, and the chips were thrown into the waste, is subjected to an ESR according to this invention, while the roller body is used as a consumable electrode, the waste from the previous turning is placed in the mold to compensate for metal losses from the regrind and grinding, and together with the waste during the initial remelting, crushed ligature is added in an amount of 1-10% of the total mass of the drum, with a fraction of 0.1-3 mm, containing Ni and Cr, based on obtaining 0.7-1.2% Ni in the metal and 0.2-0.4% Cr, the composition of the ligature also includes Al and Si in the amount of 5-20%
Reducing the complexity of the manufacture of rollers by this method compared to the prototype is achieved due to the following factors: 1. When ESR is not necessary in the molding compartment and the corresponding operations; 2. Due to the best surface of the workpiece as close as possible in size to the finished product, the cost of processing the surface of the workpiece is reduced.

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. Reducing the energy intensity of the process follows from the following: the main energy consumption in the production of roller mills due to the need for melting cast iron. In the case of casting according to the prototype method, due to the low yield (sprues, scraps, fumes), it is necessary to melt 1.4-1.5 times more metal mass than the roller itself.

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.According to this method, due to the absence of sprues and burning metal, it is necessary to melt a significantly lower mass of cast iron to obtain a roll mill of similar mass. In addition, with conventional casting, the roll hardens simultaneously the entire volume of cast iron poured into the mold. This leads to the appearance of internal stresses in the metal, for the removal of which it is necessary to conduct a long-term high-temperature treatment at 800-900 ^o C. This requires energy.

По данному способу в кристаллизаторе последовательно затвердевают небольшие объемы металла, что обеспечивает меньшую напряженность заготовки и устраняет необходимость ее длительного отжига. According to this method, small volumes of metal are sequentially solidified in the mold, which provides lower workpiece tension and eliminates the need for long-term annealing.

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. The increase in yield with ESR compared with any type of casting is known: with ESR it is necessary to remove only about 5% of the upper and lower parts of the workpiece. Loss of metal on waste is practically absent. The surface of the ingot does not require additional machining to remove corrugations, captures and other surface defects. The waste generated during machining and grinding of the rollers is completely disposed of during the subsequent ESR.

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. From an environmental point of view, the ESR process is more favorable than another method of metal melting, since melting occurs under a slag layer in the absence of high-temperature arcs. Gaseous emissions formed from liquid slag are completely neutralized in an aqueous-lime solution.

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. Improving the quality of products is achieved due to the crystallization conditions in the cooled mold and due to the adjustable secondary cooling of the surface of the workpieces when cooling gases exit the mold. The crystallization rate is also controlled by the choice of slag composition: a more refractory slag forms a thicker skull on the surface of the ingot, which reduces the rate of crystallization of the metal. In the experimental melts carried out by varying the amount of low-melting additives (cryolite) in the standard slag ANF-6, a change in the thickness of the skull was achieved in the range from 1 mm to 5 mm. Optimum was an additive to slag 1/7 part cryolite.

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. In addition, a study of the wear resistance of the rollers depending on the degree of alloying of cast iron showed that when the content of Ni is 0.7-1.2% and Cr 0.2-0.4% in cast iron, the wear resistance increases by 2.0-3 times compared to unalloyed cast iron. At present, alloyed cast iron is not used for the production of rollers, since spent rollers are lost in the total mass of scrap metal and alloying components are irretrievably lost. According to this method, a single primary alloying of the roll blank is sufficient, since Ni and Cr do not fade during subsequent remelting.

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.PRI me R. To obtain a billet roll with a diameter of 260 mm and a length of 1 m, from which later, after the turning and grinding operation, a roll was made, a used roll with a diameter of 240 mm was used. Remelting was carried out on an ESHP-0.25 VGL electroslag furnace into a broadened mold with an ingot exhaust in the course of melting. The broadened part of the mold was: diameter 350 mm, height 200 mm, forming part: diameter 265 mm, height 170 mm. Before melting, an uncooled seed with a diameter of 260 mm was introduced into the forming part of the mold so that the distance from the top of the seed to the broadening was 100-120 mm. The gaps between the seed and the walls of the mold were sealed with cord asbestos. Remelting was carried out on a mixture of flux ANF-6 and cryolite (ratio 7: 1), the total amount of flux 25 kg. Before melting, about 50% of the total flux was poured into the mold. When the first portion of the flux was melted, the electric mode was maintained within the limits of: voltage 50-60V, current 4-5 kA. After the first portion of the flux was melted, the rest of the flux was refilled and melted. At the same time, the voltage was gradually reduced to 30–40 V and the current was increased to 6–7 kA. After deposition of a 100 mm ingot, the mechanism for drawing the ingot from the mold was switched on. The ingot drawing speed corresponded to the ratio of the cross-sectional areas of the electrode (spent drum) and the billet billet multiplied by the lowering speed of the electrode. Simultaneously with the inclusion of the mechanism for drawing the ingot, a dispenser installed on the upper platform above the mold for feeding fine-grained waste generated during previous roll processing was switched on. The waste feed rate throughout the entire heat was maintained at 1 kg / min. Electric mode in the main melting period: voltage 32-38 V, current 5-6 kA, with a resistance of the slag bath of 4.6-6.0x10 ^-3 Ohms. After deposition of an ingot 1 m long, the shrink shell was withdrawn by a smooth decrease in current.

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). The study of the cross section of the obtained billet billet showed that the hardness of the surface zones of the billet is at least 58 Pc at a distance of 25 mm from the surface. Metallographic studies showed that almost complete casting of cast iron is achieved in the surface zone of the metal, the degree of bleaching is higher than on serial rollers of the Lutuginsky plant (the main supplier of rollers) and on rollers from Buhler (prototype method).

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.A similar slag and electric regime was maintained during remelting of the rollers with alloying with finely divided alloys. The ligature contained Ni and Cr in a ratio of 3: 1 based on the calculation of 0.7-1.2% Ni and 0.2-0.4% Cr in the metal, as well as Si and Al in an amount of 5-20%. Al content in the ligature and Si within the proposed limits provides:
1. Complete assimilation of alloying components during remelting.

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. 2. Lowering the melting temperature of the ligature to values below the melting temperature of cast iron and reducing the specific gravity of the ligature. This ensures complete melting of the ligature particles in the slag bath during their lowering through the slag layer.

3. Лигатура такого состава легко дробится на мелкие фракции, которые легко дозировать с необходимой точностью. 3. Ligature of this composition is easily crushed into small fractions, which are easy to dose with the necessary accuracy.

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. The filing of a ligature with a fraction of more than 3 mm is unacceptable, since there remains the danger of an molten piece of ligature falling into the bath of liquid metal, which will cause chemical and physical heterogeneity of the drum.

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. The filing of the ligature in an amount of 1-10% by weight of the drum is caused by the following: when feeding in an amount of less than 1%, it is difficult to ensure the necessary degree of alloying of the drum metal and feeding in an amount of more than 10% is impractical, since such an amount of input material already fully compensates for the loss of the drum metal from previous regrindings.

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. The content of Ni in the metal is less than 0.7% of silt Cr less than 0.2% does not provide a noticeable increase in the wear resistance of the metal. An increase in their content of 1.2% Ni and 0.4% Cr is impractical, since an increase in the properties of the roller does not compensate for its rise in price.

Оптимальность предложенных параметров доказана в таблице. The optimality of the proposed parameters is proved in the table.

П р и м е р выплавки с присадкой лигатуры. Example of smelting with a ligature additive.

Химический состав лигатуры:
Ni Cr Al Si Fe
40 13 5 5 ост.The chemical composition of the ligature:
Ni Cr Al Si Fe
40 13 5 5 rest

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. The ligature was supplied at a rate of 100 g / min, i.e. in an amount of about 2.5% by weight of the drum. Received alloyed cast iron containing 0.95% Ni and 0.35% Cr. No cracks or any other surface defects were found. Metallographic examination revealed the presence of a bleached surface zone with a length of 25 mm.

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. The creation of rollers in different regions near consumer enterprises of the ESP sections allows us to provide them with new rollers, gradually replacing spent unalloyed rollers with rollers that have passed electroslag remelting and doling. At the same time, complete utilization of metal waste during regrinding and regrinding is achieved and there is no need for additional smelting of iron and its alloying.

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. Thus, this method provides the production of rollers without additional smelting of cast iron with maximum savings of alloying components and allows for their complete and multiple reproduction without compromising the quality of the metal.

Claims

1. METHOD OF PRODUCING A ROLLER, including obtaining a roller body and its subsequent turning and grinding, characterized in that the roller body is produced by electroslag remelting into a broadened mold with an exhaust bar of a consumable electrode, which is used as a spent roller, and at the same time, finely fractionated waste of turning and grinding rollers.

2. The method according to claim 1, characterized in that during the primary remelting of the spent drum, crushed ligature is added to the crystallizer with a fraction of 0.1 3 mm in an amount of 1 10% by weight of the drum containing Ni and Cr based on the production of 0.7 1 in metal , 2% Ni and 0.2 0.4% Cr and containing Al and Si in an amount of 5 to 20% by weight of the ligature.