| Способ ввода металла | Твердость металла по длине бочки валка, HSD, на расстоянии от заливочногоконца, м | ||||
| 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1,0 | |
| Продольный | 68 69 68 | 65 65 65 | 64 65 64 | 68 67 68 | 68 67 68 |
| Боковой | 69 70 69 | 69 69 68 | 68 70 69 | 68 69 70 | 68 68 70 |
Как видно из приведенных в таблице данных при использовании заливочного устройства с продольной подачей металла наблюдается снижение твердости металла рабочего слоя валка на 3...6 ед. HSD в зоне падения струи металла на расстоянии 0,4...0,6 м от заливочного конца, в то время как при боковом сливе металла изменение твердости незначительно.
Отмеченная особенность распределения твердости металла по длине бочки валка полностью соответствует характеру распределения температур по длине валка [30].
Таким образом, применение заливочного устройства с боковой подачей металла при заливке рабочего слоя валка наряду со спокойным сливом металла способствует стабилизации твердости металла рабочего слоя и, в конечном счете, повышению эксплуатационной стойкости мелющих валков.
4.4 Технологический регламент вращения формы
Частота вращения формы является важным параметром технологического процесса, во многом предопределяющим свойства отливки.
При заниженной частоте вращения формы в отливках появляется рыхлота, «слоистость», структура становится неоднородной [34,40].
При повышенной частоте вращения формы возникают трещины, усиливается пригар на поверхности отливок, а также усиливается ликвация элементов по удельным весам и др. [45, 47].
Представленный в главе 1 анализ существующих формул для определения частоты вращения формы [44...47] показывает, что стремление к их универсальности не дает положительных результатов, так как многообразие технологических факторов, свойств материалов отливок и их размеров усложняет их применение.
В настоящем разделе для определения частоты вращения формы исходили из экспериментальных данных гидродинамического состояния жидкости во вращающейся форме, учитывающих процесс вовлечения слоя жидкости во вращение.
Опыты свидетельствуют о том (глава 3), что наиболее благоприятные условия формирования заготовок возникают в случае быстрого вовлечения металла до скорости вращения формы, что достигается при достаточно высоких значениях гравитационного коэффициента (К = 100... 110).
При указанных значениях гравитационного коэффициента структура металла становится более однородной, что благоприятно сказывается на его физико-механических свойствах.
В соответствии с этими данными определим частоту вращения формы (п) для рабочего слоя валка толщиной 0,04 м, для вовлечения которого с минимальным временем до скорости вращения формы требуется утяжеление (К) в 100 раз (рис. 3.4)
где г - внутренний радиус отливки, м.
Для формирования рабочего слоя заготовки бочки мукомольного валка, имеющего г = 0,09 м, частота вращения формы в соответствии с формулой (4.5) составит 1000 об/мин.
При заливке внутреннего слоя заготовки бочки валка с величиной г = 0,065 м частота вращения формы составляет п = 1176 об/мин.
Как показано в работе /103/ увеличение частоты вращения формы при заливке второго слоя металла способствует улучшению свариваемости двух разнородных металлов.
По окончании процесса затвердевания второго слоя металла частота вращения формы с целью снижения уровня вибрации и улучшения условий работы машины снижается до 800 и 400 об/мин.
4.5 Термовременные параметры режима заливки двух разнородных металлов в форму
При изготовлении биметаллических заготовок значительная роль отводится таким факторам как:
- температура заливки первого и второго металлов;
- продолжительность перерыва между заливками двух металлов;
- скорость заливки каждого из двух металлов;
- частота вращения формы при заливке двух металлов.
Нахождение зависимости между указанными параметрами для отливок определенной конфигурации позволяет определить пути получения высококачественных заготовок с прочным свариванием двух слоев металла.
В литературе приводятся примеры получения биметаллических чугунных заготовок, основанные на технологии, при которой заливка второго металла осуществляется на полностью затвердевший первый металл /30, 34/.
При этом рекомендуется производить заливку второго металла в момент понижения температуры внутренней поверхности первого металла на 120... 150°С ниже температуры его затвердевания [34].
Такая технология предусматривает использование флюса на внутренней поверхности первого металла, для защиты его от окисления, которое может стать причиной несваривания двух металлов.
Известно, что вводимый в полость формы флюс, наряду с положительным воздействием на жидкий металл, может явиться причиной его загрязнения неметаллическими включениями [33].
Учитывая сложности, связанные с применением флюса, в настоящей работе исследовали возможность заливки второго металла на поверхность еще не полностью затвердевшего первого слоя с возможностью их частичного перемешивания с созданием переходного слоя без применения флюса.
С этой целью после заливки из ковша металла рабочего слоя во вращающуюся форму и перерыва, соответствующего продолжительности перемещения границы затвердевания рабочего слоя до ее внутренней поверхности, производится заливка из того же ковша остатка жидкого металла, промодифицированного ФС-75, который, взаимодействуя с незатвердевшей твердожидкой фазой, образует прочную переходную зону.
Указанный режим порционной заливки двух металлов для формирования биметаллических заготовок требует строгого учета временных особенностей затвердевания чугуна во вращающейся форме, которые отражены в главе 3.
С учетом этих особенностей составлен совмещенный с режимом вращения формы график заливки двух металлов во вращающуюся форму применительно к наиболее распространенным мукомольным валкам с размерами бочки 0 0,25x1,0 м (рис. 4.4).
Основные операции процесса заливки металла в форму состоят в следующем:
- заливка рабочего слоя со скоростью 200 н/сек при температуре 1350°С±10°С;
- выдержка металла в форме в течение 5,2 мин., в течение которой граница рабочего слоя перемещается к ее внутренней поверхности (рис. 3.9);
- заливка второго металла в форму после модифицирования в ковше ФС-75 при температуре 1340°С± 10°С;
- выдержка металла в форме до полной ее остановки. Разработанный режим порционной заливки металла во вращающуюся форму обладает рядом технико-экономических преимуществ по сравнению с традиционным способом получения подобных биметаллических заготовок [30, 33,34]:
- упраздняется необходимость в работе второго металлургического агрегата по выплавке металла внутреннего слоя валка, так как его приготовление осуществляется путем модифицирования ФС-75 в ковше;
- устраняется необходимость в вводе флюса на поверхность рабочего слоя, залитого в форму;
- улучшаются экологические и технико-экономические показатели процесса за счет высвобождения трудозатрат, сокращения расхода материалов и электроэнергии на операции плавки второго металла, а также приготовления и хранения флюса.
4.6 Исследование и выбор состава рабочего слоя мелющих валков
Особенности эксплуатации мелющих валков, рассмотренные в 1 главе, показали, что материал их рабочего слоя в процессе переработки зернопродуктов испытывает высокие нагрузки в сложных условиях абразивного износа, поэтому выбор необходимого состава чугуна является одним из основных факторов эффективности размольного процесса.
Выбор материала рабочего слоя бочки мелющих валков предусматривает оптимизацию их составов с учетом специфических условий их эксплуатации.
Анализ работы мелющих валков показывает, что из-за принципиального различия их функций при первичном дроблении (драные системы) и вторичном помоле (размольные системы) состав материала рабочего слоя должен различаться, вопреки существующей практике с использованием однотипного состава, что приводит к их повышенному износу.
Поэтому одним из требований к составу рабочего слоя мелющих валков является избирательный подход в зависимости от условий их эксплуатации.
В связи с определяющим влиянием твердости металла на служебные свойства валков выбор состава их материалов производили в основном с учетом этого фактора.
При этом учитывалась также необходимость создания однородной мелкодисперсной структуры отбеленного слоя бочки валка глубиной 0,020...0,025 м от его поверхности.
При первичном дроблении на валках с нарезанными рифлями в щелевой зоне между ними продукты переработки испытывают деформации сдвига-среза, а поверхностный слой валков значительные нагрузки, способствующие интенсивному износу материала валка.
Поэтому рабочий слой рифленых валков должен обладать сравнительно высокой твердостью, но при этом ее верхний предел не должен превышать значений 72 HSD, выше которых возникают трудности с нарезкой рифлей.
Нижний предел твердости рифленых валков должен гарантировать отсутствие графитовых включений в отбеленном слое с уровнем 66 HSD.
Таким образом оптимальная твердость рабочего слоя рифленых валков должна быть в пределах 66...72 HSD.
Анализ традиционно используемых составов рабочего слоя мелющих валков свидетельствует о широких пределах применения основных и легирующих элементов сплава [24]:
С = 3,0...3,8%, Si = 0,2...1,2%, Мп = 0,4...1,2%, Сг = 0,4...1,0%, Ni = 0,3...2,5%, Р < 0,4%, S < 0,2%.
Повышенное содержание углерода в рабочем слое валков с рифленой поверхностью в количестве 3,6...3,8% способствует увеличению твердости металла, а также понижению его вязкости и охрупчиванию материала, что ведет к выкрашиванию рифлей [30].