2.4 Материалы роликов МНЛЗ

Ролик изготавливается из центробежнолитой заготовки из сталей 25Х1М1Ф, 40ХГНМ, Х12МФЛ.

Этот способ используются, как правило, при изготовлении нового ролика МНЛЗ, поскольку особенности центробежного литья позволяют использовать изготовленную бочку без наварки поверхностного слоя. В дальнейшем, уже при ремонте, бочки подвергаются наварке поверхностного слоя с повышенной твердостью

2.4.1 Рассмотрим ролик, изготовленный из стали 25Х1М1Ф:

Свойства стали:

1) Химический состав:

Таблица 1

2) Температура критических точек:

Ac1 = 770 - 805 , Ac3(Acm) = 840 - 880

3) Физические свойства материала:

Таблица 2

T - Температура, при которой получены данные свойства, [Град]

E- Модуль упругости первого рода, [МПа]

a - Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T) ,

l- Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]

r- Плотность материала, [кг/м3]

C - Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o - T), [Дж/(кг·град)]

R - Удельное электросопротивление, [Ом·м]

3 Специальная часть

3.1 Оборудование и материалы

3.1.1 Обточку до и после наплавки производится на токарных станках с высотой центров и межцентровым расстоянием, позволяющими закрепить в них ролик, типа 1М63.

3.1.2 Наплавку произвести на типовой наплавочной установке УДГН – 401, предназначенной для наплавки тел вращения.

Наплавочная головка оснащается газовой (горелка для наплавки плавящимся электродом в защитных газах, редуктор-расходомер, смеситель, газовый клапан, газовый баллон) аппаратурой.

Установку для наплавки в защитных газах целесообразно укомплектовывается помпой и поддоном для сбора воды. Помпой вода подается для охлаждения горелки и роликов малых (< 200 мм) диаметров. Сварочный выпрямитель должен имеет жесткую (пологопадающую) характеристику.

3.1.3 Электропечь Н-60 для термообработки роликов с температурой нагрева до 400°С и размерами рабочего пространства.

3.1.4 Наплавку роликов МНЛЗ предусматривается производить жаростойкими нержавеющими сталями, обеспечивающими твердость наплавленного слоя НЯС Э 32…47.

Св-06Х19Н10М3Т – для роликов кристаллизатора, ролики бендера.

Нп-20Х16МГСФР, Нп-30Х16МГСФР – для роликов, испытывающих преимущественно механическое изнашивание;

Св-12Х15Г2 при преимущественном растрескивании бочки ролика;

Св-10Х14Г14Н4Т – для наплавки посадочных и мест под уплотнения, ролики бендера.

Защитный газ «Аг+СО 2 10%».

3.1.5 Для слоев предшествующих рабочему (подслой) допускается применение проволоки Св-08Г2С, защитная среда - «Аг+СО 2 10%».

3.1.6 Шлифование роликов производится на круглошлифовальном станке марки 3К228А.

3.2. Подготовительные операции

3.2.1 Проточка под наплавку

3.2.1.1 Проточка посадок под сальники и подшипники – на глубину 1,5 мм на сторону или 3,0 мм на диаметр от чертёжного размера

3.2.1.2 Проточка бочки ролика

Таблица 3

№	Съем на сторону, мм	Условия
1		Если ролик не был переточен на ремонтный размер
2		Если ролик был переточен на ремонтный размер или для удаления трещин разгара
3		Для удаления особо крупных трещин разгара

3.2.1.3 Режим проточки роликов под наплавку резцами ВК8, с охлаждением резца эмульсией:

скорость резания – 40 м/мин;

подача – 0,25-0,4 мм/об;

глубина резания, мм - 1-2 мм;

главный угол резца в плане – 60°.

3.2.1.4 Токарь на каждой проточенной поверхности обязан маркером записывать ее фактический диаметр

3.2.2 Специальной подготовки наплавочной проволоки под наплавку не требуется, т.к. она является стойкой к атмосферной коррозии и не покрывается ржавчиной

3.2.3 Ролики диаметром более 200 мм подогреть по краю начала наплавки до 100°С

3.3 Наплавка

3.3.1 Последний (рабочий) слой должен наплавляться на поверхность с диаметром меньше номинального на 4,0 ±0,2 мм. При этом должен быть обеспечен припуск на обточку 1,5 +1,0 мм на сторону (3,0 +2,0 мм на диаметр)

3.3.2 Во избежание дополнительной проточки под наплавку, наплавка слоя, предшествующего последнему (подслой), должна производиться «в размер», то есть обеспечить диаметр поверхности, соответствующий проточке по п. 1 в таблице 1

3.3.3 При наплавке в смеси «Аг+СО 2 10%» важно выполнять следующее. Расход смеси -10-15 л/мин

Сварочная проволока должна подаваться непрерывно, нигде не зацепляться, не тереться об острые углы со снятием стружки, в противном случае возможны сбои в стабильности дугового процесса.

Нельзя допускать сильный износ токоподводящего наконечника, при этом происходит «отстрел» и залипание проволоки; изношенные – своевременно заменять.

Процесс переноса расплавленного металла при токах свыше 270А должен иметь струйный характер; капельный перенос свидетельствует о недостаточной величине тока и напряжения. Для увеличения сварочного тока следует увеличить скорость подачи наплавочной проволоки или напряжение на дуге.

Стабильность дугового процесса со струйным переносом возможна лишь при оптимальном содержании смеси и оптимальном значении напряжения на дуге.

Важно чтобы:

Конец электродной проволоки и токоподводящий наконечник находились по центру газового сопла. В противном случае из-за некачественной защиты сварочной ванны защитным газом возможно образование пор. При хорошей газовой защите поверхность направленных валиков имеет желтый или светло-красный цвет, но не серо-черный;

расстояние от среза сопла до поверхности наплавляемой детали составляло не более 15…20мм;

Расстояние от среза сопла до конца токоподводящего наконечника составляло около 5мм;

Вылет электродной проволоки составлял около 20…25мм, это расстояние от конца токоподводящего наконечника до поверхности наплавляемой детали.

В результате при хорошо настроенном процессе дуга издает ровное гудение без «фырканий» и треска, а стрелки вольтметра и амперметра имеют лишь малозаметное колебание.

3.4 Восстановление посадок роликов МНЛЗ под сальник и подшипник

Изношенные, а также поврежденные посадки роликов подвергаются восстановлению методом наплавки. Режимы проточки посадок такие же, как при обточке бочки ролика. Наплавка посадочных мест под подшипники и уплотнения производится проволокой Св-10Х14Г14Н4Т, Ø1,4... 1,6 мм в среде «Аг+СО 2 10%». На соседний с наплавляемым валиком для охлаждения подается вода с расходом 2-3 л/мин. С целью качественного проплавления галтели наплавку шейки начинать с нее.

3.5 Посленаплавочные операции

3.5.1 Ролики после наплавки помещают в термостат (эл. печь) с температурой 400°С, где выдерживают 4 часа, дают остыть вместе с печью до 100°С, затем вынимают

Допускается остывание ролика в помещении цеха до отпуска, но при этом бочка ролика должна быть полностью укрыта асбестовым полотном, а температура в цехе - не ниже 10...15°С без сквозняков.

3.5.2 Проточка ролика до рабочего размера осуществляется за 3 прохода: первый - черновой, второй - п/чистовой, третий чистовой. Режимы обточек приведены в таблице № 2

Таблица 4. Режимы механической обработки роликов МНЛЗ

№	Режимы м/о Св.материал, твердость (HRC)	Марка резца	V резан, м/мин.	S мм/об.	t, мм	К-во проходов
1.	Черновой проход Св-12Х15Г2, Нп-20Х16МГСФР, Св-06Х19Н9МЗТ, Св-10Х14Г14Н4Т	ВК-8	33-39	0,4-0,5	1,5	1
2.	П/чистовой и чистовой проходы	ВК-8	45-72	0,15-0,2	0,15-0,3	2
3.	Черновой проход 30Х16МГСФР, (НКС 48-52) П/чистовой и чистовой проходы	ВК-8	25-30	0,2-0,3	1,5	1
		ВК-8	35-55	0,15-0,2	0,1-0,2	2

3.5.3 Локальные дефекты (поры, несплавления) после черновой обточки проваривать аргоновой дугой с присадочной проволокой, аналогичной наплавленной. Допускаются единичные поры диаметром менее 1 мм, не более 5 шт. на бочку

3.5.4 Дефекты занимающие значительную площадь (дорожка из пор) подлежит удалению проточкой и последующей наплавкой по настоящей инструкции

3.6 Меры безопасности

3.6.1 К наплавке роликов МНЛЗ допускаются лица, имеющие право работать на автоматических наплавочных установках и прошедшие проверку знаний (под роспись) положений настоящей инструкции

3.6.2 При восстановлении наплавкой роликов МНЛЗ достаточно выполнять требования инструкций по ТБ для работающих на автоматических наплавочных установках, сварщиков ручной аргонодуговой сварки, токарей, термистов и стропальщиков

3.6.3 Особо опасные факторы и меры по защите от них при восстановлении роликов МНЛЗ:

Поражение глаз кусочками шлака при отбивании шлаковой корки - работать в очках;

Поражение глаз и кожи световым излучением аргоновой дуги - работать в очках для защиты глаз от ультрафиолетового излучения, пользоваться светофильтрами и светозащитными экранами.

Таблица 5 Режимы наплавки роликов МНЛЗ

№	Ø ролика, мм, длина, мм.	Ø, мм.		Режимы наплавки
				Марка проволки	Защита			t шаг, мм/об	м/час n об/мин
		Ø пр.	Ø напл.
1	Ø100* L=630, 300, 202, 134.			Св06Х19Н10М3Т, Ø1,4		230-240	28	5,5
2	Ø150 L=565, 435.			Св10Х14Г14Н4Т Ø1,4	----	270-280	29	6,5

Позволяет повысить их ресурс до 6 раз по сравнению с неупрочненными .

До 80% всей выплавляемой в мире стали обрабатывается с применением машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), как энергосберегающей технологии, обеспечивающей высокое качество литья и минимизацию затрат.

Производительность и эффективность применения МНЛЗ определяются, в первую очередь, стойкостью их частей, количеством и сложностью ремонтов.

В отечественной металлургии новые ролики, как правило, запускают в работу без защитных покрытий. Для восстановительной наплавки роликов МНЛЗ традиционно применяются сплошные и порошковые проволоки 12Х13 , 20Х17 в сочетании с флюсами АН20С и АН26П , обеспечивающие хромистый наплавленный металл с ферритно-мартенситной структурой. Процесс наплавки характеризуется затруднительным отделением шлаковой корки.

Структурный и фазовый состав наплавленного металла определяет работоспособность роликов МНЛЗ, которые эксплуатируются в условиях циклических и термомеханических нагрузок. Ролики поддерживающих и разгибающих узлов работают при температуре поверхности 670-750 °С. Ролики воспринимают усилия от ферростатического раздутия и усилия от разгиба слитка. На прямолинейных участках ролики подвергаются абразивному износу. Разрушение рабочей поверхности роликов проявляется в виде износа поверхностного слоя и образования трещин разгара.

В практике металлургических компаний стран большой семерки уже много лет используется подход: "не жалея средств на приобретение и ремонт деталей МНЛЗ, обеспечить максимальный межремонтный цикл установки" . С этой целью активно применяется высокоскоростное газопламенное напыление никель-базированных и твердосплавных покрытий на кристаллизаторы МНЛЗ, используются ролики с защитными покрытиями.

Покрытие наносится на новые ролики при их запуске в производство, в ходе эксплуатации ролики ремонтируются с восстановлением защитного покрытия.

Среди решений по защите роликов необходимо выделить газотермическое напыление . Технологии газотермического напыления позволяют наносить на поверхность металла практически любые металлы и сплавы, смешивать их при необходимости. Это дает возможность варьировать покрытия для различных кристаллизаторов, добиваясь наилучших показателей с точки зрения цена/износостойкость.

Покрытия, наносимые методами газотермического напыления, в отличие от наплавки, не приводят к нагреву поверхности ролика более, чем до 150°С при нанесении, из-за отсутствия перемешивания покрытия с основой обеспечивается необходимый химический состав покрытия уже при толщине 0,05 мм.

Нанесение на поверхность роликов твердосплавных металлокерамических покрытий позволяет продлить их ресурс во много раз по сравнению с традиционными методами изготовления и восстановления.

Печные ролики в практике американских и японских сталелитейных компаний уже много лет защищаются от высоких температур с помощью плазменного напыления теплоизолирующих покрытий. Покрытия, выполняющиеся из керамики, обладают очень высокой твердостью, и в то же время отличными теплоизолирующими свойствами за счет своей пористой структуры. Печные ролики с теплоизолирующим покрытием не только обеспечивают более продолжительный срок использования, но и исключают налипание частей слитка на ролик.

Современное металлургическое производство немыслимо без технологии непрерывной разливки стали и обусловлено существенной экономией энергетических и временных затрат, повышением производительности и качества продукции, снижением производственных потерь, реализацией более эффективного инвестирования. В связи с этим проводится системное внедрение МНЛЗ и,как следствие, ожидается рост объема их производства и ремонта. Опыт металлургических предприятий показывает, что технические и технико-экономические показатели машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) в значительной степени зависят от долговечности роликов поддерживающих систем. Ролики поддерживающих и разгибающих узлов работают в тяжелом температурном режиме термоциклирования, максимальная температура поверхности роликов может достигать 650—750 °С. Ролики воспринимают усилия от ферростатического раздутия и усилия от разгиба слитка. На прямолинейных участках ролики подвергаются абразивному износу (рис.1). Разрушение рабочей поверхности роликов проявляется в виде износа поверхностного слоя и образования трещин разгара. В соответствии с требованиями производства интенсивность изнашивания материала рабочих поверхностей не должна превышать 0,1—0,25 мм на 1 тыс. плавок, при этом МНЛЗ должна выпустить не менее 1 млн. тонн заготовок без смены роликов. Известно, что электродуговая наплавка рабочих поверхностей роликов износо- и коррозионностойкой сталью — наиболее эффективный и распространенный способ увеличения срока службы подобных деталей. Данный способ упрочнения роликов применяется большинством фирм, создающих МНЛЗ как в нашей стране, так и за рубежом.

Предприятие «ТМ.ВЕЛТЕК» решает эту проблему для металлургических комбинатов и ремонтных предприятий предоставляя широкий спектр наплавочных порошковых проволок и ноу-хау по технологии наплавки (табл). Проволоки адаптированы к процессам наплавки под флюсом, в СО 2 и Ar+CO 2 и открытой дугой и по своим характеристикам не уступают зарубежным и отечественным аналогам.

Рис.1. Схема установки непрерывной разливки стали.

Наплавка под флюсом

Реализуются технологии наплавки под флюсом по винтовой линии одиночной и расщепленной дугой, без колебаний и с поперечными колебаниями начиная от диаметра 70 мм и более. Наиболее распространена технология двухслойной наплавки, а на ряде ремонтных служб применяется трехслойная наплавка. Для данного способа наплавки выпускаем проволоки диаметром от 2,0 до 4,0 мм. Предлагаемые порошковые проволоки позволяют наплавить на рабочую поверхность роликов слой металла стойкий к много-факторному износу. Сочетание порошковой проволоки с флюсом позволяет получить высокохромистый (Cr-Mn-Ni-Mo-N, Cr-Mn-Ni-Mo-V-Nb) наплав-ленный металл с пластичной структурой низкоуглеродистого мартенсита, упрочненный дисперсными карбидами и нитридами при минимизации содержания δ феррита 5—10% (рис.2).

Рис.2. Микроструктура металла наплавленного ВЕЛТЕК-Н470(×1000) (объемная доля δ-феррита 3,8 %, твердость после наплавки 42—46 HRC).

Данная задача решалась путем снижения содержания углерода С < 0,1% и частичной замены его азотом реализацией нами разработанного способа легирования азотом, оптимизации хрома и карбидообразующих элементов, а также параметров термического цикла наплавки. Наши порошковые проволоки адаптируется к различным вариантам технологии наплавки: количество наплавляемых слоев и марка основного металла роликов, выполнение наплавки с подслоем или без него с цель обеспечения требуемого химического состава и структурного состояния наплавленного металла. К преимуществам наплавки под флюсом можно отнести: высокую производительность, малый припуск на механическую обработку при соблюдении режимов и техники наплавки, отсутствие светового излучения и минимизация выделения дыма. Для наплавки высокохромистых сплавов рекомендуется применять флюсы марок АН26Н, АН20С. Недостатком этих флюсов является ухудшение отделимости шлаковой корки при температуре поверхности наплавляемого ролика более 300°С, что связано с высоким содержанием двуокиси кремния в составе флюсов. Состав шихты порошковой проволоки частично нейтрализует окислительную способность флюсов и достигается улучшение отделимости шлаковой корки (рис. 3). Наиболее предпочтительно применение нейтральных керамических флюсов, например, WAF325 (Welding Alloys), Record SK (Soudokay), OK 10.33, ОК 1061 (ESAB), которые обеспечивают самопроизвольное отделение шлаковой корки и более низкое содержание вредных примесей (S, P) в наплавленном металле (рис.3).

Рис.3. Наплавка ролика МНЛЗ порошковой проволокой ВЕЛТЕК-Н470 под флюсом WAF325.

Наплавка в защитном газе.

Применение наплавки в защитном газе наиболее эффективно в смеси 82Ar+18CO 2 или Ar по сравнению с углекислым газом вследствие более высокой стабильности процесса, снижения окислительной способности защитного газа, уменьшения проплавления основы. К преимуществам можно отнести приемлемую производительность процесса, визуальный контроль за процессом наплавки, химический состав задается композицией проволоки и нет влияния характерного для флюса, меньшее содержание водорода в наплавленном металле по сравнению с флюсом, проще реализация процесса с поперечными колебаниями проволоки. Процесс наплавки характеризуется хорошим формированием металла, легкой отделимостью шлаковой корки и возможностью наплавки последующего слоя без удаления шлака. К недостаткам можно отнести: необходимость защиты от брызг и излучения дуги, менее ровная поверхность наплавленного металла, необходимость применения дымососов, забрызгивание сопла подачи защитного газа. Для данного способа наплавки выпускаем проволоки диаметром от 1,6 до 2,4 мм как для нанесения подслоя, так и рабочих слоев наплавленного металла.

Наплавка открытой дугой.

Процесс наплавки открытой дугой обладает преимуществами присущими процессу в защитном газе и дополняется отсутствием необходимости применения защитного газа, более упрощенной комплектацией наплавочной установки, но наиболее существенно его преимущество в металлургическом аспекте. При данном способе наплавки реализуется возможность легирования наплавленного металла азотом. Необходимость такого металлургического решения обусловлена актуальностью увеличению ресурса роликов МНЛЗ за счет повышения стойкости наплавленного металла к разгару и коррозии. Наиболее успешно это решение реализовано английской фирмой Welding Alloys. Рабочая поверхность ролика подвергается циклическому воздействию высоких температур, что приводит изменению структурного состояния при-поверхностного слоя металла. Наблюдается укрупнение зерен и формирование на их границах карбидов хрома, что приводит к развитию межзеренной коррозии. Потеря мартенситной матрицей углерода приводит к формированию мягкого ферритного слоя, обладающего низким сопротивлением механическому износу. Замена части углерода азотом подавляет процессы укрупнения зерен и формирования на границах зерен карбидов хрома. Образующиеся нитриды равномерно распределены в структуре металла, проявляется эффект вторичного упрочнения в процессе термоциклирования. Реализация этих механизмов позволяет повысить ресурс роликов. Для данного способа наплавки выпускаем проволоки диаметром 2,0—2,4 мм.

Порошковые проволоки предприятия «ТМ.ВЕЛТЕК» для наплавки роликов МНЛЗ.

Процесс	Проволока	Диаметр, мм	Защита
Наплавка под флюсом	Велтек-Н470 (C-Cr-Ni-Mo-V-Nb) 2 и 3 слоя, HRC 40—45 Сталь основы: 15Х1МФЮ. 25Х1М1Ф 16CrMo4(DIN10083) 21CrMoV511, 25CrM04 St52-3 (DIN10025)	2,0—3,6	АН20, АН26 WAF325 Record-SK OK10.33 ОК 10.61
	Велтек-Н470.01 (Cr-Ni-Mo-V-Nb-N) 2 слоя, HRC40-45 Сталь основы: 42CrMo4 (DIN10083)	2,4—3,6
	Велтек-Н470 (C-Cr-Ni-Mo-V-Nb) 1 слой HRC40-45 Сталь основы: 42CrMo4 (DIN10083) Подслой Велтек-Н472 (Cr-Mn)
	Велтек-Н470.02 (C-Cr-Ni-Mo-V) 2 и 3 слоя, HRC47-54 Сталь основы: 15Х1МФЮ. 25Х1М1Ф 16CrMo4(DIN10083) 21CrMoV511, 25CrM04 St52-3 (DIN10025)
Наплавка в защитном газе	Велтек-Н470Г (Cr-Ni-Mo-V-Nb-N) 2 слоя HRC40-45 Сталь основы: 15Х1МФЮ. 25Х1М1Ф 16CrMo4(DIN10083) 21CrMoV511, 25CrM04 St52-3 (DIN10025)	1,6—2,4	СО 2 Ar 82Ar+18CO 2
Наплавка открытой дугой	Велтек-Н470С (Cr-Ni-Mo-V-Nb-N) 2 слоя HRC44-50 Сталь основы: 15Х1МФЮ. 25Х1М1Ф 16CrMo4(DIN10083) 21CrMoV511, 25CrM04 St52-3 (DIN10025)	2,0—2,4	самозащитная
	Велтек-Н470С.01 (Cr-Ni-Mo-N) 2 слоя HRC38-42 Сталь основы: 15Х1МФЮ. 25Х1М1Ф 16CrMo4(DIN10083) 21CrMoV511, 25CrM04 St52-3 (DIN10025)

Орлов Л. Н., Голякевич А. А., Хилько А. В., Гиюк С. П. ("ТМ.ВЕЛТЕК", г. Киев)

Полезная модель относится к области металлургия и может быть использована в МНЛЗ. Техническая задача - увеличение срока службы ролика путем повышения его стойкости. Для этого по краям бочки 1 ролика выполнены последовательно расположенные в направлении от приводной 2 и опорной 3 цапф к центру бочки 1 торцевые 4 и промежуточные 5 участки. При этом каждый торцевой участок 4 имеет длину Lт.у=0,071-0,072 Lб, где Lт.у - длина торцевого участка бочки, мм; Lб, - длина бочки, мм; и выполнен из металла с KCU=65-70 Дж/см 2 , где KCU - коэффициент ударной вязкости металла.

Каждый промежуточный участок 5 ролика имеет длину Lп.у=0,035-0,036 Lб, где Lп.у - длина промежуточного участка бочки, мм; и выполнен из металла, коэффициент ударной вязкости, которого составляет 0,6-0,7 KCU металла торцевого участка 4. При этом торцевые участки 4 ролика выполнены, преимущественно, из хромистой жаростойкой стали, а промежуточные участки 5 - из хромомолибденовой стали.

Полезная модель относится к металлургии и может быть использована в конструкции машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

Известен ролик машины непрерывного литья заготовок, содержащий бочку, приводную и неприводную цапфы (см. Л.С.Белевский, В.И.Кадошников, Е.Л.Белевская и др. Бандажированные прокатные валки и ролики МНЛЗ. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009, с.44-47).

Недостатком известного ролика является низкая стойкость из-за частой поломки его в местах сопряжения бочки с цапфами, где возникают зоны высокой концентрации напряжений изгиба в металле от нагрузок, воспринимаемых роликом в процессе работы МНЛЗ. Это значительно снижает срок службы роликов.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является ролик машины непрерывного литья заготовок, содержащий бочку цилиндрической формы с приводной и опорной цапфами. При этом бочка выполнена из коррозионностойкой стали, наплавленной на сердцевину (см. Д.П.Евтеев, И.Н.Колыбалов. Непрерывное литье стали. - М.: Металлургия, 1984, с.115-116).

Недостатком данного ролика является его низкая стойкость в результате того, что в местах сопряжения бочки с цапфами в процессе работы возникают концентраторы напряжения на изгиб, а так как металл ролика по всей длине имеет одинаковый коэффициент ударной вязкости, то в указанных местах происходит разрушение металла из-за недостаточной его пластичности. Это приводит к снижению срока службы ролика.

Задача, решаемая полезной моделью, заключается в увеличении срока службы ролика.

Технический результат, достигаемый полезной моделью при использовании, заключается в повышении стойкости ролика.

Поставленная задача решается тем, что в известном ролике машины непрерывного литья заготовок, содержащем бочку цилиндрической формы с приводной и опорной цапфами, согласно изменению, по краям бочки выполнены последовательно расположенные в направлении от цапф к центру бочки торцевой и промежуточный участки, причем каждый торцевой участок имеет длину, равную 0,071-0,072 длины бочки, и выполнен из металла с коэффициентом ударной вязкости, равным 65-70 Дж/см 2 , а каждый промежуточный участок имеет длину, равную 0,035-0,036 длины бочки, и выполнен из металла, коэффициент ударной вязкости которого составляет 0,6-0,7 коэффициента ударной вязкости металла торцевого участка.

При этом в качестве металла торцевого участка использована хромистая жаростойкая сталь.

А в качестве металла промежуточного участка использована хромомолибденовая сталь.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где схематично изображен общий вид ролика МНЛЗ.

Ролик МНЛЗ содержит бочку 1 цилиндрической формы с приводной 2 и опорной 3 цапфами. По краям бочки 1 выполнены торцевой 4 и промежуточный 5 участки, которые последовательно расположены в направлении от приводной цапфы 2 и опорной цапфы 3 к центру бочки 1. При этом каждый торцевой участок 4 имеет длину (Lп.у), равную 0,071-0,072 длины (Lб) бочки 1, и выполнен из металла с коэффициентом ударной вязкости (KCU), равным 65-70 Дж/см 2 , в качестве которого использована, преимущественно, хромистая жаростойкая сталь, например марки 20X13. Каждый промежуточный участок 5 бочки 1 имеет длину (Lп.у), равную 0,035-0,036 длины (Lб) бочки 1, и выполнен из металла, коэффициент ударной вязкости которого равен 0,6-0,7 коэффициента ударной вязкости металла, из которого выполнен сопряженный с ним торцевой участок 4. При этом в качестве металла промежуточного участка 5 ролика использована хромомолибденовая сталь, например, марки 35 ХМФЛ В заявляемом ролике его центральная часть, расположенная между промежуточными участками 5, выполнена из металла с KCU=40-45 Дж/см 2 , например, из стали марки 25X1M1Ф.

Заявляемое конструктивное выполнение ролика позволяет создать зоны плавного изменения механических свойств металла, а именно, ударной вязкости, на участках ролика, особо подверженных разрушению металла от воздействия динамических нагрузок в процессе его работы. Причем изменение указанных свойств металла ролика обеспечивается как на поверхности, так и во всем его объеме путем постепенного уменьшения ударной вязкости металла в направлении от краев ролика к его центральной части. В результате этого, выполненные с обеих сторон ролика торцевые 4 и промежуточные 5 участки из металла с различным коэффициентом ударной вязкости обеспечивают плавное гашение возникающих при работе ролика напряжений на изгиб в направлении от краев ролика к его центру, предотвращая тем самым возникновение концентраторов напряжения на изгиб в местах сопряжения бочки 1 ролика с цапфами 2 и 3, что способствует защите металла от разрушения в указанных зонах ролика. Это приводит к повышению стойкости ролика, а, следовательно, к значительному увеличению срока его службы.

Нецелесообразно выполнять торцевые участки 4 ролика, имеющие длину (Lт.у) меньше, чем 0,071 Lб, где Lб - длина бочки 1, мм; из металла с KCU ниже 65 Дж/см 2 , а сопряженные с ними промежуточные участки 5, длина (Lп.у) которых меньше 0,035 Lб, из металла с KCU меньше, чем 0,6 KCU металла торцевого участка 4, так как в этом случае будет наблюдаться интенсивное разрушение металла ролика в местах сопряжения его бочки 1 с цапфами 2 и 3 под воздействием высоких ударных нагрузок (напряжений изгиба) в процессе работы ролика, что снизит срок его службы.

Нецелесообразно также выполнять торцевые участки 4 ролика, имеющие длину (Lт.у) больше 0,072 Lб, из металла с KCU, превышающим 70 Дж/см 2 , а сопряженные с ними промежуточные участки 5, длина которых больше 0,036 Lб, из металла, коэффициент ударной вязкости (KCU) которого превышает 0,7 KCU металла торцевого участка 4 бочки 1 ролика, в результате того, что чрезмерное повышение прочности торцевых 4 и промежуточных 5 участков не будет обеспечивать плавного гашения возникающих при работе ролика напряжений на изгиб в направлении от краев ролика 1 к его центру, что приведет к возникновению концентраторов напряжений изгиба в местах сопряжения их с бочкой 1 ролика и поломке его, т.е. снизится срок службы ролика.

Изготовление заявляемого ролика осуществляют методом электрошлакового переплава со специальным флюсом (шлаком), обеспечивающим высокое качество монолитного соединения металла торцевых участков 4 бочки 1 соответственно с опорной 3 и приводной 2 цапфами, а также монолитность соединения металла промежуточных участков 5 как с металлом центральной части ролика, так и с металлом торцевых участков 4 бочки 1 ролика.

Работает заявляемый ролик следующим образом.

Предварительно установленные в роликовую секцию МНЛЗ на две или три опоры ролики в парах (нижний-верхний) вращаются и перемещают зажатую между ними непрерывнолитую заготовку. При этом ролики воспринимают мощные изгибающие усилия от воздействия движущейся по ним заготовки. А так как по краям заявляемого ролика выполнены участки из металла с различными коэффициентами ударной вязкости, то возникающие концентраторы напряжений начинают плавно гаситься в направлении от металла торцевых участков 4 к промежуточным участкам 5 и далее к центральной части бочки 1 ролика. В результате этого предотвращается в указанных зонах ролика разрушение металла, а, следовательно, повышается стойкость ролика.

Таким образом, заявляемая конструкция ролика позволяет увеличить срок службы на 10-15% за счет повышения стойкости ролика. Так, например, стойкость ролика, взятого за прототип, составляет не более 2000 плавок, в то время как стойкость заявляемого ролика, опытные образцы которого были исследованы в условиях работы МНЛЗ 1 в кислородно-конвертерном цехе ОАО «ММК», составила 2200-2300 плавок.

1. Ролик машины непрерывного литья заготовок, содержащий металлическую бочку цилиндрической формы с приводной и опорной цапфами, отличающийся тем, что по краям бочки выполнены последовательно расположенные в направлении от цапф к металлической центральной части бочки торцевой и промежуточный участки, причем каждый торцевой участок имеет длину, равную 0,071-0,072 длины бочки, и выполнен из металла с коэффициентом ударной вязкости, равным 65-70 Дж/см 2 , а каждый промежуточный участок имеет длину, равную 0,035-0,036 длины бочки, и выполнен из металла, коэффициент ударной вязкости которого составляет 0,6-0,7 коэффициента ударной вязкости металла торцевого участка.

2. Ролик по п.1, отличающийся тем, что в качестве металла торцевого участка использована хромистая жаростойкая сталь.

3. Ролик по п.1, отличающийся тем, что в качестве металла промежуточного участка использована хромомолибденовая сталь.

Наплавка

Наплавка предусматривает нанесение расплавленного металла на оплавленную металлическую поверхность с последующей его кристаллизацией для создания слоя с заданными свойствами и геометрическими параметрами. Наплавку применяют для восстановления изношенных деталей, а также при изготовлении новых деталей с целью получения поверхностных слоев, обладающих повышенными твердостью, износостойкостью, жаропрочностью, кислотостойкостью или другими свойствами. Она позволяет значительно увеличить срок службы деталей и намного сократить расход, дефицитных материалов при их изготовлении. При большинстве методов наплавки, так же как и при сварке, образуется подвижная сварочная ванна. В головной части ванны основной металл расплавляется и перемешивается с электродным металлом, а в хвостовой части происходят кристаллизация расплава и образование металла шва. Наплавлять можно слои металла как одинаковые по составу, структуре и свойствам с металлом детали, так и значительно отличающиеся от них. Наплавляемый металл выбирают с учетом эксплуатационных требований и свариваемости. Наплавка может производиться на плоские, цилиндрические, конические, сферические и другие формы поверхности в один или несколько слоев. При наплавке поверхностных слоев с заданными свойствами, как правило, химический состав наплавленного металла существенно отличается от химического состава основного металла.

Применяют следующие виды наплавки:

· Ручная дуговая наплавка выполняется покрытым плавящимся или неплавящимся электродом. Плавящиеся наплавочные электроды применяются в соответствии с назначением каждого типа и марки. Неплавящиеся электроды применяют при наплавке на поверхность детали порошковых смесей. Применяются электроды из литых твёрдых сплавов и в виде трубки, заполненной легирующей порошкообразной смесью. Ручная наплавка малопроизводительна и трудоёмка, поэтому применяется при наплавке деталей сложной конфигурации.

· Автоматическая и полуавтоматическая наплавка под флюсом производится проволокой сплошного сечения, ленточным электродом или порошковой проволокой. Легирование наплавляемого слоя осуществляют через электродную проволоку, легированный флюс (при проволоке из низкоуглеродистой стали) или совместным легированием через проволокуи флюс. Иногда в зону дуги вводят легирующие вещества в виде пасты или порошка. Наплавку в защитных газах применяют при наплавке деталей в различных пространственных положениях и деталей сложной конфигурации.

· Наплавку в защитных газах применяют при наплавке деталей в различных пространственных положениях и деталей сложной конфигурации. Возможность наблюдать, за процессом формирования валика позволяет корректировать его, что очень необходимо при наплавке сложных поверхностей. Наплавку производят чаще всего в аргоне или углекислом газе плавящимся или неплавящимся электродом. Наибольшее распространение получила наплавка в углекислом газе постоянным током обратной полярности.

· Плазменная наплавка производится плазменной (сжатой) дугой прямого или косвенного действия. Присадочным материалом служит наплавочная проволока и порошкообразные смеси. Существуют различные схемы наплавки, которые получают широкое применение благодаря высокой производительности (7… 30 кг/ч), возможности наплавки тонких слоев при малой глубине проплавления основного металла. При этом получают гладкую поверхность и высокое качество наплавленного слоя.

· Вибродуговая наплавка выполняется специальной автоматической головкой, обеспечивающей вибрацию и подачу электродной проволоки в зону дуги. При вибрации электрода происходит чередование короткого замыкания сварочной цепи и разрыва цепи (паузы). В зону наплавки подается охлаждающая жидкость. Она защищает наплавленный металл от воздействия воздуха и, охлаждая деталь, способствует уменьшению зоны термического влияния, снижает сварочные деформации и повышает твёрдость наплавляемого слоя. В качестве охлаждающей жидкости применяют водные растворы солей, содержащих ионизирующие вещества (например, кальцинированной соды), облегчающие периодическое возбуждение дуги после разрыва цепи (паузы). Способ нашел большое применение для наплавки на изношенные поверхности деталей слоя небольшой толщины (до 1 мм).

· Наплавка самозащитной порошковой проволокой или лентой открытой дугой не требует защиты наплавляемого металла и по технике выполнения в основном не отличается от наплавки в защитном газе. Преимуществом этого вида является возможность наплавки деталей на открытом воздухе при ветрах и сквозняках. Сварщик, наблюдая за процессом, может обеспечить хорошее формирование наплавляемых валиков. Наплавка самозащитной проволокой менее сложна, как по оборудованию, так и по технологии, хорошо поддается механизации процесса.

· Электрошлаковая наплавка характеризуется высокой производительностью. Способ позволяет получать наплавленный слой любого заданного химического состава на плоских поверхностях и на поверхностях вращения (наружных и внутренних). Наплавка выполняется за один проход независимо от толщины наплавляемого слоя.

· Газовая наплавка имеет ограниченное применение, так как при наплавке возникают большие остаточные напряжения и деформации в наплавляемых деталях. Для наплавки применяют литые твёрдые сплавы.

Материалы роликов МНЛЗ

Ролик изготавливается из центробежнолитой заготовки из сталей 25Х1М1Ф, 40ХГНМ, Х12МФЛ.

Этот способ используются, как правило, при изготовлении нового ролика МНЛЗ, поскольку особенности центробежного литья позволяют использовать изготовленную бочку без наварки поверхностного слоя. В дальнейшем, уже при ремонте, бочки подвергаются наварке поверхностного слоя с повышенной твердостью

2.4.1 Рассмотрим ролик, изготовленный из стали 25Х1М1Ф:

Свойства стали:

1) Химический состав:

Таблица 1

2) Температура критических точек:

Ac1 = 770 - 805 , Ac3(Acm) = 840 - 880

3) Физические свойства материала:

Таблица 2

T - Температура, при которой получены данные свойства, [Град]

E- Модуль упругости первого рода, [МПа]

a - Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T) ,

l- Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]

r- Плотность материала, [кг/м3]

C - Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o - T), [Дж/(кг·град)]

R - Удельное электросопротивление, [Ом·м]