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

В настоящее время отливают изложницы для слитков массой 250 т и более. Вполне понятно, что необходимое для литья таких изложниц количество чугуна невозмож­ но получить в вагранках. Поэтому при изготовлении крупных изложниц для них чугун выплавляют в марте­ новских (кислых или основных) печах. Как показали ис­ следования, лучшим материалом для изложниц является чугун, полученный в кислой печи.

На заводах, где имеется доменный жидкий чугун, рационально отливать изложницы из чугуна первой, плавки, доводя его до нужной температуры.

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЕРЕГРЕВА

ИВРЕМЕНИ ВЫДЕРЖКИ ЧУГУНА

ВКОВШЕ ИА СТОЙКОСТЬ ИЗЛОЖНИЦ

Известно, что температура перегрева чугуна оказы­ вает положительное влияние на его механические и фи­ зические свойства и структурообразование. В то же вре­ мя отмечается ие столь значительное, однако различное воздействие перегрева на стойкость изложниц. В одних случаях с повышением температуры перегрева стойкость повышается, а в других понижается.

При плавке в вагранке обычно стремятся к большо­ му перегреву чугуна. Для получения в вагранке или копильнике более высокой температуры применяют раз­ личные способы: обогащение дутья кислородом, продув­

отливок, но не всегда оказывает положительное влияние иа стойкость изложниц. Так, например, стойкость листо­ вых изложниц с повышением температуры перегрева чу­ гуна понижается.

Выполненные исследования показали, что изменение температуры перегрева мало влияет на стойкость других типов изложниц. Однако стойкость против образования сетки разгара при перегреве несколько возрастает,, а склонность к образованию продольных трещин повы­ шается.

Перегрев способствует получению более мелкого гра­ фита, уменьшает рост чугуна, а значит, затрудняет обра­ зование крупной сетки разгара.

На рис. 52 приведена микроструктура чугуна различ­ ных выпусков, выплавленного из однотипной шихты при

100

Рис. 53. Микроструктура чугуна, полученного при высокой температуре перегрева и продолжительной выдержке (а) и при недостаточном перегре­ ве (б). ХІОО

101

неодинаковой температуре перегрева. Видно, что графит сначала укрупняется и переходит в розеточный, а затем измельчается (величина розеток уменьшается) и перехо­ дит в междендритиый.

Механические свойства чугуна при перегреве зависят от химического состава. В малокремнистых чугунах с повышением температуры перегрева от 1350 до 1.500° С прочность II твердость увеличиваются, при этом увели­ чивается и количество связанного углерода. В высококремиистых чугунах (более 2% Si) при повышении тем­ пературы перегрева образуются более крупные графи­ товые колонии, увеличивается пористость и снижаются механические свойства.

Известно, что с повышением температуры перегрева чугуна уменьшаются количество самопроизвольных за­ родышей и степень графитизацип. Одновременно увели­ чивается степень переохлаждения и графитовые вклю­ чения получаются более мелкие.

Выдержка при высоких температурах перегрева по­ вышает количество связанного углерода и перлита, улучшает механические свойства чугуна и стойкость крупных изложниц против разгара, но одновременно увеличивается его склонность к образованию продоль­ ных трещин.

Недостаточный перегрев чугуна приводит к крупному графиту и снижению количества связанного углерода, к понижению механической прочности, увеличению тер­ мостойкости чугуна, но способствует образованию круп­ ной сетки разгара.

На рис. 53 приведена структура изложниц, получен­ ная при различных температурах перегрева и времени выдержки чугуна. Выдержка чугуна при высоких тем­ пературах приводит к образованию мелких включений графита и появлению трещин (рис. 53, а). Выдержка не­ достаточно перегретого чугуна приводит к крупным вы­ делениям графита и образованию крупной сетки разгара (рис. 53, б ).

ПОДВОД ЖИДКОГО ЧУГУНА В ФОРМУ

При литье изложниц существуют три способа подво­ да чугуна в форму: сверху (дождевой), снизу (сифон­ ный) и комбинированный (ступенчатый способ). Каж­ дый из них имеет свои преимущества и недостатки.

102

Дождевую заливку форм осуществляют при помощи литниковой чаши и стержней для литниковых ходов — питателей (в виде отверстий или щелей) самых разно­ образных конструкций. Ширина щели питателя 4— 40 мм. Наиболее часто применяют щели шириной 15— 25 мм. Щели не следует делать очень широкими, так как

сбольшой высоты, чугун разрушает ее нижнюю часть. Сор и шлаковые включения, попавшие в форму вместе

сжидким чугуном, не всплывают, так как падающие струи чугуна задерживают их внизу. В результате ниж­ ний торец изложницы получается неровный, с дефекта­ ми в виде засора. Это приводит к дополнительной обра­ ботке, а в ряде случаев к браку.

При сифонном способе заливки подвод чугуна в фор­ му изложницы осуществляют тангенциально или в то­ рец. В этом случае металл поступает в форму равномер­ но, сор и шлаковые включения легко всплывают на по­ верхность.

Однако этот способ имеет существенный недостаток.

103

Рис. 55. Ступенчатый способ подвода чугуна в форму

Поднимаясь, верхние слои чугуна соприкасаются со стенками формы и стержнем и отдают свое тепло, в ре­ зультате чего на поверхности металла образуется короч­ ка. При медленном заполнении формы и недостаточной прочности ее стенок и стержня эта корочка чугуна отры­ вает куски краски и стержня, а иногда даже прилипает к стенкам формы и мешает чугуну подниматься вверх.

Под напором жидкого чугуна возможен разрыв ко­ рочки в наиболее тонком месте (в середине), при этом она часто не всплывает и остается в середине стенки из­ ложницы. Если корочка окислена, то с основной массой чугуна не сваривается и создает дефект в стенке. Пред­ отвратить это можно повышением скорости заливки, для чего необходимо увеличить размеры литниковой чаши, стояка и питателей.

Кроме того, при сифонной заливке жидкий чугун по­ ступает все время в нижнюю часть формы и сильно ра­ зогревает ее. При этом нарушается направленность кристаллизации, в результате чего в стенках изложниц, утолщенных в нижней части, при медленной заливке об­ разуются рыхлоты, усадочные раковины и др.

Существенной разницы в стойкости изложниц, отли­ тых дождевым и сифонным способами, при проведении опытов не обнаружено. Правильная технология обеспе­ чивает получение качественных изложниц при обоих способах заливки.

Комбинированный (ступенчатый) способ подвода чу­ гуна в форму широко известен и считается универсаль­ ным. Его применяют при литье высоких деталей и из-

104

ложииц крупного развеса, а на некоторых заводах таким образом заливают формы для изложниц мелкого и сред­ него развеса.

На рис. 55. представлен ступенчатый способ подво­ да металла. Питатели расположены в три или четыре ряда. При заливке форм изложницы жидкий чугун вна­ чале поступает через питатели, находящиеся внизу; пос­ ле заполнения изложницы на одну треть чугун входит через средние питатели, а затем через верхние. Такой способ заливки позволяет заполнять новыми порциями горячего чугуна все части формы.

Для того чтобы из верхних питателей преждевремен­ но не поступал жидкий чугун, который может смыть краску со стенок формы, питатели изготовляют с не­ большим уклоном вверх. Это также способствует хоро­ шему заполнению формы. Ступенчатый способ заливки рекомендуют при отливке крупных и средних изложниц.

ТЕМПЕРАТУРА ЗАЛИВКИ

Многолетние исследования, проводимые на многих предприятиях, показали, что иижним пределом темпера­ туры заливки форм изложниц следует считать 1190° С.

105

Верхний предел определяется конструкцией изложницы. Для глуходонных изложниц он равен 1220° С, так как при более высоких температурах в их донной части об­ разуются усадочные раковины (рис. 56).

Результаты эксплуатации изложниц, отлитых при помощи чугунных чаш, показали, что этот способ не да­ ет больших преимуществ по сравнению с заливкой черезземляные литниковые чаши.

Чугун, заливаемый в земляные литниковые чаши при очень низких температурах (1190— 1200°С), начинает кристаллизоваться в литниковых чашах, стояках и на стенках форм. При большой скорости заливки движу­ щаяся струя чугуна отламывает верхушки образовав­ шихся дендритов и разгоняет их по всему сечению из­ ложницы. Обломки кристаллов становятся новыми центрами кристаллизации. Поэтому при низкой темпе­ ратуре и высокой скорости заливки столбчат'ость менее выражена и образуется больше равноосных кристаллов.

СБОРКА И ЗАЛИВКА ФОРМ

Сборка и заливка форм — это завершающие опера­ ции, от которых во многом зависит качество получаемых изложниц. Вот почему этим операциям должно быть уделено особое внимание и проводить их необходимо строго по инструкции.

После выдачи из сушильных камер просушенных стержней и проверки форм (сырые формы проверяют на твердость и отсутствие обвалов, сухие — достаточно ли просушены) приступают к сборке.

Сборку форм изложниц следует осуществлять в кес­ сонах, глубина которых зависит от высоты формы, или на специальных стеллажах. Основание кессона должно быть выложено по уровню ровными чугунными брусьями или плитами. Перед сборкой форм изложниц место сбор­ ки должно быть очищено от скрапа и горелой формовоч­ ной земли.

Для правильной установки форм по уровню на неко­ торых заводах на дно кессона укладывают треугольни­ ки. По оси ряда устанавливаемых опок делают канавки шириной 300 мм и глубиной 100 мм.

На треугольники строго горизонтально (по уровню) устанавливают нижнюю форму', а в предварительно очи­ щенный знак нижней формы — стержень. При помощи

106

шаблона проверяют высоту стержня; в случае необходи­ мости установку стержня по высоте регулируют, увели­ чивая или уменьшая количество сухого песка в знаковой части нижней формы. Правильность положения стержня в форме проверяют специальным шаблоном.

Зазор между стержнем и нижней формой заделыва­ ют формовочной смесыо п закрашивают формовочной краской. При наличии опок со штырями процесс сборки проще, а точность выше. При надежном центрировании стержня не приходится выравнивать его по толщине стенки. Отпадают операции забивки и покраски зазора между знаком и центровым стержнем.

Для того чтобы во время заливки форм жидкий чу­ гун не ушел в разъем, между формами обычно прокла­ дывают глиняный валик. На заводе «Азовсталь» на ниж­ нюю форму наносят огнеупорную глину слоем в 15 мм, шириной 70 мм и по рискам на глину устанавливают среднюю часть формы.

При изготовлении глуходонных изложниц проверяют высоту и центровку стержня для стакана. Зазор между линейкой и стержнем стакана или центровым стержнем

накрыть его опокой, кладут «валик» из глины, отступая от края по периметру 20—30 мм. Для глуходонных из­ ложниц кладут контрольную «пирамидку» на стержень стакана. Затем по штырям или направляющим устанав­ ливают верхнюю опоку на среднюю. Плоскости соедине­ ний верхней, средней и нижней частей формы должны быть очищены от приставшей земли и наплывов краски.

Опоки скрепляют между собой скобами. На верхней опоке вокруг отверстия стояка прокладывают валик из глины и устанавливают литниковую чашу. При установ­ ке литниковой чаши необходимо обратить особое внима­ ние на совпадение отверстий стояка в верхней опоке и литниковой чаше. Необходимо следить, чтобы подкла­ дываемая под литниковую чашу глина не попадала в форму и не уменьшила проходное сечение стояка.

Заливку форм изложниц следует осуществлять рав­ номерной струей. Ковш направляют таким образом, чтобы струя попадала в металлоприемник литниковой чаши. Носок ковша должен быть Как можно ближе

107

к литниковой чаше во избежание разбрызгивания и пе­ реливания металла, а также попадания струи в край чаши.

Для получения ровного верхнего торца изложниц, от­ ливаемых дождевым способом в открытые формы, допу­ скается прекратить заливку при достижении 40—50 мм от верхнего края формы и сделать выдержку, достаточ­ ную для того, чтобы верхняя бугристая корка металла при последующей доливке ие всплывала. Затем медлен­ но доливают чугун в форму для получения гладкого верхнего торца без утяжин.

Прп заливке форм в выпоре устанавливают фиксатор уровня металла. Фиксатор бывает круглого или много­ гранного сечения, изготовляют его из сухого дерева и покрывают тонким слоем асбеста. Диаметр фиксатора должен быть на 30—40 мм меньше диаметра выпора. Горизонтальный ограничитель, расположенный в верх­ ней части фиксатора и опирающийся на верхний торец нарощалки выпора, должен обеспечить положение фик­ сатора в форме на расстоянии 100— 120 мм от рабочей поверхности верхней опоки.

Заливку первых 100—150 кг чугуна осуществляют малой струей, а затем до подхода чугуна к фиксатору чашу поддерживают полной.

При подходе металла фиксатор всплывает, его уда­

в ней, предотвращая попадания в форму шлака и сора. При появлении чугуна в выпоре заливку прекраща­ ют. По мере усадки металла чугун доливают до полного

заполнения выпора.

Залитые формы должны находиться в кессонах не менее трех часов. Через час после заливки снимают иаращалки и литниковую чашу, а через 1,5—2 ч — верх­ нюю опоку и засыпают поверхность отливки слоем сухой горелой земли толщиной не менее 50 мм. Через 3 ч после заливки снимают среднюю опоку и кладут ее гори­ зонтально на сухую площадку. Через 4 ч изложницу освобождают от опоки и медленно охлаждают на воз­ духе вместе с земляной шубой (рис. 57).

Охлаждать изложницы водой или струей воздуха не рекомендуется, так как это отрицательно влияет на их стойкость. На ряде машиностроительных и металлурги­ ческих предприятий проведены опытные отливки глухо­

108

донных изложниц без верхней опоки в открытую форму. Опыты показали, что этот способ упрощает формовку, сборку форм и позволяет получать качественные излож­ ницы.

При отливке изложниц этим способом стержень, слу­ жащий для образования отверстия в дне изложницы, устанавливают на центральный стержень и сверху кре­ пят грузом.

В процессе отливки изложницы жидкий чугун, посту­ пающий через сифонный литник, свободно заполняет

Рис. 57. Изложницы с земляными шубами

форму. Через открытую верхнюю часть формы, можно следить за подъемом чугуна в форме и качеством ее за­ полнения.

После заливки формы с ее верхней поверхности счищают шлак п другие неметаллические включения, ко­ торые всплыли на поверхность вместе с жидким чугу­ ном. Очистка осуществляется при помощи стального скребка. После заполнения формы, заливку прекраща­ ют. Когда чугунная корка на открытой поверхности из­ ложницы становится прочной, производят питание от­ ливки путем повторной доливки формы через литник (два,три раза).

Этот способ изготовления изложниц простой и позво­ ляет отливать дешевые и качественные изложницы.

ОХЛАЖДЕНИЕ ИЗЛОЖНИЦ

На охлаждение изложниц в формах влияют техноло­ гия ііх изготовления, конструкция, масса и др. Для ис­ следования характера распределения температур при

109