Файл: Титов, Н. Д. Технология литейного производства учебник для машиностроительных техникумов.pdf

смеси и на отливках появляются «рванины» — следствие обгара формы.

Формы для стальных отливок, в отличие от форм для чугун­ ных и цветных отливок, должны иметь большую плотность смеси для предохранения поверхности формы от размыва струей жидкой стали. Особенно сильно размываются литниковая воронка и литни­ ковые каналы. Для выноса из формы смытых частиц формовочной смеси применяют открытые прибыли, увеличивают припуск на механическую обработку в верхней части отливки, а крупногаба­ ритные формы при заливке иногда располагают с наклоном.

Переувлажнение формовочной смеси и содержание в ней значительного количества газотворных веществ способствует образо­ ванию газовых раковин на поверхности отливки. Заниженная же влажность фор­ мовочной смеси (ниже 3,5/6) препятствует хорошему уплотнению формы. При фор­ мовке по-сырому количество влаги не должно превышать 3,5—4,5%, а при фор­ мовке по-сухому 4,5—5,5%. Содержание в формовочной смеси углекислых солей и мела недопустимо, так как при высокой температуре они разлагаются и выделяют углекислый газ, приводящий к образова­

нию раковин в отливках.

Чтобы предупредить образование трещин, возникающих вслед­ ствие неравномерной усадки, формы изготовляют из податливых формовочных материалов, не препятствующих нормальной усадке. Для увеличения податливости в смесь вводят 15—30% древесной или торфяной муки, которая во время сушки выгорает и образует пустоты, облегчающие усадку. В стержни для этой цели вводят патоку, декстрин и другие выгорающие добавки.

Готовые формы сразу после сборки следует заполнять сталью, так как долгостоящие перед заливкой формы выветриваются, осыпаются или сыреют.

Чтобы предупредить образование усадочной пористости, в под­ прибыльной части отливки ставят наружные или внутренние холо­ дильники или применяют «утепленные» прибыли, при этом вводят термитную смесь в места формы, выполняющие прибыли.

Холодильники ускоряют процесс охлаждения утолщенных мест отливок и уменьшают напряжения, усадочные раковины и предот­ вращают возникновение горячих трещин. Холодильники могут быть изготовлены из прутков проката и могут быть литыми.

Поверхность внутреннего холодильника должна быть чистой и свободной от ржавчины и окислов. Внутренние холодильники должны свариваться с металлом отливки.

Наружные холодильники от приваривания их к отливке покры­ вают различными красками, например суриком или формовочной краской. Холодильники 1 перед установкой в форму (рис. 221)

360

должны быть тщательно очищены от грязи, масла и окалины. В тех случаях, когда используют внутренние холодильники, которые не свариваются с металлом отливки, применяют стальные прутки, последние при механической обработке высверливают из отливки.

Г Л А В А 111

ПЛАВКА И ЗАЛИВКА СТАЛИ

§1. ПЛАВКА В МАРТЕНОВСКИХ ПЕЧАХ

Влитейных цехах для плавки стали применяют мартеновские печи, дуговые и индукционные электропечи, малые бессемеровские

конверторы.

Плавку стали в мартеновских печах применяют преимущественно для крупных стальных отливок. Мартеновский способ выплавки стали обладает следующи­ ми преимуществами: воз­ можностью использования большого количества сталь­ ного лома и передела в жидкую сталь исходных материалов разнообразного химического состава; высо­ ким качеством и возмож­ ностью выплавки сталей многих марок; относитель­ но небольшой стоимостью передела. Емкость марте­ новских печей составляет 5—500 т, а в цехах фасон­ ного литья машинострои­ тельных заводов 5—100 т.

По конструкции совре­ менные мартеновские печи подразделяют на неподвиж­ ные или стационарные и качающиеся. Большинство

мартеновских печей стационарного типа. Преимущество качающихся печей — это слив стали в ковш в несколько приемов, порциями, а также слив шлака в шлаковню по ходу плавки через порог загру­ зочного окна. Недостаток таких печей — сложность конструкции печи.

Мартеновская печь (рис. 222) состоит из ванны 1, в которой плавится сталь; свода, головок 2, имеющих вертикальные каналы, и пролеты,-направляющие газ и воздух в ванну; шлаковиков, реге­ нераторов; перекидных клапанов, боровов и дымовой трубы.

361

Газ, подведенный к печн, пройдя через открытый клапан, направ­ ляется по борову 6 в регенератор 8, подогревается в нем за счет теплоты раскаленной кирпичной кладки и затем через газовый шлаковик, канал 9 и головку 2 поступает в рабочее пространство. Левый воздушный шибер при этом закрыт, а правый открыт. Правый газовый клапан тоже закрыт. Воздух от вентилятора поступает через воздушный клапан по борову 5 в регенератор 4, в котором нагревается, а затем через канал 3, шлаковик и головку 2 поступает

врабочее пространство. Левый воздушный шибер закрыт, а правый открыт. Газ и воздух, смешиваясь в рабочем пространстве печи, воспламеняются и образуют факел. Продукты сгорания, направляясь через противоположную головку и регенераторы, нагревают их насадку. Охладившись до 500—600° С, продукты сгорания попадают

вдымовую трубу 7. Когда правые регенераторы достаточно нагре­

ваются, клапаны переключают, после чего газ и воздух движутся в обратном направлении.

Для загрузки шихтовых материалов и флюсов и обслуживания печи во время плавки в передней стенке печи сделаны рабочие окна (завалочные), в задней стенке — металлическая летка для выпуска жидкой стали.

Мартеновские печи строят с кислой и основной футеровкой. Динасовый кирпич применяют для кладки главных сводов, сводов головок и регенераторов, вертикальных каналов, стен шлаковиков, в насадках и других частях основной мартеновской печи, а в кис­ лых печах, кроме того, для кладки пода, передней и задней сте­ нок, а для наварки пода после каждой плавки применяют квар­ цевый песок. Нижнюю часть регенераторов и борова выклады­ вают из шамотного кирпича, наружную часть — из обычного красного кирпича. Для уменьшения потерь теплоты через кладку

ные мартеновские печи оборудуют системой водяного охлаж­ дения.

Продолжительность службы мартеновской печи при динасовом своде для больших печей составляет 250—300 плавок, для печей малой и средней емкости 400—500 плавок, а при магнезитовой футеровке свода до 700 и более плавок.

Современные мартеновские печи снабжены необходимой кон­ трольно-измерительной аппаратурой и оборудованы устройством для автоматического регулирования расхода топлива и воздуха, а также давления в рабочем пространстве. Автоматически произво­ дится переключение клапанов, механизирован подъем заслонок рабочих окон и т. д.

Топливо мартеновских печей. На заводах, не имеющих доменного производства, применяют генераторный или коксовый газ или жидкое топливо, а на заводах, имеющих доменное.производство, —

362

смесь коксового и доменного газов с добавкой для подсвечивания факела пламени генераторного газа или смолы.

Процесс выплавки стали в мартеновских печах. В зависимости от футеровки ванны — основной (магнезитовой) или кислой (дина­ совой) — процесс выплавки стали может быть основным или кис­ лым. В настоящее время почти вся сталь выплавляется в печах с основной футеровкой. Это объясняется тем, что в основном мар­ теновском процессе можно переплавлять шихту с более высоким содержанием фосфора и серы, чем в готовой стали. Мартеновским процессом можно выплавлять углеродистые, низко- и среднеуглеродистые стали, используемые для производства фасонных отли­ вок.

Кислый мартеновский процесс, благодаря некоторым особеннос­ тям, обеспечивает получение плотной структуры стали, поэтому он незаменим при выплавке высококачественных сталей.

Наибольшее распространение для производства фасонных отли­ вок получил скрап-процесс с использованием твердого передельного мартеновского чугуна.

Основной скрап-процесс на твердом чугуне. При скрап-про­ цессе основным источником кислорода для окисления примесей чугуна является газовая фаза печи. Только незначительный) часть кислорода дает железная руда, вводимая в печь по ходу плавки в количестве около 30%. Шихту для скрап-процесса рассчитывают так, чтобы она содержала около 1% Мп, не более 0,3% Р, не более 0,05—0,06% S и минимальное количество кремния. Обычно шихта при скрап-процессе содержит около 30% передельного мартенов­ ского чугуна, до 15% стальной стружки при выплавке углеродистых сталей и около 10% при выплавке легированных. Остальную часть металлической шихты составляет привозной стальной лом и собст­ венный возврат. Шихту рассчитывают исходя из того, чтобы содер­ жание углерода в ней было на 0,3—0,5% больше содержания углерода в готовой стали.

Процесс плавки условно можно разделить на следующие периоды: заправка печи, завалка и плавление, кипение, раскисление и выпуск.

Заправка печи. В процессе эксплуатации печи ее под, стенки, откосы изнашиваются. Для поддержания пода, откосов печи в надлежащем состоянии их периодически обновляют, осуществляя заправку печи. Для заправки печи применяют обожженный, моло­ тый и просеянный доломит или металлургический магнезит, а иногда сырой дробленый доломит. Заправку печи производят в минимальное время, чтобы устранить окисление пода. Обычно эта операция не превышает 10—15 мин. Заправку заканчивают заделкой выпускного отверстия магнезитовым порошком.

Заправку печи осуществляют машинами и вручную. Ее начинают, как только уровень металла в печи при выпуске готовой стали начнет понижаться.

Завалка шихты при работе на скрап-процессе на твердом чугуне. Чем быстрее производят завалку, тем меньше продолжительность

3 6 3

плавки. На под следует загружать мелкий чистый лом (10—20% общего количества стального лома в шихте); на лом известняк (6—7% массы металлической шихты) и иногда боксит; иногда же вместо известняка применяют известь. Это сокращает плавку стали и сокращает расход чугуна, идущего на завалку. Поверх извест­ няка загружают боксит, после чего в течение 10—15 мин прогревают известняк. На прогретый известняк загружают передельный чугун (10—15% массы металлической шихты), затем стальную стружку, на которую загружают крупный лом. После хорошего прогрева металлической части шихты заваливают остальной чугун. При ра­ боте скрап-процессом на твердой завалке заправку порогов про­ водят быстро, чтобы предупредить заплываиие их плавящимся чугуном, загружаемым в конце периода завалки.

Плавление. Период плавления в печах, работающих скрап-про­ цессом, длится условно от конца завалки до полного расплавления и является самым длительным периодом мартеновской плавки. В период плавления полностью окисляется кремний и частично марганец и фосфор, содержащиеся в передельном чугуне, а также происходит процесс образования шлака. Для ускорения периода плавления воздух обогащают кислородом, который при работе печи на мазуте вводят в форсунки и вдувают вместе с воздухом распылителями.

При выплавке углеродистых сталей содержание углерода сразу же после расплавления не должно превышать более чем на 0,3% допускаемого содержания углерода в готовой стали. Если углерода содержится меньше, то в печь вводят соответствующее количество передельного или зеркального чугуна.

К моменту полного расплавления стали образуется шлак из окислов металлической части шихты, флюсов (известняк, боксит), материала пода и кладки печи. Образование шлака до полного расплавления способствует ускорению и интенсификации процессов дефосфорации, обессеривания, кипения ванны. Для этого в печь за 15—40 мин до полного расплавления стали вводят такое количест-

во извести и боксита, чтобы основность шлака составляла

1,5—2,0. Такой шлак содержит 30—35% СаО; 18—25% Si02; 10—15% FeO. После расплавления этот шлак скачивают из печи для снижения содержания фосфора в стали. После спуска шлака наводится новый шлак нормальной основности (СаО > 40% и Si02 ==s; 20%) из свежеобожженной извести и боксита.

По окончании наведения нового шлака ванну переводят на режим «чистого кипения», происходящего только за счет кислорода, содержащегося в жидкой ванне. При этом постоянно повышают основность шлака, доводя ее к моменту окончания кипения до 2,2—3,5. В период чистого кипения в стали увеличивается содержа­ ние марганца за счет его восстановления из шлака. Одновременно происходит окисление углерода со скоростью около 0,25% в час. Скорость окисления углерода может быть повышена подачей кисло-

364