книги из ГПНТБ / Писаренко Г.А. Отливки металлургического оборудования из чугуна с шаровидным графитом

предотвращения образования в кромках торцов изложниц пер­ вичных карбидов, облегчения графитизации при отжиге и умень­ шения склонности к объемной усадке. Модифицирование чугун®

осуществляется в литниковой чаше во время заливки форм или:

на желобе при доливке в ковш свежего, чугуна.

В качестве модификатора применяется '75%-ный ферросили­ ций, которого вводят 0,3—0,5% от веса жидкого чугуна. При модифицировании в литниковой чаше применяют порошковый: ферросилиций с размером зерен до 1 мм, а при модифицирова­ нии на желобе, — дробленый ферросилиций с размером зерен

3—15 мм. В литниковую чашу модификатор вводят равномерно,

в течение всего процесса заливки формы.

Жидкотекучесть чугуна после обработки магнием ухудшается

вследствие понижения температуры металла. Поэтому для полу­

чения отливок без дефектов на рабочей поверхности изложниц формы заливают быстро, увеличивая размеры стояков, питателей и литниковых чаш (табл. 33).

Продолжительность заливки формы, сек, .... 18—25 25—30 35—45

При отливке мелких изложниц в углах внутренней поверхно­ сти, на расстоянии 300—400 мм от верха отливки, образуются подкорковые раковины. Раковины глубиной 1—5 мм вытянуты по высоте изложницы и перекрыты литейной коркой толщиной от 0,1 до 2,0 мм. В литейных цехах эти раковины часто не обна­

руживаются, и при отливке слитков тонкая корочка, отделяющая раковину от полости изложницы, разрушается, и сталь заполня­ ет раковину, вследствие чего слиток задерживается в излож­ нице.

Чтобы предотвратить образование подкорковых раковин, в углы верхней части формы на расстоянии 10—20 мм от стержня,

параллельно ему, устанавливают внутренние чугунные холодиль­

ники.

Холодильники изготовляют отливкой в кокили; длина холо­ дильников 400—450 мм, а площадь сечения — 10 X 10 мм. Для:

*7

100 Изложницы из магниевого чугуна

удобства постановки холодильников в формы изложниц их дела­ ют в виде буквы Г или Т (рис. 35). Увеличение площади сечения холодильников вызывает в изложнице структурную неоднород­ ность в участках, прилегающих непосредственно к холодильни­

кам. В этих местах после отливки 250—300 слитков начинают

образовываться продольные трещины, дальнейшее развитие ко­ торых иногда преждевременно выводит изложницы из строя.

Изложницы можно отливать и без внутренних холодильников,

но тогда предотвращение образования подкорковых раковин до­ стигается путем «подкачки» жидкого чугуна через открытый верх

формы.

Температура чугуна при отливке изложниц должна быть 1200—1240°. При температуре чугуна менее 1200° и малой ско-

Рис. 35. Чугунные холодильники.

рости заливки на внутренней поверхности мелких изложниц об­

разуются дефекты (спаи, засоры, плены и т. д.), ухудшающие

качество изложниц.

Отлитые изложницы извлекают из опок не ранее, чем через

4 часа после заливки форм.

Для придания чугуну высоких пластических свойств и снятия внутренних литейных напряжений изложницы подвергают графи­ тизирующему отжигу по следующему режиму: нагрев до 900— 950° со скоростью не более 150° в час, выдержка при этой темпе­ ратуре 8—12 час., охлаждение до 650° со скоростью не более 25° в час, дальнейшее охлаждение с печью до 500°, а затем на воз­ духе или с печью. При проведении отжига необходимо учиты­ вать перепад температур между показаниями термопар и темпе­

тем, что у кромок торцов мелких изложниц в структуре основной металлической массы, наряду с ферритом и перлитом, имеется

первичный цементит, который при отжиге ниже критической точ­ ки АС1 графитизируется весьма медленно. Кроме того, высоко­ температурный отжиг, как уже было сказано в гл. I, выравнивает химическую неоднородность по содержанию фосфора, вследствие чего значительно возрастает пластичность и ударная вязкость чугуна.

Графитизация эвтектоидного цементита происходит более пол­ но при медленном охлаждении, поэтому охлаждение изложниц в интервале температур 800—650° желательно вести со скоростью

10—15° в час.

Для составления оптимальных графиков отжига необходимо производить контрольные отжиги с замером температур печного пространства и изложниц в различных точках отжигательных пе­ чей. Исследование работы отжигательной печи на одном из за­ водов показало, что изложницы, находящиеся в верхних рядах, нагреваются значительно быстрее, чем изложницы нижнего ряда

(рис. 36). Для замера температуры нагрева изложниц спаи тер­ мопар контактировали с наружной поверхностью стенок изложниц в средней их части.

Отжигательные печи, работающие на газе с большим количе­ ством горелок, имеют более равномерное распределение темпе­ ратур, чем печи, работающие на угле и мазуте.

Отжиг изложниц производится с невыбитыми стержнями, что предохраняет рабочую поверхность от окисления. Слой окалины в

изложнице вызывает образование корки на первом залитом слит­ ке, вследствие чего поверхность этого слитка получается недобро­

качественной, и он обычно идет в брак.

Очистка и обрубка изложниц производится после отжига. За­ усенцы до отжига имеют высокую твердость и обрубать их труд­

но. Питатели и выпоры большого сечения удаляют газовой

резкой.

Чугун с шаровидным графитом способен свариваться, поэтому дефекты (раковины, размывы), образующиеся в процессе отливки

и эксплуатации изложниц, можно успешно исправлять электро­

заваркой с последующей зачисткой наждачным кругом заварен­ ных участков.

Структура металлической основы чугуна изложниц до отжига состоит из пластинчатого перлита и феррита (рис. 37, а); соотно­ шение количества перлита и феррита зависит от химического со­ става чугуна, главным образом, от содержания кремния и мар­ ганца. У кромок торцов изложниц в структуре наблюдается пер­ вичный цементит.

После отжига эта структура состоит из феррита или из фер­ рита и небольшого количества перлита, расположенного по гра­ ницам первичных зерен, преимущественно около фосфидной эвтектики (рис. 37, б). Уменьшение количества перлита происхо-

дит вследствие графитизации эвтектоидного цементита в процес­ се отжига. Часть цементита сфероидизируется.

Графит в магниевом чугуне изложниц имеет шаровидную фор­ му. Наличие в структуре не более 20%' пластинчатого графита не

ухудшает качества изложниц.

Структура чугуна контролируется по цилиндрическим прили­ вам у наружной поверхности стенок изложниц. Диаметр прилива должен быть равен толщине стенки изложницы. При отливке из­ ложниц с толщиной стенок более 75 мм диаметр прилива можно

Рис. 37. Микроструктура чугуна изложниц. X 100:

а — до отжига: б — после отжига.

уменьшать до 0,7 толщины стенки. Темплеты для шлифов выре­ зают из середины прилива, в месте соприкосновения его с из­ ложницей.

Эксплуатационные свойства изложниц

По описанной выше технологии изготовлены и испытаны в ра­ боте производственные партии изложниц, данные о стойкости ко­

ском комбинате—• 147, а на Северском заводе в 1957 г. —-86 на­ ливов. Таким образом, стойкость производственных партий из­ ложниц из магниевого чугуна по сравнению со стойкостью обыч­ ных изложниц оказалась выше в 2,4—2,9 раза.

В результате частичной или полной замены парка обычных

изложниц на изложницы из магниевого чугуна расход их зна­

Изложницы из магниевого чугуна на Н.-Тагильском метал­ лургическом комбинате и Лысьвенском металлургическом заводе выходят из строя на 80—90%' вследствие появления продольных трещин и, значительно реже, от возникновения раковин и разгаров.

Продольные трещины на изложницах из магниевого чугуна появляются у нижнего торца после 200—300 наливов; вначале об­ разуются волосовые трещины, затем эти трещины постепенно уве­

личиваются и выводят изложницу из строя. Изложницы из обыч­

ного чугуна также выходят из строя из-за продольных трещин, которые возникают, однако, значительно раньше, чем на излож­

ницах из магниевого чугуна.

Наблюдались случаи выхода изложниц из строя при первых наливах вследствие образования продольных трещин, иногда по всей высоте изложницы. Исследование таких изложниц показало,

что у кромок торцов в структуре металла, наряду с ферритом,

имелся первичный цементит. Цементит после отжига остается ли­ бо вследствие низкого содержания в чугуне кремния (менее

1,8%), либо из-за неудовлетворительного режима отжига.

Раковины на поверхности изложниц образуются в местах, сильно пораженных сеткой разгара, или на участках, имеющих литейные дефекты.

На Северском металлургическом заводе много изложниц вы­ ходило из строя по размывам («ожогам») внутренней поверхно­

сти, которые образовывались вследствие сильного фонтанирова­ ния струи стали. Такое фонтанирование наблюдается в начале

наполнения изложниц, расположенных на проходых ручьях под­ дона (положение 1 и 2 рис. 38, а). Изменение расположения

ручьев на поддоне (рис. 38, б) дало возможность значительно

сократить возникновение выгаров на изложницах.

Сетка разгара на изложницах из магниевого чугуна появляет­ ся после 250 наливов, но становится хорошо развитой только пос-

Рис 38. Схема поддонов с расположением ручьев

илитников:

а— старой конструкции; б — новой конструкции.

ле 350 наливов (рис. 39). На изложницах же из обычного чугуна сетка разгара появляется уже после 120—150 наливов, но раз­ виться она не успевает, так как изложницы выходят из строя из-за продольных трещин ранее, чем образуется сетка разгара.

Рис. 39. Сетка разгара на внутренней поверхности излож­ ниц из магниевого чугуна после 523 наливов.

При разливке высококремнистых сталей сетка разгара на из­ ложницах появляется значительно быстрее, чем при разливке ря­ довых нелегированных сталей. Так, на Верх-Исетском металлур­ гическом заводе на изложницах из магниевого чугуна уже после отливки 70—80 слитков трансформаторной стали сетка разга­ ра имеет явно выраженные очертания, а через 100—140 нали­

вов изложницы выходят из строя. На этом заводе средняя стой­

кость изложниц из магниевого чугуна составляет 120, а из обыч­ ного чугуна — 65 наливов. При этом изложницы из магниевого

чугуна выходят из строя вследствие образования сетки разгара, а изложницы из обычного чугуна — по продольным трещинам.

Большое влияние на стойкость изложниц оказывает химиче­

ский состав чугуна, особенно содержание фосфора и кремния.

С повышением содержания фосфора от 0,10 до 0,20% стой­ кость изложниц заметно уменьшается, но в чугуне с низким со­ держанием марганца влияние фосфора незначительно. В табл. 36 приведены результаты испытания опытных партий изложниц, со­

Из данных табл. 34 и 36 видно, что стойкость изложниц, не­ смотря на повышенное содержание фосфора, еще довольно высо­ ка, хотя и несколько ниже стойкости изложниц, содержащих ме­ нее 0,17%’ Р. Поэтому в чугуне мелких изложниц можно иметь до 0,18%, Р при условии снижения содержания марганца до 0,5% и менее.

Изменение содержания в чугуне от 2,1 до 2,9%: S1 не оказы­ вает влияния на стойкость изложниц; при чрезмерно высоком или чрезмерно низком (по сравнению с указанными пределами) со­ держании кремния стойкость изложниц понижается. Меньшая стойкость изложниц с пониженным содержанием кремния объяс­ няется ухудшением условий графитизации цементита в процессе отжига отливок. При содержании свыше 3,0%: Si понижается пластичность феррита, что снижает стойкость изложниц.

При содержании марганца более 0,75%! резко снижается стой­ кость изложниц, так как увеличивается количество перлита в структуре чугуна, в результате чего понижаются его пластические

свойства.

Изменение содержания в чугуне углерода от 3,0 до 3,5% и

серы от 0,005 до 0,020%' не влияет на стойкость изложниц.

Материалы, входящие в состав шихты, оказывают значитель­

ное влияние на продолжительность службы изложниц. Так, напри­

мер, более высокое качество изложниц получается при примене­ нии лома изложниц с шаровидным графитом, вероятно, потому,

что в нем содержится меньше газов, серы и марганца. Опытные

изложницы на Н.-Тагильском металлургическом комбинате, отли­ тые из чугуна, шихта для которого состояла из 50% лома излож­ ниц из магниевого чугуна и 50% литейного чугуна, дали сред­ нюю стойкость 406 наливов, это примерно на 10% выше средней стойкости изложниц, отлитых из шихты, в которую не входит лом чугуна с шаровидным графитом. Химический состав чугуна этих

Установлено, что для отливки изложниц можно применять пе­ редельный чугун с целью частичной замены в шихте литейного чугуна. Проведенные опыты на Северском металлургическом за­ воде показали, что при вводе в шихту 25—35%; передельного маг­ нитогорского чугуна, содержащего 0,18—0,30% Мп, стойкость из­

ложниц не снизилась.

Механические свойства чугуна изложниц

Результаты изучения свойств магниевого чугуна, приведенные в гл. I, дают общее представление об этом материале в отноше­ нии его пригодности для изложниц. Известно, однако, что меха­ нические свойства чугуна определяются не только его химическим составом и способом выплавки, но находятся в тесной зависимо­ сти от конфигурации отливки и технологии ее производства. По­

этому было проведено сравнительное исследование качества маг­ ниевого и обычного чугуна на образцах, вырезанных из самих изложниц.

Механические свойства чугуна: твердость, предел прочности при изгибе и растяжении, стрела прогиба и относительное удли­

нение определялись на образцах, вырезанных из середины стенок или ближе к внутренней поверхности нижней части изложниц по ее длине.

Исследовали металл изложниц, не бывших в работе и после отливки в них определенного количества слитков. Изложницы из магниевого чугуна исследовались также до и после отжига. Хи­ мический состав и механические свойства чугуна приведены в табл. 37.

Из данных табл. 37 видно, что материал изложниц из обыч­ ного чугуна имеет низкие механические свойства; предел проч­ ности при изгибе составляет 31—35 кг/мм?, а предел прочности при растяжении — около 12 кг/мм2.

В процессе эксплуатации изложниц с пластинчатым графитом происходит понижение прочности и твердости, а пластичность, характеризуемая стрелой прогиба, несколько увеличивается. Про­ исходит это потому, что в работе изложницы нагреваются, и структура металлической основы претерпевает изменения — эвтектоидный цементит графитизируется и количество феррита значительно возрастает. Структура из перлито-ферритной превра-