Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

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

.pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
30.10.2023
Размер:
25.99 Mб
Скачать

Изложницы из

магниевого чугуна

129

 

Таблица

51

Механические свойства чугуна в нижней и верхней частях

 

изложниц

(по отливке)

 

38

НИЗ

ав

3, %

кг/мм2

 

37,5

4,6

31,0

4,6

38,0

6,8

38,5

8,0

29,5

1,0

30,5

2,6

34,0

3,0

29,0

2,8

37,5

6,6

Среднее 34,0 4,4

Номер изложницы

 

 

47

верх

низ

верх

/мм 2

*

zww

6х-

м3-

6х-

*

 

 

гк/ %

чО

ео

аь кг

«о

«э

О

29,0

0,0

39,5

6,0

27,0

0,0

29,0

0,6

41,5

7,0

19.0

0,0'

25,0

0,6

41,0

5,4

20,5

1,6

31,0

1,0

37,5

3,6

22,5

1,0

27,5

1,0

41,0

5,4

25,0

1,4

13,5

1,0

41,0

5,4

24,0

0,0

16,0

0,0

39,5

6,0

28,5

2,6

17,0

0,0

 

 

22,0

1,0

 

 

 

 

28,0

4,0

 

 

 

 

29,0

2,0

 

 

 

 

25,5

0,0

23,5

0,5

40,0

5,5

24,6

1,2

 

64

НИЗ

верх

%

 

еа

 

чр

*

чО

/кгмм

ю

О *

со

 

О''

 

6х-

37,0

10,0

17,5

 

38,0

8,6

19,0

 

37,0

6,0

19,5

 

38,0

11,6

32,5

 

32,5

7,6

 

 

32,5

4,0

 

 

36,0

6,4

 

I

27,0

12,0

 

 

 

 

 

1 1 1

 

 

 

|

34,7

8,2

22,1

1,1

ны в табл. 51. Чугун в нижней части изложниц по отливке имеет средний предел прочности при растяжении 34,0—40,0 кг/мм? и относительное удлинение 4,4—-8,2%, а в верхней части соответ­

ственно 22,1—24,6 кг/мм2 и 0,5—1,2%, т. е. значительно мень­

шие.

Исследование показало, что низкие механические свойства чу­ гуна в верхней части изложниц получились из-за наличия, на­ ряду с шаровидным, до 50% пластинчатого графита, а также

большого количества шлаковых включений, черных точек и сер­ нистых соединений, которые после заливки формы не успевают

всплывать вследствие недостаточной температуры чугуна и боль­ шой высоты изложниц.

Неравномерность механических свойств чугуна наблюдается не только по высоте изложниц, но и в горизонтальных сечениях. Эта неравномерность является результатом неоднородности струк­ туры. Сравнительно низкие механические свойства, особенно от­

носительное удлинение, объясняются медленной кристаллиза­ цией чугуна в толстых стенках отливки.

Для установления влияния отжига и толщины стенки излож­ ниц на механические свойства у двух изложниц в нижней их части было сделано по два прилива толщиной 120 мм (на

9 Г. А. Писаренко. А. С. Филиппов

130 Изложницы из магниевого чугуна

35 мм меньше толщины стенки изложницы), шириной 220 и вы­ сотой 250 мм. Механические свойства металла приливов излож­ ниц до и после отжига приведены в табл. 52.

Таблица 52

Механические свойства чугуна приливов изложниц

 

до и

после

отжига

 

 

До отжига

После отжига

№ изложницы

 

S. %

кг]мм2

з. %

аь,

кг/ мчА

38

39,3

3,4

40,0

6,3

47

50,9

2,7

42,0

10,0

Из данных табл. 52 следует, что отжиг проведен правильно, так как относительное удлинение у отожженного чугуна значи­ тельно выше, чем у неотожженного.

Сравнивая механические свойства чугуна отожженных прили­

вов (табл. 52) и стенок нижней части изложниц (табл. 51), вид­ но, что у приливов они выше, особенно относительное удлинение.

Это говорит о том, что ускоренная кристаллизация чугуна в тон­

ких стенках способствует получению более высоких механиче­ ских свойств. Из изложенного следует, что путем уменьшения толщины стенок у крупных изложниц можно повысить их стой­ кость, но необходимо учитывать при этом, что изложницы с тон­ кими стенками более склонны к короблению в процессе эксплуа­ тации. Значительное уменьшение толщины стенок можно про­

изводить только у изложниц круглого, многогранного и квадрат­

ного сечений.

На основе результатов испытания опытных партий изложниц был сделан вывод, что для получения высокой стойкости излож­

ниц из магниевого чугуна необходимо повысить температуру чу­

гуна на

желобе и при даливке форм, а в чугун, обработанный

магнием,

производить доливку свежего чугуна в количестве 10—

20%. Этот вывод был учтен при последующей отливке крупных изложниц из магниевого чугуна.

Изложницы из доменного чугуна первой плавки

Изложницы из обычного доменного чугуна первой плавки пробовали отливать на многих заводах СССР, но, несмотря на положительные результаты [84; 85], этот способ получил практи­ ческое применение только на Магнитогорском металлургическом

комбинате, где с 1947 г. отливку изложниц производят из пере­

дельного доменного чугуна [86; 87].

Изложницы из магниевого чугуна

131

Расход сквозных изложниц, отлитых из передельного чугуна первой плавки на Магнитогорском металлургическом комбинате, небольшой и составляет 13—45 кг/т стали, а стоимость 1 т таких изложниц на 40—60 руб. меньше стоимости 1 т изложниц из ва­ граночного чугуна. Вследствие этого в настоящее время проекти­ рование и строительство ряда литейных цехов для отливки из­ ложниц в Советском Союзе ведется из расчета использования чугуна первой плавки. Поэтому отливка изложниц из чугуна пер­ вой плавки, обработанного магнием, представляет исключитель­ но большой интерес, особенно из чугунов с низким содержанием.1 фосфора, марганца и серы.

В связи с тем, что применение чугуна первой плавки, обрабо­ танного магнием, имеет большое значение не только для отлив­ ки изложниц, но и для других ответственных деталей было про­ ведено исследование свойств доменного чугуна до и после обра­ ботки его магнием [88].

Структура и свойства доменного чугуна до и после обработки магнием

Исследованию подвергался доменный передельный чугун Маг­ нитогорского металлургического комбината. Жидкий чугун обра­ батывался в ковшах магнием, который вводился в виде металли­ ческого магния или магниево-кремнистой лигатуры, содержавшей 15% Mg. При выпуске из доменной печи чугун имел темпера­ туру 13Q0—1410°, а после транспортировки его в литейный цех

1350—1360°.

Для опытов отливались трефовидные пробы до и после обра­ ботки чугуна магнием; высота пробы 370 мм, диаметр лепестка

30 мм. Были исследованы микроструктура и механические свой­ ства чугуна до и после отжига, а также склонность к росту и окисляемость неотожженного чугуна. Отжиг проб для механиче­

ских испытаний производился по следующему режиму: нагрев до 950°, выдержка при этой температуре 6 час., охлаждение До 600° со скоростью 20° в час.

Микроструктура чугуна представлена на рис. 47 и 48, а меха­ нические свойства — приведены в табл. 53.

Исследование структуры показало, что при всех вариантах обработки чугуна магнием кристаллизуется шаровидный графит.

Графитовая спель, имевшаяся в исходном чугуне (рис. 48), по­ сле обработки его магнием отсутствует.

По данным табл. 53 видно, что чугуны с шаровидным графи­ том, полученные путем обработки доменного чугуна магнием, ■имеют высокие значения прочности, пластичности и ударной вязкости. Следует особо отметить, что даже в неотожженном со­ стоянии чугун уже обладает достаточно высокими механическими свойствами.

9*

Плавке

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица

53

Химический

состав и механические свойства доменного чугуна

 

 

 

 

 

 

Химический состав

%

 

 

Неотожженный

 

 

 

Отожженный

 

Чугун

 

 

 

 

 

 

8

ак

 

 

 

8

 

 

с

Si

Мп

Р

S

Mg

%

кг*

/мм

ак

Ив

 

кг;*мм

%

*кгм\см

 

%

кем/см2

 

Исходный ........................

4,19

1,03

0,23

0,08

0,031

8,8

Нет

0,4,

ПО

33,0

8,9

8,5

125

Обработан 0,3% Mg . .

4,20

1,07

0,21

0,08

0,009 0,05

' —

— .

Обработан 0,15% Mg и

1лигатурой (0,1% ,4g и 0,35% Si от веса чу­

гуна) ........................

лигатурой

4,12

1,48

0,22

0,08

0,006

0,05

38,4

6,6

6,7

146

35,7

12,2

12,5

117

Обработан

4,01

1,67

0,21

0,08

0,005

0,05

47,1

6,7

6,1

178

37,3

17,3

7,6

119

(0,2% Mg и 0,7%Si) .

 

Исходный ........................

4,10

1,07

0,20

0,09

0,036

0,05

7,1

Нет

0,6 .

105

37,7

14,7

8,4

111

 

Обработан 0,3% Mg . .

4,17

1,09

0,19

0,09

0,008

 

Обработан

лигатурой

4,06

1,49

0,20

0,09

0,007

0,05

44,7

3,4

4,5

180

36,0

15,3

11,9

118

Z

(0,2% Mg и 0,7%’Si) .

Обработан

лигатурой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(0,2% Mg и 0,7% Si) и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

добавлен

ферросили­

3,94

2,18

0,20

0,09

0,006

0,05

42,5

7,5

7,0

156

39,0

9,5

11,6

138

 

ций (0,96% Si) ... .

Изложницы из магниевого чугуна

133

После отжига наиболее высокие механические свойства полу­ чились у чугуна, обработанного лигатурой. Металлическая основа этого чугуна состоит из почти чистого феррита с незначительным количеством перлита (рис. 47, б). Металлическая же основа чу­ гуна, обработанного одним магнием, вследствие отбеливающего

Рис. 47. Микроструктура доменного чугуна с шаро­ видным графитом (4,06% С и 1,49% Si). X 100:

а — неотожженный; б — отожженный.

действия последнего состоит из первичного цементита и ледебу­ рита, которые при отжиге не графитизировались полностью.

При низком содержании кремния в передельных чугунах, что­ бы избежать получения в отливках отбела, следует вводить кремний присадкой в ковш ферросилиция или производить обра­ ботку чугунов магниево-кремнистой лигатурой.

Исходный чугун с пластинчатым графитом (рис. 48), как это и следовало ожидать, имеет очень низкий предел прочности и ударную вязкость, а удлинение практически отсутствует.

134

Изложницы из магниевого чугуна

 

25

При исследовании окисляемости

чугуна образцы

диаметром

и высотой 25 мм подвергали 24

нагревам при

800°, общей

продолжительностью 205 час. Окисляемость определяли по при­

весу образцов (гм2/час).

Данные, приведенные в табл. 54, показывают, что доменный чугун с шаровидным графитом обладает значительно меньшей

Рис. 48. Микроструктура доменного чугуна с пластинчатьим графитом (4,10% С и 1,07 Si). X Ю0-

склонностью к росту и окислению, чем тот же чугун, но с пла­ стинчатым графитом.

Таблица 54

Рост и окисляемость доменного чугуна с шаровидным

и пластинчатым графитом

Плавка

2

1

 

 

Химический состав, %

Рост

Окис­

Чугун

 

 

 

 

ляе­

с

Si

Мп

Р

%

мость

 

3

/*гмчас

С пластинчатым графитом

4,10

1,07

0,20

0,09

0,036 1,60

9,50

С шаровидным графитом

4,06

1,49

0,20

0,09

0,007 0,06

3,95

С пластинчатым графитом

4,19

1,03

0,23

0,08

0,031

9,91

С шаровидным графитом

4,01

1,67

0,21

0,08

0,005 —

4,25

Меньший рост и окисляемость чугуна с шаровидным графи­ том объясняются тем, что включения графита, будучи изолиро­ ванными друг от друга металлической основой, не образуют сплошных каналов, по которым кислород может проникать внутрь чугуна и окислять железо и другие химические элементы.

Изложницы из магниевого чугуна

135

Отливка и стойкость изложниц из доменного магниевого чугуна

Из магниевого чугуна отливали слябовые изложницы, кон­ струкция и размеры которых приведены на рис. 49. Вес излож­ ницы 8,4 т, а слитка •— 7,0 т. Этот тип изложниц выбран потому,

что такие изложницы наиболее распрост­

ранены и имеют высокую стойкость (70— 90 наливов).

Изготовление разовых песчаных форм для опытных изложниц из магниевого чугуна производилось обычным способом. Внутренняя часть модели изложниц одно­

временно служит стержневым ящиком. Набивка форм и стержней делается од­ ной и той же смесью при помощи пнев­ матических трамбовок. Смесь подается

пескометом, который в данном случае используется только в качестве транспор­ тера. Удобство набивки обеспечивается вращением опоки вместе с моделью в го­

ризонтальной плоскости при помощи спе­

циального стола.

После отделки форму и стержень ок­ рашивают и направляют в камерные су­ шила. Сушка производится по следующе­ му режиму: нагрев от 50 до 150° в тече­

ние 2 час.; выдержка при

температуре

150°— 1 час; нагрев от 150 до 350° в те­

чение 2 час.; выдержка при 350°—2 часа.

Разрез собранной

формы

приводится

на рис. 50. Чугун подводится в

форму

сифоном через стояк

диаметром

90

мм.

Питатели сечением 50X90 мм устанавли­

вают по касательной,

в три

ряда

по

вы­ Рис. 49. Изложница.

соте, на расстоянии

300, 800 и 1300

мм

от низа формы. Для предотвращения размывания стенок пита­ телей их изготовляют в песчаных стержнях.

Верхняя часть формы постоянная и состоит из чугунной мас­ сивной плиты с отверстиями для установки выпора, литниковой воронки и каркаса центрального стержня.

Заливка форм производится из стопорных ковшей емкостью 27 т (рис. 51). Ковши имеют по два стопора, один из которых является запасным. Заливают формы быстро, через стопорный стакан диаметром 64 мм. Чугуном из одного ковша заливают три формы; при нормальной разливке продолжительность запол­

нения металлом первой формы составляет 1, второй'—1,5 и

третьей — 2 мин.

136

 

Изложницы из

магниевого чугуна

 

 

 

 

 

 

После заливки формы, но не ранее,

чем

 

через

40 мин., ме­

таллический верх снимают; через

2—3

часа

удаляют

патрон

стержня,

а через 4—6

час. изложницу

вместе с «земляной

ру­

башкой»

выталкивают из опоки при помощи специального тол-

 

 

 

 

кателя.

 

Залитая

 

изложница

 

 

 

 

вместе со стержнем остается в

 

 

 

 

«земляной рубашке» не менее

 

 

 

 

23 час. Удаление стержней из

 

 

 

 

изложниц после отжига произ­

 

 

 

 

водится

 

также

при

 

помощи

 

 

 

 

толкателя. Обрубка и очистка

 

 

 

 

изложниц ведется

пневматиче­

 

 

 

 

скими зубилами и наждачными

 

 

 

 

кругами. Питатели и облои от­

 

 

 

 

резают газовым резаком.

 

 

 

 

 

 

Доменный чугун для изложе­

 

 

 

 

нии

доставляют

в

литейных

 

 

 

 

цех в чугуновозных ковшах ем­

 

 

 

 

костью 75—90 т.

Чугун

этот

 

 

 

 

содержит

 

много

 

графитовой

 

 

 

 

спели

 

и

 

при

производстве

 

 

 

 

обычных

изложниц

 

ее прихо­

 

 

 

 

дится

частично

удалять дли­

 

 

 

 

тельной

 

выдержкой

(3—4

ча­

 

 

 

 

са) чугуна в специальных от­

 

 

 

 

стойниках. Введение же в

чу­

 

 

 

 

гун даже

небольшого

количе­

 

 

 

 

ства

магния

(0,05—0,08%)

 

 

 

 

полностью

удаляет

спель

[89],

 

 

 

 

поэтому при отливке изложниц

 

 

 

 

из магниевого чугуна нет необ­

 

 

 

 

ходимости

выдерживать его в

 

 

 

 

отстойниках.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При проведении опытов кри­

 

 

 

 

сталлизация

в чугуне

графита

 

 

 

 

шаровидной

формы

 

достига­

Рис. 50.

Форма ддя отливки

излож­

лась

обработкой

жидкого

чу­

2— выпор;

 

ницы:

 

гуна

магниево-кремнистой

ли­

3 — металлический верх формы;

гатурой.

Лигатуру

применя­

1 — центральный стержень с

патроном;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 — опока;

5 — протяжная рамка;

6 — под­

ли потому,

что при ее введении

 

 

дон; 7 — стояк.

 

в

чугун

 

процесс

 

обработки

идет спокойнее, чем при введении металлического магния и, кро­ ме того, одновременно происходит модифицирование чугуна кремнием, входящим в состав лигатуры. Чем меньше магния в лигатуре, тем лучше он усваивается чугуном, но применение бедной лигатуры (с низким содержанием магния) связано с уве-

138

Изложницы из

магниевого чугуна

Процесс

введения магния в

жидкий ферросилиций происхо­

дит спокойно, так как магний с кремнием обладают высокой взаимной растворимостью [91]. Для предотвращения горения и угара магния поверхность расплавленного ферросилиция в ков­ ше перед погружением магния следует покрывать древесно­ угольным порошком.

Чушки магния можно забрасывать в подогретый ковш и вы­ пускать на них из печи ферросилиций [92], но в этом случае угар магния получается несколько большим.

Рис. 52. Схема обработки чугуна (55—60 т) магниевой

лигатурой

в чугуно-

 

 

возном ковше:

 

 

 

/ — ковш;

2 — крышка;

3 — груз; 4 — серьга; 5 — болт; 6 — футляры с лигатурой;

 

7 — отверстия

в футлярах;

8 — штанги;

9 — шамотные трубки.

 

Лигатуру разливают в футляры, изготовленные из отрезков

стальных

труб. Внутренний

диаметр

трубы

300 мм,

высота

700 мм, толщина стенок 10—12 мм. С одной стороны трубы при­ варивается дно. Емкость футляра составляет 90—100 кг. Зали­ вать лигатуру в футляры следует в несколько приемов, в про­

тивном случае стенки футляров перегреваются и растворяются лигатурой. Заполнение футляров жидкой лигатурой дает воз­ можность делать их меньшего объема, чем при заполнении ли­

гатурой в кусках.

Вначале чугун обрабатывали магниево-кремнистой лигатурой

в стопорных ковшах емкостью 27 т, но были случаи смещения

стопоров, вследствие чего металл вытекал через стакан и под ковшом образовывалась скардовина. Впоследствии обработку

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ