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

выплавлена малоуглеродистая кремнистая сталь с содержанием

5,0—6,0%' Si, в которой отсутствовали не только остаточный магний, но и включения графита. У этой стали при испытании оказалась очень высокая окалиностойкость (табл. 72).

Таким образом, установлено, что остаточный магний непо­ средственно не оказывает влияния на повышение окалиностой­ кости. Больше того, графит шаровидной формы не является необ­ ходимой структурной составляющей окалиностойких сплавов. Кремнистая сталь, не содержащая включений графита, является материалом высокой окалиностойкости. Однако наличие углеро­ да в сплавах придает им другие весьма важные свойства. Струк­ тура кремнистой стали состоит в основном из силикоферрита, очень хрупкой и напряженной составляющей. Почти невозмож­ но получить здоровые фасонные отливки из кремнистой стали с содержанием 5,0—6,0% Si. Обычно они растрескиваются и рас­ падаются на куски еще в литейной форме. Если же и удается извлечь отливку из формы неповрежденной, то она самопроиз­ вольно разрушается в процессе очистки, транспортировки или при обычном хранении в цехе. При наличии достаточного коли­ чества углерода в кремнистых сплавах образуются структурные

сплава, в результате чего отливки менее подвержены растрески­ ванию. Однако полностью от этого недостатка не свободны даже

кремнистые чугуны.

Другим недостаткомкремнистых сплавов с малым содержа­ нием углерода является высокая температура плавления и раз­ ливки, в связи- с чем возникает необходимость плавки их в мар­ теновских или электрических печах; а также усложняется приго­ товление литейных форм, очистка отливок и т. п. Тем не менее,

при наличии соответствующих плавильных печей и отливке дета­ лей несложной конфигурации малоуглеродистые кремнистые стали могут служить ценнейшим окалиностойким материалом, успешно заменяющим дорогостоящую хромистую сталь с содер­ жанием 30 % Ст.

Литейные свойства

Жидкотекучесть. После обработки магнием или маг­ ниево-кремнистой лигатурой температура чугуна понижается на

50—60° и он приобретаетхарактерный красноватый цвет. Показания обычного оптического пирометра- в данном случае

не отражают истинной температуры, а следовательно, и жидко­ текучести чугуна, поэтому в производственных условиях одним из способов определения жидкотекучести чугуна является за­

определению жидкотекучести кремнистого чугуна, обработанно­ го магнием, с помощью этих спиралей показали, что жидкоте­ кучесть его достаточно высокая и почти не уступает жидкотеку­ чести обычного кремнистого чугуна. Так, длина спирали из

обычного кремнистого чугуна составляет 660—760 мм, а из того

же чугуна, обработанного магнием (при равной температуре),—• 650—680 мм.

Впоследствии это подтвердилось при отливке тонкостенных деталей, однако следует принимать все необходимые меры для достижения максимальной температуры чугуна при выпуске его из вагранки, так как это способствует снижению количества дефектов в отливках и упрощает организацию работ по обра­ ботке чугуна магнием и заливке в формы.

Усадка. Линейная усадка кремнистого чугуна с шаровид­ ным графитом определялась тем же методом, что и для обыч­ ного кремнистого чугуна. Она оказалась равной 0,84%, т. е.

несколько выше обычной. Соответственно более высокой оказа­

лась полная литейная усадка (1,41%’) и особенно послеперлитная (1,36%). Это является недостатком новой марки чугуна, так как из-за большой усадки в отливках получаются значитель­ ные внутренние напряжения. При отливке игольчатых труб рекуператоров образовывались холодные трещины. Оказалось необходимым провести специальные исследования и эксперимен­ тальные работы для того, чтобы ослабить или нейтрализовать

действие этих напряжений.

В отношении объемной усадки при отливке деталей метал­ лургического оборудования не обнаружено существенного раз­ личия между магниевым и обычным серым или кремнистым чу­ гуном и не потребовалось принятия специальных мер по пред­ отвращению дефектов.

нии и временное сопротивление изгибу у чугуна, обработанного магнием, примерно в 2 раза выше, соответствующих свойств обычного кремнистого чугуна. Более высокая прочность' чугуна,

обработанного магнием, способствует расширению области его

применения.

Пластические свойства чугуна, обработанного магнием (стре­ ла прогиба и ударная вязкость), не отличаются от свойств обыч­ ного серого и кремнистого чугунов, Однако при повышенных

температурах малопластичный хрупкий чугун становится вязким.

При температуре 800° относительное удлинение у некоторых об­

Твердость чугуна, обработанного магнием, превышает твер­ дость обычного кремнистого чугуна примерно на 50%'. Однако в практике производства выяснилось, что особых затруднений в процессе механической обработки отливок из этого чугуна не встречается.

Таблица 75

литейный чугун ЛК1 —75%; стальной лом— 15%;. ферросили­

ций 45-%'ный — 10%;.

Операции по подготовке и процесс плавки не отличаются от плавки обычного кремнистого чугуна.

Обработка чугуна магнием и модифициро­ вание ферросилицием. Обработка жидкого чугуна в ковше производится металлическим магнием в количестве 0,3— 0,5% по схеме, представленной на рис. 73. Перед обработкой на дно ковша забрасывается 0,2—0,3% измельченного 75%-ного ферросилиция, который при сильном бурлении металла хорошо

усваивается и оказывает модифицирующее действие, предотвра­ щая образование карбидов. Известно, что такого рода добавки ферросилиция действуют значительно эффективнее, чем простое

повышение содержания кремния в шихте.

По данным П. И. Степина [112], ферросилиций, введенный в

выделений структурно свободного цементита, тогда как в чугуне немодифицированном, при равном содержании кремния, он

184 Детали воздухонагревательных аппаратов и печей

обнаруживался, особенно в тонкостенных отливках при быстром охлаждении.

Заливка форм. Заливку форм, после обработки чугуна магнием, следует вести быстро, чтобы избежать большого сни­ жения температуры чугуна. Для улучшения заполняемости форм следует увеличить сечение питателей на 20—30% против обыч­

ных.

После обработки чугуна магнием на поверхность жидкого

металла всплывают шлак, окислы и другие неметаллические включения. Рекомендуется счищать шлак с поверхности металла

или при малом количестве металла (100—500 кг), задерживать шлак в ковше во время заливки. Шлак получается обычно гу­ стой, тугоплавкий и при правильно сконструированной, тормозя­ щей литниковой системе легко отделяется от металла и задер­ живается в литниковой чаше и в элементах литниковой си­ стемы.

Охлаждение отливок. Отливки должны медленно остывать в формах. Кремнистые сплавы, как уже было отмече­ но выше, отличаются хрупкостью, которая возрастает при охлаждении со скоростью большей 14° в час, начиная от темпе­ ратуры 200—300°. Причина этого явления еще недостаточно изучена, однако практикой установлены меры борьбы с ним. Отливки из высококремнистых сплавов с содержанием 14—15% Si выбивают из форм при температуре 800—900° и сразу поме­ щают в отжигательные печи или томильные колодцы, предвари­

так велика, как у сплавов типа С-15, однако и для них необхо­

димо принимать меры по предотвращению холодных' трещин.

Необходимо осторожно обращаться с отливками при выбивке, транспортировке и очистке их.

3. Примеры отливки деталей металлургического оборудования

из окалиностойкого кремнистого чугуна с шаровидным графитом

Колосники агломерационных машин

В настоящее время в связи с развитием агломерации руд и строительством новых фабрик повышение стойкости колосников

для агломерационных машин приобретает важное значение. Ко­ лосники обычно отливают либо из простого серого чугуна, либо

из чугуна, легированного 1 —1,5% Сг. Но такой чугун не являет­

велик и достигает 0,5 кг/т агломерата [113], а срок службы их не превышает 4—6 месяцев.

В нормальных условиях работы агломерационных лент ра­ бочая температура колосников составляет 700—800°, однако при интенсификации процесса, и особенно при отклонениях от нор­ мальных условий работы (частые или продолжительные оста­

новки), рабочая температура колосников резко повышается, до­ стигая в отдельных случаях 1000°. При этом происходит быстрое

разрушение колосников, отлитых из обычных, не стойких чу­ гунов.

Были предприняты попытки отливать колосники из высокохромистых чугунов (20—30% Сг), которые оказались весьма стойкими в работе. Однако широкому распространению их на агломерационных фабриках препятствуют повышенная стоимость и неизбежное усложнение технологии производства.

Отливка колосников из кремнистого чугуна не вызывает

усложнения технологии, а стоимость их по сравнению с отлив­

ками из обычного серого чугуна увеличивается всего на 10—

15%. На одной из агломерационных фабрик была отлита пар­ тия колосников из кремнистого чугуна, испытание которых в работе показало хорошие результаты.

Колосник представляет собой отливку несложной конфигу­

рации весом 2,4 кг (рис. 70).

Формуются колосники в парных опоках, по 4 шт. в опоке, на формовочных машинах с протяжной плитой. Заформованные опоки составляются в стопки по 8 полуформ в каждой. Общий вид формы показан на рис. 79.

Заливка производится в сырые формы через один общий стояк, из кранового ковша емкостью 800 кг. Металл плавится в вагранке диаметром 600 мм с копильником производитель­

ностью 1,5 т/час.

Металлическая шихта и кокс подготовляются в соответствии

с требованиями, изложенными выше. В результате правильной подготовки шихты и рационального способа ведения процесса плавки чугун на желобе имеет температуру 1380—1420°. Обра­ ботка чугуна производится металлическим магнием в количестве 0,3% в ковше емкостью 800 кг, который заполняется на 2/з вы­ соты. Модифицирование чугуна ферросилицием не производится. Исходный чугун до обработки магнием имеет состав: 2,6—2,9%

С; 5—6% Si, 0,6—1,0% Мп; до 0,3% Р; до 0,10% S. После об­ работки магнием химический состав, кроме содержания серы,

практически не меняется.

В связи с понижением температуры чугуна после обработки магнием первоначально из стопки убирали две полуформы. Впо­ следствии оказалось, что эта мера была излишней. Жидкотеку­

186 Детали, воздухонагревательных аппаратов и печей

честь чугуна оказалась настолько высокой, что были даже слу­ чаи «ухода» металла из стопки.

При отливке колосников не потребовалось изменения сущест­ вующей технологии, оснастки и по существу отличие от старой технологии заключается в введении дополнительной операции об­ работки чугуна ® ковше магнием.

количества перлита и шаровидного графита.

Литейный брак при отливке опытной партии колосников ока­ зался таким же, что и при отливке их из обычного чугуна. Опыт­ ные колосники были испытаны в работе на одной из лент агло­ мерационной фабрики.

Первый осмотр после 4-х месяцев работы показал, что поверхность колосников не подвергалась заметному окислению, тогда как колосники из обычного чугуна были уже сильно оки­ слены и через последующие 2—3 месяца работы должны быть заменены новыми.

Подсчеты, произведенные по окончании эксплуатации опыт­ ных колосников, показали, что расход их ничтожно мал и составляет не более 10 а/т агломерата. Распространение этого опыта на все агломерационные фабрики даст большую эконо­ мию металла и денежных средств.

Игольчатые трубы рекуператоров

Примером 'сложной отливки из кремнистого чугуна, обрабо­ танного магнием, является труба игольчатого рекуператора. Та­ кие трубы выпускаются отечественной промышленностью не­ скольких типоразмеров, но наиболее крупной и сложной для от­ ливки является труба, показанная на рис." 68. Габариты отливки

на стенок — повсюду равномерной — отклонения по толщине до­ пускаются не более 2 мм; количество игл, не соответствующих по размерам чертежу (недолитые или поврежденные), не должно превышать 10%; трубу необходимо очистить от пригара, прили­ вов и заусенцев снаружи и внутри.

Исправление дефектов допускается всеми видами сварки со­ ответствующим электродом; течь и потение при гидроиспытании возможно исправлять пропиткой жидким стеклом. Получить та­

кую отливку при современном состоянии литейной техники и в условиях массового производства при машинной формовке и тщательно выполненной оснастке, хорошо приготовленной фор­

мовочной смеси не составляет особых затруднений. В других условиях получение годных отливок при минимальном количестве

брака представляет уже сложную задачу.

Большие затруднения вызывает выполнение требования рав­ номерности толщины стенок, а также необходимость борьбы с трещинами в отливках.

Центральный стержень имеет очень небольшое сечение при большой длине; к тому же это сечение ослаблено иглами, глубоко

холодные трещины. Иногда видимых трещин на трубах не обна­ руживается, но они возникают при выбивке стержней или при гидроиспытании отливок.