СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ИЗЛОЖНИЦЫ Российский патент 1994 года по МПК B22D27/18 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для повышения стойкости изделий путем легирования рабочей поверхности алюминием при их отливке с применением просушенных стержней из песчано-глинистой смеси.

Известно защитное покрытие для изложниц и поддонов, которое наносят на рабочие поверхности с целью повышения стойкости указанных изделий. Покрытие содержит, мас. %: кремнезоль 35-37; электрокорунд 20-25; алюминиевую пудру 7-9; дистен-силламонитовый концентрат остальное. Покрытие наносят на нагретую до 150-350^оС рабочую поверхность изложницы через 15-17 наливов (авт. св. СССР N 973211, кл. В 22 С 3/00, 1981).

Недостатком этого способа является то, что покрытие наносят периодически два - три раза в процессе эксплуатации, перед нанесением покрытия поверхность надо подготавливать, нагревать до 150-350^оС, что значительно повышает трудозатраты. Кроме того покрытие, как и всякое другое керамическое покрытие, разрушается при ударных нагрузках.

Известен способ повышения стойкости изложниц путем легирования алюминием рабочей поверхности изложницы в процессе ее отливки. Алюминийсодержащее покрытие наносят на стержень из самотвердеющей смеси после формовки, заливают чугун. Алюминий из покрытия диффундирует в поверхность изложницы. Стойкость изложницы к разгару поверхности и приварам повышается. Покрытие содержит алюминиевый порошок, криолит, хлористый натрий, огнеупорную глину, кварцевый песок, воду (а. с. N 4806036, кл. В 22 D 27/18, B 22 C 3/00 от 29.04.91).

Этот способ, хорошо зарекомендовавший себя при применении его при отливке изложниц с использованием керамических или металлических стержней, совершенно непригоден при отливке изложниц на стержнях из песчано-глинистой смеси в просушенном состоянии. При нанесении состава кистью или обмазкой поверхность стержня, основой которой является песок, осыпается. При пульверизации поверхность размывается. Прочность покрытия недостаточна, чтобы предотвратить смыв покрытия при заливке металла. Соотношение криолита и хлористого натрия таково, что не обеспечивается температура поверхности стержня, достаточная для расплавления криолита.

Для повышения эксплуатационной стойкости изложниц в способе легирования рабочей поверхности изложниц, включающем нанесение на стержень алюминийсодержащего состава, состав наносят на сформованный стержень из песчано-глинистой смеси после нанесения противопригарной краски и просушивания в сушильном устройстве при температуре поверхности 50-100^оС. Состав содержит алюминиевый порошок, криолит, хлористый натрий, огнеупорную глину, декстрин, ингибитор при следующем соотношении компонентов, мас.%: криолит 2,0-2,8 хлористый натрий 9,0-11,0 огнеупорная глина 10,0-16,0 декстрин 0,8-1,2 ингибитор 0,02-0,04 алюминиевый порошок остальное
Состав наносят плотностью 1,52-1,55 г/см³ и расходом 850-1600 г/м².

Экспериментально установлено, что максимальная концентрация алюминия в рабочей поверхности изложницы, отлитой с применением стержня из песчано-глинистой смеси, просушенного в сушильном устройстве и температурой поверхности 50-100^оС, составляет 20 мас.%. Также экспериментально установлено, что стойкость изложницы при концентрации алюминия 15-20 мас.% остается на одном уровне. При этом толщина диффузионного слоя равна 100-500 мкм.

Для получения таких параметров слоя состав покрытия, его плотность, расход и температура стержня должны быть в пределах указанных в формуле изобретения, установленных экспериментально.

Минимально допустимая плотность 1,52 г/см³. Если плотность меньше, состав стекает с вертикальных стенок поверхности стержня, при этом неравномерность распределения состава приводит к появлению участков, содержащих меньшее количество алюминия, необходимого для создания оптимального диффузионного слоя. Кроме того происходит размыв поверхности стержня, снижается качество поверхности. Плотность более 1,55 г/см³ также приводит к неравномерному распределению состава по поверхности, снижению параметров диффузионного слоя на отдельных участках поверхности. Снижается стойкость изложницы. Количественное содержание алюминия в диффузионном слое обеспечивается при расходе 850-1600 г/см³. При этом нижний предел ограничен тем количеством алюминия, который необходим для создания диффузионного слоя, обладающего оптимальными защитными свойствами. Верхний предел обеспечивает сохранение качества поверхности. Если расход больше, то происходит размыв поверхности, что приводит к снижению качества и неравномерности распределения состава и, в результате, снижению стойкости изложницы.

Состав покрытия, полученный экспериментальным путем, при использовании его для диффузионного насыщения рабочей поверхности изложницы алюминием при отливке ее с применением просушенного стержня из песчано-глинистой смеси обеспечивает получение качественной поверхности изложницы, хорошую кроющую способность, возможность нанесения его на поверхность стержня, во взаимодействии с противопригарной краской обеспечивает получение отливки без пригаров. Такие свойства покрытия достигаются качественным и количественным соотношением компонентов.

Непосредственно для создания диффузионного слоя служит алюминиевый порошок. Для получения диффузионного слоя с концентрацией алюминия 15-20 мас. % в составе покрытия содержится 71-77,68 мас.% алюминиевого порошка.

Криолит служит для растворения окисной пленки алюминия, образующейся при заливке металла. Если криолита меньше 2,0 мас.%, появляются участки с нерастворенной окисной пленкой алюминия. На этих участках диффузионные процессы не происходят. Стойкость изложницы снижается до уровня обычной рядовой изложницы. Если криолита больше 2,8 мас.%, то увеличивается газовыделение при заливке изложницы. Возможно отслоение покрытия. На местах отслоений диффузионного слоя нет. Стойкость падает до уровня рядовой изложницы.

Хлористый натрий служит для снижения температуры плавления криолита, которая в зависимости от примесей, содержащихся в нем, колеблется в широких пределах. Температура поверхности изложницы в процессе заливки может не обеспечить плавления криолита. Если криолит не расплавится, не произойдет растворения окисной пленки. Диффузионного насыщения не произойдет. Стойкость изложницы останется на прежнем уровне.

Минимальное количество хлористого натрия для снижения температуры плавления всего криолита, содержащегося в покрытии 9 мас.%, а при содержании менее 9 мас.% не обеспечивается плавления криолита, при >11 мас.% возможно отслоение покрытия из-за затрудненного газовыделения. При частичном отслоении покрытия на участках диффузионный слой отсутствует. Стойкость изложницы остается на уровне рядовой изложницы.

Огнеупорная глина является связывающим элементом состава. Дополнительная функция - защита алюминиевого порошка от окисления при заполнении формы расплавленным металлом. Если огнеупорной глины меньше 10 мас.%, то часть алюминиевого порошка смывается металлом при заполнении формы. Снижается стойкость изложниц. При содержании глины более 16 мас.% также снижаются параметры диффузионного слоя из-за того, что часть алюминия остается в глинистом слое. Стойкость снижается.

Декстрин - крепитель состава на поверхности стержня до заливки металла улучшает качество поверхности покрытия. Если декстрина меньше, часть алюминиевого порошка осыпается. Количественное уменьшение легирующего элемента снижает параметры диффузионного слоя и стойкость изложницы. Минимальное содержание декстрина, обеспечивающее появление диффузионного слоя с оптимальными параметрами, 0,8 мас. %. Верхний предел содержания декстрина 1,2 мас.%. Дальнейшее увеличение содержания декстрина на параметры диффузионного слоя влияния не оказывает, но влияет на поверхностное натяжение воды. Относительно тяжелые частицы алюминия оседают на дно емкости. Затрудняется нанесение состава на поверхность стержня. Требуется непрерывное перемешивание состава.

В процессе приготовления состава, хранения готового состава происходят электрохимические реакции между металлическими стенками емкости и алюминиевым порошком. Происходит окисление алюминия, что при длительном хранении приводит к значительным его потерям, выделяется водород, что нежелательно по условиям безопасности процесса, состав пенится, что при нанесении состава повышает его потери за счет уменьшения плотности. Количество алюминия на единицу площади стержня снижается, снижаются и параметры диффузионного слоя.

Для устранения этих негативных явлений в состав вводят ингибитор коррозии - пирофосфат натрия или уротропин.

Минимальное количество ингибитора, устраняющее пенообразование, 0,02 мас.%, при < 0,02 мас.% полностью пенообразование не устраняется. Происходит снижение стойкости изложниц. При более 0,04 мас.% ингибитора снижается смачиваемость частиц алюминия глинистым раствором. Увеличивается смыв алюминия заливаемым металлом. Снижается стойкость.

Состав наносят на стержень при температуре поверхности 50-100^оС. При более низкой температуре покрытие не просушивается полностью. При заливке расплавленного металла в форму возможно отслоение части покрытия, что снижает стойкость до уровня изложницы без диффузионного (легированного) слоя. Температура выше 100^оС неприемлема из-за кипения воды, что снижает качество поверхности из-за частичного отслоения. Снижается стойкость изложницы до уровня рядовой изложницы. Результаты опытно-промышленных испытаний способа, проведенные в фасонно-литейном цехе ЧМК, приведены в таблице.

Примеры 1-3 - состав покрытия по прототипу. Из таблицы видно, что состав покрытия по прототипу непригоден для легирования рабочей поверхности изложниц, отлитых с применением просушенных стержней из песчано-глинистой смеси.

Примеры 4-11. Состав покрытия в заявленных пределах, при заявленной плотности и расходе. Состав наносят на стержень, предварительно покрытый противопригарной краской и просушенный в сушильном устройстве. Стойкость изложниц превышает 25%.

Использование: в черной металлургии для повышения стойкости изделий путем легирования рабочей поверхности алюминием при их отливке с применением просушенных стержней из песчано-глинистой смеси. Способ легирования рабочей поверхности изложницы включает нанесение на стержень из песчано-глинистой смеси алюминийсодержащего состава. Перед нанесением состава стержень предварительно покрывают противопригарной краской, просушивают в сушильном устройстве. При температуре поверхности стержня 50 - 100°С наносят состав, содержащий алюминиевый порошок, криолит, хлористый натрий, огнеупорную глину, декстрин, ингибитор при следующем соотношении компонентов, мас.%: криолит 2,0 - 2,8; хлористый натрий 9,0 - 11,0; огнеупорная глина 10,0 - 16,0; декстрин 0,8 - 1,2; ингибитор 0,02 - 0,04; алюминиевый порошок остальное. Наносят покрытие на стержень плотностью 1,52-1,55 г/см³ и расходом 850-1600 г/м² . Способ позволяет повысить стойкость изложниц за счет устранения пригаров и сохранения диффузионного слоя. 1 табл.

СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ИЗЛОЖНИЦЫ, включающий нанесение на стержень состава, содержащего алюминиевый порошок, отличающийся тем, что стержень используют из песчано-глинистой смеси, состав наносят на подслой из просушенной противопригарной краски при температуре поверхности стержня 50 - 100^oС, расходе 850 - 1600 г/м² и плотности 1,52 - 1,55 г/см³, при этом состав дополнительно содержит хлористый натрий, огнеупорную глину, декстрин и ингибитор при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Криолит 2,0 - 2,8
Хлористый натрий 9 - 11
Огнеупорная глина 10 - 16
Декстрин 0,8 - 1,2
Ингибитор 0,02 - 0,04
Алюминиевый порошок Остальное