СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ИЗЛОЖНИЦЫ Российский патент 1995 года по МПК B22D27/18 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно - к литейному производству, и может быть использовано для повышения стойкости изделий путем легирования рабочей поверхности алюминием при их отливке с применением стержней из жидкой самотвердеющей 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; алюминиевая пудра 7-9; дистен - силламанитовый концентрат - остальное. Покрытие наносят на нагретую до 150-350^оС рабочую поверхность изложницы через 15-17 наливов.

Недостатком этого покрытия является то, что покрытие наносят периодически два-три раза в процессе эксплуатации, тем более, что каждый раз изделие надо нагревать до 150-350^оС. Кроме того, покрытие, как и всякое другое керамическое покрытие, разрушается при ударных нагрузках, а периодичность нанесения покрытия увеличивает трудозатраты на эксплуатацию изложницы.

Известен способ, при котором наносят состав для повышения стойкости изложницы. Наносят на поверхность металлического или керамического стержня, просушивают и затем заливают металл. Состав содержит алюминиевый порошок, криолит, огнеупорную глину, кварцевый песок, хлористый натрий, воду при следующем содержании компонентов, мас.%: Алюминиевый порошок 29-33 Криолит 4-5 Огнеупорная глина 17-19 Кварцевый песок 10-15 Хлористый натрий 7-11 Вода 28-32
Содержание алюминия на рабочей поверхности изложницы свыше 24% по массе достигается варьированием толщины покрытия от 2 до 4 мм. Таким образом, количество алюминия, необходимого для получения указанной концентрации, определяется тем количеством алюминия, которое приходится на единицу объема покрытия, наносимого на единицу площади изложницы. Данный способ взят за прототип.

Недостатком этого состава и способа является то, что он применим для изложниц, отливаемых с применением металлических или керамических стержней, т.е. таких, которые не размываются наносимым составом; температура поверхности которых обеспечивает плавление криолита. Компоненты состава, имеющие разную как насыпную, так и удельную массу, при нанесение, сушке располагаются слоями, что мешает созданию диффузионного слоя в поверхности отливаемой изложницы. Этот состав можно использовать для применения на стержнях, не образующих пригара. В случае использования стержней из жидкой самотвердеющей смеси образуются пригары, для устранения которых необходимо применить противопригарную краску. А при нанесении состава слой противопригарной краски разрушается частицами кварцевого песка, т.е. возникает опасность появления пригаров. Соотношение криолита и хлористого натрия не обеспечивает плавление криолита при температуре поверхности стержня после заливки чугуна, появление диффузионного слоя не обеспечивается.

Целью изобретения является повышение стойкости изложниц за счет устранения пригаров и сохранения диффузионного слоя.

Указанная цель достигается тем, что в способе легирования рабочей поверхности изложницы, включающем нанесение на стержень алюминийсодержащего покрытия, сборку формы, заливку формы чугуном, покрытие содержит, мас.%: Алюминиевый порошок 68-75 Криолит 1,5-2,5 Хлористый натрий 8,5-12 Огнеупорная глина 12-21 Ингибитор 0,02-0,03, а наносят его на стержень с плотностью 1,40-1,50 г/см³ и расходом 800-1200 г/м².

Применение предлагаемого способа позволит повысить стойкость ее к оплавлениям и разгару изложницы, отливаемой с применением стержня из жидкой самотвердеющей смеси (ЖСС), как до просушивания его в сушильном устройстве, так и после просушивания. Причем покрытие плотностью 1,40-1,50 г/см³ и расходом 800-1200 г/м² может наноситься в случае использования стержня из ЖСС непосредственно на всю поверхность стержня или только на часть поверхности, наиболее подверженной оплавлению и разгару. Покрытие можно наносить как на поверхность с противопригарной краской, так и на поверхность без противопригарной краски.

Экспериментально установлено, что предельная концентрация алюминия в диффузионном слое чугунной изложницы, отлитой с использованием стержня из жидкой самотвердеющей смеси не преышает 20 мас.% .Также установлено, что стойкость изложницы при концентрации алюминия 15-20 мас.% практически одинакова. При такой концентрации толщина диффузионного слоя составляет 250-500 мкм и стойкость повышается больше, чем на 20%.

Для получения указанных параметров диффузионного слоя на единицу площади стержня необходимо нанести соответствующее количество алюминия, что обеспечивается с одной стороны содержанием алюминия в составе, с другой - удельным расходом состава. Удельный расход состава ограничен толщиной покрытия, наносимого на стержень. При чрезмерно большой толщине покрытия при заливке металла происходит "шелушение", местное отслаивание, т.е. нарушается целостность покрытия и, следовательно, диффузионного слоя. Снижается стойкость изложницы до уровня стойкости обычной изложницы. Минимальным расходом, обеспечивающим получение необходимых параметров диффузионного слоя, является расход 800 г/м² (пример 3). При этом содержание алюминия в составе должно быть не менее 68 мас.% (пример 5). Если алюминия меньше 68 мас.%, снижается концентрация алюминия в диффузионном слое, уменьшается стойкость. Увеличение расхода состава более 1200 г/см² приводит к "шелушению", смыву состава расплавленным металлом при заливке. Стойкость изложницы также уменьшается (пример 4). Увеличение содержания алюминия выше 75 мас.% снижает кроющую способность состава. Алюминий осыпается, смывается расплавленным металлом. Снижается стойкость изложницы (пример 6).

Криолит служит для растворения окисной пленки алюминия, образующейся на внутренней поверхности изложницы во время заливки расплавленного металла и препятствующей диффузии алюминия в поверхность изложницы. Если криолита нет, то диффузионный слой алюминия вообще не образуется. Минимальное количество криолита для образования диффузионного слоя, указанных выше параметров - 1,5 мас.%. Если криолита меньше, то снижаются параметры диффузионного слоя и, следовательно, стойкость изложницы (пример 7). Если криолита больше 2,5 мас. % , то при заливке металла из-за сильного газовыделения происходит отслаивание состава от слоя отсутствует и стойкость изложницы снижается до уровня стойкости изложницы без диффузионного слоя (пример 8).

Условиями, обеспечивающими растворения окисной пленки алюминия, являются температура поверхности стержня и время. Температура плавления криолита 1010^оС. Температура поверхности стержня не всегда достигает этого значения и поэтому криолит не всегда растворяет окисную пленку. Для снижения температуры плавления криолита использовали хлористый натрий. Для снижения температуры криолита содержание хлористого натрия должно быть не менее 8,5 мас. % . Если хлористого натрия меньше, а криолита 2,5 мас.%, то криолит не расплавляется, но растворяется окисная пленка, ухудшается смачиваемость частиц алюминия криолитом, диффузионный слой не образуется, стойкость к разгару остается на уровне обычной изложницы (пример 9). При содержании хлористого натрия более 12 мас.% на поверхности стержня образуется плотный слой расплавленной соли, не позволяющий выходить газам, происходит местное отслоение от слоя противопригарной краски или от поверхности стержня. Снижается стойкость изложницы (пример 10).

Огнеупорная глина служит для защиты частиц алюминия от окисления во время заполнения формы расплавленным металлом и является связующим элементом состава. Если огнеупорной глины меньше 12 мас.%, то часть частиц алюминия смывается расплавленным металлом. Снижается стойкость изложницы, так как алюминия недостаточно для образования оптимального диффузионного слоя. Если огнеупорной глины больше 21 мас.%, то затруднена диффузия алюминия в поверхность изложницы, часть алюминия остается в глинистом слое, что затрудняет его смыв при очистке изложницы после заливки металла и снижает концентрацию диффузионного слоя. Снижается стойкость изложницы.

В процессе приготовления состава и особенно при хранении готового состава из-за интенсивного газовыделения состав пенится, увеличивается в объеме, переполняет емкость. А при нанесении такого состава на поверхность стержня увеличивается расход состава, что приводит к его обтеканию, обеднению покрытия алюминием, снижению концентрации алюминия, уменьшению стойкости. Для устранения пенообразования и недостатков, указанных выше, в состав вводили ингибитор. В качестве ингибитора в изобретении использовали уротропин в количестве 0,02-0,03 мас.%. Содержание ингибитора менее 0,02 мас.% полностью не устраняло появление пены. При содержании ингибитора в десятых долях процента ухудшается смачиваемость частиц алюминия глинистым раствором, что приводит к смыву частиц алюминия расплавленным металлом. Снижается стойкость изложницы.

Результаты опытно-промышленных испытаний способа, проведенные в фасонно-литейном цехе ОХМК на изложницах УВС-13 и УВG-12, приведены в таблице. Опытно-промышленную отливку изложниц проводили с использованием стержней из жидкой самотвердеющей смеси.

П р и м е р ы 1 и 2 (прототип). Использовать этот состав на стержнях из жидкой самотвердеющей смеси (просушенных или непросушенных) невозможно из-за появления пригаров.

П р и м е р ы 3 и 4. Расход состава меньше и больше заявленного. В обоих случаях диффузионный слой не достигает оптимальных параметров.

П р и м е р ы 5 и 6. Алюминиевого порошка больше и меньше заявленного. В обоих случаях диффузионный слой не достигает оптимальных параметров: в первом случае из-за снижения кроющей способности состава и, следовательно, осыпания алюминиевого порошка; во-втором из-за недостатка алюминия для создания диффузионного слоя.

П р и м е р ы 7 и 8. Криолит за заявленными пределами. В примере 7 криолита меньше заявленного. Снижаются параметры диффузионного слоя. Стойкость на уровне обычной изложницы. В примере 8 криолита больше 2,5 мас.%. Из-за отслаивания слоя от противопригарной краски диффузионный слой местами имеет низкие параметры. Стойкость на уровне обычной изложницы.

П р и м е р ы 9 и 10. Содержание хлористого натрия за заявленными пределами. В примере 9 хлористого натрия меньше. Криолит не плавится, диффузионный слой имеет низкие параметры. В примере 10 из-за местного отслоения противопригарной краски и последующей зачистки пригара стойкость изложницы снижается ниже уровня стойкости обычной изложницы.

П р и м е р ы 11 и 12. Содержание огнеупорной глины за заявленными пределами. Диффузионный слой не достигает оптимального значения. Стойкость повышается незначительно. В примере 12 огнеупорной глины больше заявленного. Диффузионный слой меньше оптимального значения. Стойкость повышается незначительно.

П р и м е р ы 13 и 14. Ингибитор (уротропин) за заявленными пределами. Если его меньше (пример 13), то снижается концентрация алюминия. Стойкость повышается незначительно. В примере 14 ингибитора больше. Из-за смыва частиц алюминия при заполнении формы металлом стойкость практически остается на уровне рядовой изложницы.

П р и м е р ы 15 и 16. Плотность состава за заявленными пределами. В примере 15 плотность меньше заявленной, а в примере 16 - больше заявленной. В обоих случаях неравномерная толщина покрытия не позволяет получить оптимальный диффузионный слой. Стойкость практически не отличается от стойкости рядовой изложницы.

П р и м е р ы 17-19. Характеризуют стойкость изложниц при содержании алюминиевого порошка и ингибитора в заявленных пределах и в заявленном расходе состава и его плотности.

П р и м е р ы 20-22. Криолит по верхнему, нижнему пределам. Все остальные компоненты также в заявленных пределах. Стойкость изложницы оптимальная.

Если содержание ингибитора не превышает 0,03%, то смачиваемость алюминиевых частиц глинистым раствором не меняется.

Плотность состава после разведения его водой составляла 1,40-1,50 г/см³. Если плотность меньше 1,40 г/см³, то получаются подтеки, на месте которых уменьшается количество алюминия и не достигаются оптимальные параметры диффузионного слоя. Снижается стойкость изложницы. Если плотность выше 1,50 г/см³, то быстросохнущий слой на нагретой поверхности противопригарной краски получали неравномерным. Таким же неравномерным по концентрации алюминия получали и диффузионный слой. Стойкость изложницы снижалась.

Состав приготавливали следующим образом.

Расход состава 800-1200 г/см² умножали на площадь внутренней поверхности изложницы. По процентному содержанию компонентов из полученного количества состава определяли массу каждого компонента.

Рассчитанную массу алюминия засыпали в емкость, заливали водой по объему, равной двум объемам засыпанного алюминия, размешивали. Затем вводили рассчитанное количество ингибитора, размешивали и вводили глину. Добавляли еще объем воды и размешивали. Затем вводили рассчитанное количество криолита и хлористого натрия. Размешивали, замеряли ареометром плотность и добавляли воды до получения нужной плотности 1,40-1,50 г/см³. Затем состав наносили на стержень.

Использование: в черной металлургии, конкретно - в литейном производстве для повышения стойкости изделий путем легирования рабочей поверхности алюминием при их отливке с применением стержней из жидкой самотвердеющей смеси. Сущность изобретения: способ легирования рабочей поверхности изложницы включает нанесение на стержень алюминийсодержащего покрытия, сборку формы, заливку формы чугуном, при этом покрытие содержит, мас.%: алюминиевый порошок 68-75; криолит 1,5-2,5; хлористый натрий 8,5-12,0; огнеупорная глина 12-21; ингибитор 0,02-0,03. Наносят покрытие на стержень плотностью 1,40-1,50 г/см³ и расходом 800-1200 г/м² . 1 табл.

СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ИЗЛОЖНИЦЫ, включающий нанесение на стержень покрытия, содержащего алюминиевый порошок, сборку литейной формы, заливку ее расплавленным чугуном, отличающийся тем, что покрытие наносят дополнительно содержащим криолит, хлористый натрий, огнеупорную глину и ингибитор при следующей соотношении ингредиентов, мас.%:
Алюминиевый порошок - 68 - 75
Криолит - 1,5 - 2,5
Хлористый натрий - 8,5 - 12,0
Огнеупорная глина - 12 - 21
Ингибитор - 0,02 - 0,03
при этом покрытие наносят с плотностью 1,4 - 1,5 г/см³ и расходом 800 - 12000 г/м².