СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ИЗЛОЖНИЦЫ Российский патент 1997 года по МПК B22D27/18 

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для повышения эксплуатационной стойкости изложниц, поддонов и других изделий, отливаемых с применением стержней из песчано-глинистых смесей.

Известны защитное покрытие для рабочих поверхностей изложниц и поддонов и способ его применения, 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 температуры 150 - 350^oC рабочую поверхность изложницы через каждые 15 17 наливов [2]
Недостатком этого способа является периодичность нанесения покрытия. Покрытие наносят два-три раза в процессе эксплуатации, причем каждый раз изложница изымается из обращения, нагревается на 150 350^oC. Эти операции значительно повышают стойкость изложницы, возрастает трудоемкость в процессе эксплуатации. Кроме того, покрытие как и всякое другое керамическое покрытие не переносит ударных нагрузок.

Известны способ и состав для его реализации, содержащий алюминиевый порошок, криолит, хлористый натрий, огнеупорную глину, кварцевый песок, воду. Указанный состав наносили на металлический или керамический стержень, просушивали и заливали жидкий чугун. Состав наносили толщиной 2 3 мм [1]
Использовать этот способ и состав на изложницах, получаемых отливкой с применением стержней из песчано-глинистой смеси, невозможно. Это особенно относится к такому стержню в непросушенном состоянии. Поверхность непросушенного стержня, к тому же покрытая противопригарной краской, легко размывается при нанесении состава, причем смываются как алюминиевый порошок, так и противопригарная краска. При этом диффузионный слой не образуется, при заливке появляются пригары. Если же диффузионный слой все же образуется, то при удалении пригара удаляется и диффузионный слой, т.е. повышения стойкости изложницы не происходит. При разливке в такие изложницы электротехнических сталей с высоким содержанием кремния из-за высокой адгезии стенок изложницы к этим сталям получаются плены и другие дефекты поверхности слитка, что во время прокатки приводит к появлению рванин, а при прокатке на листе "рваной" кромки.

При нанесении покрытия на просушенный стержень с противопригарной краской использовать этот способ также невозможно. Если степень размыва несколько уменьшается, то он все-таки есть, появление диффузионного слоя проблематично. Возрастают трудозатраты, ибо стержень с противопригарной краской собирают в форму, но после просушивания подают не под заливку, а вторично разбирают, наносят состав, затем собирают форму, дают ей просохнуть за счет просушенной, горячей формы в течение 30 мин и более, только затем подают под заливку.

С целью повышения стойкости изложницы к разгару и оплавлению, а также повышения качества поверхности проката за счет легирования рабочей поверхности изложницы алюминием при снижении трудозатрат в процессе отливки изложницы на рабочую поверхность непросушенного стержня из песчано-глинистой смеси после нанесения противопригарной краски и выдержки 20 60 мин наносят состав, содержащий криолит, хлористый натрий, огнеупорную глину, декстрин, жидкое стекло, ингибитор, алюминиевый порошок при следующем содержании компонентов, мас.

Криолит 2,0 5,0
Хлористый натрий 9,0 11,0
Огнеупорная глина 8,0 12,0
Декстрин 1,4 1,8
Жидкое стекло 1,5 5,0
Ингибитор 0,02 0,04
Алюминиевый порошок Остальное
разведенный водой по плотности 1,56 1,7 г/см³ при расходе 800 - 1900 г/м².

Для повышения эксплуатационной стойкости изложницы за счет легирования рабочей поверхности при нанесении состава на непросушенный стержень экспериментально установлено качественное и количественное содержание компонентов в составе, плотность состава, обеспечивающая получение качественной рабочей поверхности и количество наносимого состава, гарантирующее легирование рабочей поверхности изложницы. Необходимость нанесения состава на непросушенный стержень после нанесения противопригарной краски вызвана тем, что этот способ является наименее трудоемким и легко вписывается в действующие технологические инструкции. Но влажный стержень после нанесения противопригарной краски необходимо предварительно выдержать в атмосфере цеха перед нанесением состава. Экспериментально установлено, что 20- минутная выдержка обеспечивает бездефектное нанесение состава в указанных качественных и количественных параметрах и заявленном расходе. Увеличение продолжительности выдержки свыше 60 мин не оказывает влияния на дальнейшее улучшение качества поверхности, но увеличивает продолжительность подготовки стержня к сборке. Если продолжительность выдержки менее 20 мин, то наблюдается местное оползание массы нанесенного состава, что снижает стойкость изложницы и снижает качество рабочей поверхности.

Вторым необходимым условием повышения стойкости изложницы при сохранении качества рабочей поверхности является плотность и расход состава на единицу площади рабочей поверхности непросушенного стержня из песчано-глинистой смеси.

Установлено, что для получения на рабочей поверхности диффузионного слоя с концентрацией алюминия 15 20 мас. и глубиной 200 600 мкм необходим расход состава не менее 800 г/м². При меньшем расходе требуемое содержание алюминия в диффузионном слое не достигается, снижается стойкость. При расходе состава более 1900 г/м² ухудшается качество рабочей поверхности (размыв поверхности при нанесении, оползание).

Влияние плотности выражается в том, что при меньшей плотности состав содержит меньше алюминия и для получения необходимой концентрации алюминия в поверхности надо увеличивать расход, что неизбежно приводит к снижению ее качества. Минимальной плотностью, гарантирующей повышение стойкости при сохранении качества, является плотность 1,56 г/см³.

При меньшей плотности появляются негативные причины снижения стойкости и качества поверхности (размыв поверхности, смыв алюминия). Плотность более 1,70 г/см³ затрудняет нанесение состава на поверхность, приводит к неравномерности распределения состава по поверхности, что снижает как ее стойкость, так и качество.

И наконец, третьим необходимым условием повышения стойкости изложницы есть качественное и количественное содержание компонентов в составе.

Функциональное назначение компонентов. Алюминиевый порошок служит для создания диффузионного слоя. Криолит и хлористый натрий обеспечивают его оптимальное использование для создания диффузионного слоя. Следовательно, нижний предел содержания алюминия ограничен тем его количеством, которое обеспечивает появление оптимального диффузионного слоя. Как установлено экспериментально, максимальный диффузионный слой имеет концентрацию алюминия не более 20% при глубине слоя 200 600 мкм. Для создания такого слоя достаточно то количество алюминия, которое ограничено нижним пределом при заданном расходе состава. Верхний предел ограничивается содержанием других компонентов и, особенно, жесткой регламентацией в составе количества криолита, а в зависимости от него, и хлористого натрия. Кроме того, для всех изложниц, отличаемых применением стержня из песчано-глинистых смесей, 20%-ная концентрация является предельной, т.е. увеличение количества алюминия бесполезно. Максимально допустимое содержание криолита для предлагаемого состава 5,0% Если криолита больше, то из-за повышенного газовыделения при заливке чугуна возможно отслоение покрытия от стержня. В этом случае стойкость изложницы падает до уровня стойкости обычной изложницы. Для снижения температуры плавления криолита при верхнем пределе его необходимо содержание хлористого натрия не менее 9% При содержании хлористого натрия более 11% также возможно отслоение покрытия из-за затрудненного газовыделения. При расплавлении хлористого натрия он образует на поверхности стержня сплошную пленку, затрудняющую выход газов.

Таким образом, содержание компонентов, непосредственно служащих для создания диффузионного слоя, должно находиться в заявленных пределах.

Остальные компоненты декстрин, огнеупорная глина, жидкое стекло - предназначены для прочного крепления алюминиевого порошка на поверхности стержня.

Для получения изложниц по наиболее перспективной технологии, т.е. с нанесением алюминийсодержащего состава на непросушенную изложницу, покрытую противопригарной краской, особое значение имеет содержание в составе жидкого стекла. Жидкое стекло способствует более быстрому отверждению поверхности, что благоприятно влияет на ее качество. Прекращается оползание слоя состава вместе с противопригарной краской с вертикальных поверхностей стержня, что сохраняет рельеф этих поверхностей. Нижний предел содержания жидкого стекла 1,5 мас. Это количество обеспечивает качественную поверхность. Верхний предел ограничен качественной консистенцией состава. Если жидкого стекла более 5% то происходит оседание алюминиевого порошка на дно емкости, что затрудняет равномерное нанесение состава на поверхность стержня или делает это невозможным.

Огнеупорная глина служит для защиты частиц алюминия от окисления в процессе заливки чугуна и главное для крепления частиц алюминия к поверхности стержня во время заливки. Кроме того, глина растворенная в воде, вместе с другими растворимыми компонентами способна создать необходимую плотность состава, позволяющей частицам алюминия находиться во взвешенном состоянии в составе, что обеспечивает качественное нанесение состава на стержень. Нижний предел содержания глины должен быть 8% Если глины меньше, то часть частиц смывается с поверхности во время заливки, снижаются параметры диффузионного слоя и стойкость изложницы. Содержание глины более 12% недопустимо, так как возможны пригары, что повышает трудозатраты при производстве изложницы, и на месте пригаров убирается диффузионный слой, что также снижает стойкость изложницы.

Декстрин служит для более прочного крепления частиц алюминия во время сушки собранной формы при температуре 150 300^oC, устраняет осыпание частиц алюминия. Во время заливки чугуна источник CO для снижения окисления алюминия. Минимальное содержание декстрина 1,4% Если меньше, то снижаются параметры диффузионного слоя, если его более 1,8% то происходит оседание частиц алюминия в составе, затрудняется процесс нанесения состава на стержень, снижается качество поверхности.

Ингибитор коррозии, в качестве которого выбран уротропин (гексаметилентетрамин), служит для сохранения качества состава в процессе его хранения даже непродолжительное время, ибо из-за электрохимических реакций во время приготовления состава и его хранения происходит выделение продуктов этих реакций. Состав пенится, затрудняется его нанесение, возрастают потери при нанесении, снижается качество поверхности. Нижний предел содержания ингибитора 0,02% при меньшем содержании не устраняется полностью пенообразование, при более 0,04% понижается смачиваемость частиц алюминия глинистым раствором, увеличиваются потери алюминия при заливке формы чугуном за счет смыва, что приводит к снижению параметров диффузионного слоя и, следовательно, стойкости изложницы.

Пример. Технология приготовления состава для нанесения его на непросушенный стержень следующая: по оптимальному содержанию компонентов на заданное количество изложниц развешивают необходимое количество компонентов в сухом виде. Например, на 10 изложниц с суммарной площадью 60 м (изложница ЛС-6,5; площадь рабочей поверхности 6,0 м) массу сухого состава 48,000 114,0 кг засыпают в мешалку с механическим или пневматическим перемешиванием, добавляют воды и перемешивают в течение 20 60 мин. Количество добавляемой воды не должно по массе превышать массу сухого материала. В процессе перемешивания периодически добавляют воды до получения необходимой плотности в пределах 1,56 1,70 г/см. Объем наносимого состава на отдельную изложницу выбран опытным путем и для оптимального состава определяется приготовлением его из оптимального содержания компонентов, плотности и расхода на единицу площади (1 м), затем умножая его на площадь рабочей поверхности конкретной изложницы. Из мешалки состав наливают в мерную емкость, приспособленную для пульверизации (обычное ведро). Пульверизация производится аналогично нанесению противопригарной краски, после нанесения которой и выдержки в течение 20 60 мин наносят объем состава. Далее форму собирают, просушивают по действующей технологии в сушильном устройстве при 150 350^oC в течение необходимого времени (для ЛС-6,2 порядка 3 4 ч) и заливают чугун.

В таблице приведены данные промышленных испытаний изложниц, обработанных по прототипу и предлагаемому способу.

Примеры 1 3 (по прототипу). Применение этого способа на изложницах, отливаемых с использованием стержня из песчано-глинистой смеси, невозможно.

Примеры 4 7 (предлагаемый способ). В таблице (колонка 17) приведены дефекты, появляющиеся при прокатке листов электротехнических сталей, а именно по "рваной" кромке.

Качество листа при глубине рванин по кромке от 0 10 мм считается хорошим, а при глубине 10 20 мм пониженным, глубина более 20 мм является бракованным признаком.

Испытания проводили в промышленных условиях в ФЛЦ ЧМК и листопрокатном цехе при прокатке трансформаторных сталей. Практически устранен дефект "рваная" кромка. Стойкость изложниц повысилась на 19 30%
Способ прошел полупромышленные и промышленные испытания. Внедрение намечается в 4 кв. 1992 г.

Способ включает нанесение на стержень алюминийсодержащего состава. Перед нанесением состава на стержень из песчано-глинистой смеси наносят противопригарную краску, выдерживают в течение 20 - 60 мин, потом наносят состав, содержащий алюминиевый порошок, криолит, хлористый натрий, огнеупорную глину, декстрин, жидкое стекло, ингибитор при следующем соотношении компонентов, мас. %: криолит 2,0 - 5,0; хлористый натрий 9,0 - 11,0; огнеупорная глина 8,0 - 12,0; декстрин 1,4 - 1,8; жидкое стекло 1,5 - 5,0; ингибитор 0,02 - 0,04; алюминиевый порошок - остальное. Состав разводят водой до плотности 1,56 - 1,70 г/см³ и наносят с расходом 800 - 1900 г/м². 1 табл.

Способ легирования рабочей поверхности изложницы, включающий нанесение на стержень алюминийсодержащего состава, отличающийся тем, что наносят состав, содержащий алюминиевый порошок, криолит, хлористый натрий, огнеупорную глину, декстрин, жидкое стекло, ингибитор при следующем соотношении компонентов, мас.

Криолит 2,0 5,0
Хлористый натрий 9,0 11,0
Огнеупорная глина 8,0 12,0
Декстрин 1,4 1,8
Жидкое стекло 1,5 5,0
Ингибитор 0,02 0,04
Алюминиевый порошок Остальное
разведенный водой до плотности 1,56 1,70 г/см³ при расходе 800 - 1900 г/м², а стержень используют из песчаноглинистой смеси, причем его предварительно перед нанесением состава покрывают противопригарной краской и выдерживают в течение 20 60 мин.