СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК ИЗ ЧУГУНА ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ Российский патент 2007 года по МПК B22D18/02 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении отливок для металлургии, машиностроения и других отраслей промышленности.

Конечный продукт доменного производства - чугун передельный для получения из него стали и чугун литейный, чушковый для получения из него фасонного литья в машиностроении, получаемого гравитационной заливкой в изложницы с кристаллизацией под атмосферным давлением (Н.И.Севрюков и др. Общая металлургия, Металлургиздат, 1954).

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является способ изготовления отливок из чугуна доменной плавки, включающий выплавку чугуна в доменной печи, заливку дозы выплавленного чугуна в литейную форму для получения изложницы, предназначенной для изготовления стальных слитков (SU 1516219 А1, B22D 7/06 от 23.10.1989 г.).

Технологические возможности и номенклатура доменного чугуна ограничены. В получении промежуточного продукта - литейного чугуна, имеет место упущенная выгода, т.к. из жидкого металла можно получить более дорогостоящий продукт, чем чушковый чугун, например фасонное литье.

К отливкам изложниц не предъявляется особых требований по качеству металла и эта продукция имеет узкую область применения.

Целью предлагаемого технического решения является устранение отмеченных недостатков, а именно расширение технологических возможностей и номенклатуры доменного производства, улучшение его экономических показателей.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления отливок из чугуна доменной плавки, включающем выплавку чугуна в доменной печи, заливку дозы выплавленного чугуна в рабочую полость литейной формы, выплавленный чугун заливают в облицованный огнеупором металлоприемник, осуществляют дефосфорацию и десульфурацию чугуна, после чего вытесняют чугун из металлоприемника в рабочую полость литейной формы. Для этого необходимую дозу чугуна продувают в металлоприемнике азотом и вдувают вместе с газом в расплав вначале тонкодисперсный порошок СаО для удаления фосфора, а затем порошок CaC₂ для сульфурации, обработанный расплав вытесняют в интервале кристаллизации под механическим давлением в литейную форму и производят выдержку металла в форме для кристаллизации под давлением.

Следующее отличие способа заключается в том, что доменный чугун легируют в металлоприемнике алюминиево-магниевым сплавом. Из такого чугуна можно отливать заготовки (типа «сляб») из высокопрочного алюминиевого чугуна с шаровидным графитом для последующего передела их на прокат.

Это позволяет из жидкого доменного чугуна получать высококачественные отливки с повышенными механическими свойствами металла для нужд машиностроения - фасонные отливки вместо чушек с экономией энергии на их повторное расплавление, а в отдельных случаях вместо стального получать прокат из алюминиевого чугуна с шаровидным графитом с улучшенными характеристиками: меньший удельный вес, повышенная коррозионная стойкость, более низкая себестоимость проката, возможность нанесения покрытия по способу микроплазменного оксидирования для повышения износостойкости, коррозионной стойкости и тепловой защиты.

Пример 1.

Головку блока цилиндра дизеля получают в песчаных формах, собранных из стержней.

Формы устанавливают в контейнер по 10 штук (2 стопки по 5 штук). Доменный чугун, например ЛК4, заливают в камеру выжимания устройства ЛВКД (литье выжиманием с кристаллизацией под давлением) и через донную часть камеры продувают азот с одновременной подачей тонкодисперсного порошка СаО.

Происходит реакция:

(FeO)₃Р₂O₃+4СаО=(CaO)₄P₂O₅+3FeO

При уменьшении содержания фосфора до 0,1% вместе с СаО вдувают тонкодисперсный порошок CaC₂ для десульфурации и уменьшения серы до 0,01%.

Происходят реакции: 3FeS+СаС₂+2СаО=3CaS+3Fe+2СО;

FeS+СаС₂+2FeO=CaS+3Fe+2СО;

MnS+СаС₂+2MnO=CaS+3Mn+2СО.

Одновременно продуваемый через чугун азот соединяется с нитридообразующими элементами, имеющимися в сплаве, в том числе в виде примесей, и образуются наночастицы (эндогенные) Fe₄N, Fe₂N, Cr₂N и др.

После десульфурации и достижения температуры чугуна 1200°С и наличия в нем твердой фазы из аустенита, цементита и наночастиц нитридов выжимают расплав с заданной скоростью в литейные формы. В процессе заполнения и после заполнения форм расплавом производят выдержку под газовым давлением 5 атмосфер до полного затвердевания отливок, затем давление сбрасывают, производят выдержку для охлаждения отливок в формах до 800°С, выбивку их из форм и процесс повторяют.

Полученные отливки имеют предел прочности 400÷450 МПа, относительное удлинение 1,2÷1,8%, высокую герметичность.

Пример 2.

Прокатные валки с профилированной поверхностью бочки, с готовыми ручьями, получают следующим образом.

Полую пенополистироловую модель прокатного валка склеивают из отдельных частей. На поверхность модели бочки приклеивают рубашку с профилированной, или гладкой, наружной поверхностью, с толщиной стенки 10-20 мм, выполненной из порошка термореактивной шихты со связующим: порошок ПГ-ПС-14-60 ТУ 48-19-122-74 (55%), железный порошок (37%), карбид бора (3%), борная кислота (1%), связующие - остальное.

Рубашку и модель снаружи покрывают краской на основе тугоплавких окислов, например тонкодисперсного электрокорунда.

Подготовленную модель устанавливают в контейнер с зазором от его стенок, в который засыпают сухой кварцевый песок при наложении вибрации. Расплав чугуна, обработанный также, как и в примере 1, вытесняют в форму под механическим давлением при температуре 1250°С с одновременным вакуумированием контейнера для отсоса продуктов газификации пенополистироловой модели.

При контакте чугуна с армирующей рубашкой происходят реакции:

В₄С+Fe+2O₂=FeB+В₂O₃+В+СО;

В₄С+2Fe+2O₂=Fe₂B+В₂O₃+В+СО;

и происходит контактно-реактивное плавление шихты.

Состав порошка ПС-14 - 60 (%):

С - 4÷5,7; Cr - 35,7; Ni - 0,7÷1,8; Mn - 0,7; Si - 2,3; В - 0,1÷0,32; Cu - 0,5÷1,13, Fe - остальное.

Залитый чугун затвердевает, а рубашка сначала расплавляется, а затем тоже затвердевает, плотно охватывая валок снаружи.

При этом сразу после заполнения форм расплавом чугуна в нее подают сжатый газ для затвердевания отливки под давлением 5 атмосфер.

Готовую отливку охлаждают в форме до 800°С, затем производят выбивку и процесс повторяют.

Готовая отливка прокатного валка имеет следующие характеристики:

- профилированная бочка с готовыми литыми ручьями;

- твердость материала бочки 63÷65 HRC;

- механические свойства металла шеек валка: предел прочности 400÷450 МПа, относительное удлинение 1,2÷1,8%.

При эксплуатации полученные валки превосходят по стойкости существующие отбеленные не менее чем на порядок.

Пример 3.

Прямоугольные заготовки (типа «Сляб») 100×1000×3000 мм отливают из алюминиевого высокопрочного чугуна с содержанием С - 3,2÷3,5%; Si - 1,0%; Al - 2÷3%, используя доменный чугун, следующим образом.

В качестве исходного материала используют жидкий доменный чугун с содержанием С - 3,2÷3,75%; Si - 1,0%; Mn - 0,5÷0,8%; P до 0,04%; S до 0,05% и алюминий А7 (или лом электротехники) с добавкой 2÷3% магния.

Собранную литейную форму, состоящую из двух графитовых блоков, оформляющих плоскости заготовки, и облицованные песчаной смесью боковины помещают в контейнер, нагревают до 200°С и устанавливают в устройство ЛВКД.

Дозу доменного чугуна обрабатывают, как в примере 1, а затем вводят дозу жидкого алюминия с магнием под слой чугуна, на дно камеры выжимания, из установки литья под низким давлением, не прекращая продувку азота для перемешивания алюминия и чугуна.

При температуре 1200°С расплав из камеры выжимают в рабочую полость литейной формы и после заполнения формы расплавом в нее подают сжатый газ под давлением 5 атмосфер и выдерживают до окончания затвердевания заготовки.

Расплав, поступающий в литейную форму, имеет готовые центры кристаллизации в виде эндогенных наночастиц, твердой фазы чугуна, карбидов алюминия при содержании фосфора менее 0,1%, серы менее 0,01%. Введение магния способствует образованию графита шаровидной формы. Сжатый газ воздействует на расплав через облицованные песчаной смесью боковины формы. Полученная отливка имеет мелкое первичное зерно, равномерный хим. состав и не имеет пор.

Предел прочности полученного металла на растяжение составляет 600-900 МПа, относительное удлинение - 20%, твердость НВ - 220÷260, КС>100 кДж/м².

Полученная заготовка направляется на листопрокатный стан для последующей обработки.

Использование изобретения позволяет расширить технологические возможности и номенклатуру доменного производства, снизить себестоимость литья для машиностроения, устранить для отдельных видов проката стальной передел и конверторное производство.

Изобретение может быть использовано при изготовлении отливок в металлургии, машиностроении и других отраслях промышленности. Чугун доменной плавки заливают в облицованный огнеупорным материалом металлоприемник. Осуществляют дефосфорацию и десульфурацию чугуна путем вдувания в расплав тонкодисперсного порошка СаО, а затем порошка СаС₂. Обработанный расплав вытесняют в рабочую полость литейной формы и производят выдержку для кристаллизации расплава в форме под давлением. Доменный чугун дополнительно легируют алюминиево-магниевым сплавом. Обеспечивается расширение технологических возможностей, снижение себестоимости литья для машиностроения. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления отливок из чугуна доменной плавки, включающий выплавку чугуна в доменной печи, заливку дозы выплавленного чугуна в рабочую полость литейной формы, отличающийся тем, что выплавленный чугун заливают в облицованный огнеупором металлоприемник, осуществляют дефосфорацию и десульфурацию чугуна, после чего вытесняют чугун из металлоприемника в рабочую полость литейной формы.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что доменный чугун легируют в металлоприемнике алюминиево-магниевым сплавом.