Способ обработки жидкого чугуна в ковше Советский патент 1993 года по МПК C21C1/08 C21C1/10 

Изобретение относится к черной металлургии и маииностроению, может быть использовано в производстве отливок из чугуна.

Известен способ обработки металла в изложнице при его кристаллизации посредством встряхивания изложницы вместе с расплавом. Однако этот способ не позволяет получить однородный по химическому составу слиток (отливку) из-за инициации всллывания примесей вдоль фронта и т.о. усиления ликвидационных процессов и необходимости использования сложного механического оборудования для осуществления

вибрации больших масс металла и изложницы (йормы). Кроме того, данный, способ вообще не пригоден в случае литья в песчанную форму.

Наиболее близким техническим решением является способ обработки жидкого расплава при введении легирующих компонентов в виде стержня-активатора, опускаемого в расплав, которому сообщают колебательные движения звуковой или ультразвуковой частоты.

Однако параметры колебаний, предлагаемые в данном способе не обеспечивают высокий уровень литейных и механических свойств при обработке

00

го ю

U

ю о

со

чугуна, а также сокращение глубины отбеленного слоя, в связи с чем качество отливок не улучшается.

Целью изобретения является повыше- ние литейных свойств чугуна и механических свойств отливок, а также уменьшения отбеленного слоя.

Поставленная цель достигается тем, что в способе обработки жидкого чугуна в ковше, включающем введение упругих колебаний в расплав с помощью активатора, согласно изобретению, активатору сообщают колебательные движения частотой 10-50 Гц и амплитудой 8-20 мм.

Активатор вводят в расплав на глубину 0,2-0,35 общей глубины ванны. Продолжительность обработки в зависимости от массы чугуна в ковше колеблется в пределах 0,5-5,0 мин. I

Выбранный диапазон частот и амплитуд вертикальных перемещений активатора обеспечивает высокую скорость образования зародышей кристаллов металлической основы и графитовых включений, согласно экспериментальным данным наиболее эффективно воздействует на градиентную и турбулентную коагуляцию зародышей твердого металла в расплаве до критического размера, за счет чего уменьшается удельная поверхность трения в расплаве и сни- хгается его вязкость, обеспечивая высокую жидкотекучесть, при этом изменяется характер затвердевания - процесс кристаллизации становится преимущественно объемным, уменьшается протяженность последовательно твердеющего металла и - вместе с ней - отбеленного слоя.

Нижней частоте колебания соответствует большая амплитуда и наоборот. При таком сочетании частот и амплитуд достигается наиболее рациональная турбулизация потоков в расплаве. При колебаниях активатора ниже нижнего предела не достигается необходимой интенсивности конвекции расплава, а выше указанного предела не наблюдается последующего прироста свойств.

Продолжительность вибрирования 0,5-5 мин определяется с одной стороны временем, минимально необходимым для полной турбулизации всего расплава, с другой - скоростью охлаждения расплава. В целом длительность обраo

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ботки определяется массой металла в ковше.

Глубина погружения активатора, составляющая 0,2-0,35 общей глубины ванны, обеспечивает конвекцию необходимой интенсивности в расплаве во всем его объеме. Погружение активатора на глубину менее 0,2 общей глубины ванны не обеспечивает достаточно интенсивного воздействия на весь объем обрабатываемого металла. Заглубление активатора на глубину более 0,35 глубины ванны не целесообразно, так как при этом активатор испытывает воздействие значительной выталкивающей силы Архимеда, что может привести к преждевременному его разрушению.

Примеры (конкретное использование). Литейный чугун состава, указанного в табл. 1, подвергали низкочастотному вибровоздействию в ковше: в расплав по оси ковша вводился активатор, совершавший синусоидальные вертикальные колебания. В экспериментах частота колебаний находилась в пределах Гц, амплитуда Зи-6 мм, температура изменялась от 1350 до 1500°С, продолжительность воздействия 0,75-1,5 бин, масса металла - 150 кг.

Использованы следующие варианты обработки (табл. 2):

Вариант 1. Частота колебаний активатора 5 Гц, амплитуда 30 мм.

Вариант 2. Частота колебаний активатора 10 Гц, амплитуда 20 мм.

Вариант 3. Частота колебаний ак- тиватора 50 Гц, амплитуда С мм.

Вариант fr. Частота колебаний активатора 60 Гц, амплитуда 6 мм.

Вариант 5. Без виброобработки, сравнительный.

Результаты изучения показателей качества чугунных отливок приведены в табл. 2, данные которой показывают следующее. Обработка расплава перед заливкой в форму по вариантам 1 и не дает заметных преимуществ по сравнению с исходным вариантом 5. Наилучшие показатели достигаются по вариантам 2 и 3. При обработке по этим вариантам наблюдается хорошо воспроизводимый эффект положительного влияния вибрации как на литейные, так и на механические свойства затвердевшего металла. Он заключается в значительном измельчении структурных соетавляюцих чугуна (на фиг.1 - не обработанный, на фиг.2 - после обработки в течение (5с.) - микрозерна, включений графита, повышении дисперсности перлита, а также существенном (в 1,5-2 раза) сокращении протяженности периферийной зоны отСела (табл. 2). Одновременно жидкотеку- честь виброобработаиного расплава повышается в 1,8-2 раза по сравнению с базовым вариантом. В необработанном чугуне при тех же режимах разливки размер микрозерна в 2-2,5 раза больше, графитовые включения имеют неблагоприятную по отношению к условиям зарождения трещин пластинчатую форму.

Как показали результаты механичес- ких испытаний, измельчение структурных составляющих обеспечило улучшение механических свойств получаемых отливок (табл. 2): мелкозернистая с измельченным графитом структура от- ливки обеспечивает более высокие (на

20-302) прочностные свойств отливок без дополнительного расхода модификаторов.

Сокращение протяженности отбеленной зоны позволит значительно (более, чем в 2 раза) сократить продолжительность графитизирущего отжига, увеличить пропускную способность участков термических печей. Достигаемое предлагаемым способом повышение свойств чугуна и его качества позволит получать экономический эффект.

15 Формула изобретения

Способ обработки жидкого чугуна в ковше, включающий введение упругих колебаний в расплав с помощью активатора, отличающийся тем, что, с целью повышения литейных свойств чугуна и механических свойств отливок, а такие уменьшения отбеленного слоя, активатору сообщают колебательные движения частотой 10-50 Гц и амплитудой 6-20 мм.

Использование: производство отливок из чугуна. Сущность: активатору, введенному в ковш с чугуном, сообщают колебательные движения частотой 10-50 Гц и амплитудой 8-20 мм. 2 ил. w fe

Таблица Химический состав чугуна (%)

iiiizziiiczi

3,4

1,75

Таблица 2

Протяженность отбеленного слоя, жидкотекучесть, прочность и твердость чугуна при различных параметрах виброобработки

5 10 50 60

Без вибро- оОработки

1

0,95

0,05

0,06

0,13

130-Й5230±12210

245-280280±9245

250-275275±12240

200-210240+12230

125-140215±15220

... Гл-ч , ;э /,С :- /f /

v«. &«. J

Ф//. /

t i

-

- r M ч Г., I

rr

, , v ( 1 / I

VU fr / V

- - да - , . j

if , чJ f

,да -J. r

. r -Wl$t ч

. ,. I . /

Ь

с