Изложница для отливки слитков Советский патент 1980 года по МПК B22D7/06 

1

Изобретение относится к металлургии и летейному производству.

Известна изложница для отливки слитков, состоящая из наружного основного металлического и внутренне- 5 го слоев 1,

Однако слои имеют толщину 0,5 2,0 мм,поэтому долгого и качественного сопротивления износу такие изложницы, оказать не могут. Строение рабочего .0 сло не отвечает требованиям максимальной огнеупорности, изностойкости и стойкости против разгараи размывапо двум причинам. Во-первых, в качестве огнеупорного материала берет- 5 ся смесь корунда, бентонита, асбеста и жидкого стекла, из-за наличия разнообразных по природе химических соединений при высоких температурах разливки.J,eтaллoв способны к 20 взаимодействию не только друг с другом, но и с окислами запиваемого металла с образовсшием легкоплавких соединений, т,е, такая металлокерамика разрушается. Во-вторых, эти вклю- 25 чения распределены в структуре чугуна, того самого чугуна, из которого изготавливаются все изложницы с присущими им недостатками и слабыми сторонами их эксплуатации.30

Цель изобретения - повышения жаростойкости и стойкости против разгара и размыва рабочей поверхности струей жидкого металла.

Поставленная цель достигается тем, что внутренний слой выполнен из легированного вязкого сплава на основе железа с равномсзрно распределенными включениями огнеупорного наполнителя при -соотношении-толщин(Внутреннего слоя и стенки изложницы 0,05 0,2 ,

В качестве легированного вязкого сплава на основе железа может быть использован чугун, легированный никелем.

В качестве огнеупорного наполнителя может быть использован корунд.

На фиг. 1 изображена изложница, продольный разрез; на фиг. 2 - раз-, рез А-А фиг. 1,

Упрочненный слой 1 изложницы 2 состоит из высоколегированного чугуна с включениями огнеупорного наполнителя (корунда), причем, ближе к поверхности 3 концентрация легирующего элемента зыше, чем в глубине тела изложницы, Указанное соотношение между толщинами слоев обеспечивает надежную и долговечную эксплуатацию изложниц, посКОЛЬКУ в ряде случаев, например, в изложницах для отливки никелевых анодов допускаются вымоины 20-30 мм. В качестве легирующего элемента выбран металл, хорошо растворяющийся в чугуне (материалеизложницы) и плохо в заливаемом сплаве, повышаниций вязкость и жаростойкость его, т,е, благо творно влияющий на разгаростойкость. Наиболее эффективно работает в сплаве тот металл, который находится в заливаемом в изложницу сплаве, или не растворяется в нем. Например, в изложницах для никеля в упрочненном слое наиболее желателен никель, для хромистых сплавов - хром и т.п., поскольку никель с никелем, хром с хромом не взаимодействуют, что Обеспечивает -высокую стойкость упрочненного слоя как к химическому, так и к тепловому взаимодействию в процессе эксплуатации.Концентрация легирующего элемента плавно изменяется от поверхности вглубь тела изложницы до нуля, что обеспечивает прочное соединение слоя с металлом отливки,не вызывая значительных напряжений в переходной зоне из-за отсутствия резких концентрационных перепадов по составу.Зани.мая в массе слоя более 50% объема,обладая значительным размером (диаметр зерен 0,2-3,0 мм) и необходимыми свойствами, включения огнеупорного наполнителя играют определяющую роль в процессе взаимодействия между слитком и изложницей: воспринимают воз-, действие струи жидкого металла, вводят свои коррективы в тепломассопередачу и теплоотвод, надежно защищая металл изложницы от приваривания к слитку и от абразивного износа. Выступающие с поверхности изложницы зерна огнеупорного наполнителя создают как бы буферный слой в промежутках между отдельными зернами.В процессе эксплуатсщии зерна огнеупорного материала выступают с поверхности изложницы, создавая буферный слой, защищгиот ее от непосредственного взаимодействия с массой заливаемого металла. При размерах зерен меньших 0,2мм включения, не дамт заметного эффекта, а более 3 мм включения не выдерживают механических воздействий, выкрашиваются при ударах.

В процессе эксплуатации контакт изложницы с заливаемым, кристаллизующим::я и затвердевающим металлом происходит главным образом через корундовые включения. Изливающаяся из разливочной печи (ковша) струя жидкого металла встречает при падении на поверхность изложницы не чугун, покрытый непрочным слоем известковой краски, а прочный в термическом отноиении мощный легированный слой, усыпанный с поверхности выступающими крупными включениями корунда. Турбулентный ха:рактер течения жидкого металла у поерхности изложницы нарушается, появяется демпфирующая прослойка-жидкого металла, воспринимающая в дальнейем на себя вoздeйdтвиe перемещающегося металла. Выступающиезерна как бы захватывают часть жидкости и рикрываются, ей от остального потока. Падающая струя бьет уже по меаллу изложницы, а по ламинарному слою и течет по нему. Резко изменятся теплопередача, процессы раствоения и химического взаимодействия. Этому в. большой степени способствует значительный размер зерен корунда, (0,2-3,0 мм), так как процессы растворения и теплоизноса в ламинарном слое опр(эделяются законами теплопереноса и зависят от размерного фактора во второй степени. Теплопередача же от затвердевшего слитка осуществляется от его поверхности изложницы между корундовыми включениями лучеиспусканием, а по включениям теплопроводностью. При излучении теплоперед1ача гакже зависит во второй степени от расстояния между излучающим и поглощающим телом, т.е. от диаметра Включения, Имея большое сопротивление теплоотводу корундовые включения способствуют равномерному прогреву.

Таким образом, чистые без каких либо других минеральных примесей зерна корунда, благодаря своей высокой огнеупорности и химической нейтральности к металлу обеспечивают изложнице высокую прочность и стойкость против разрушения от гидродинамического воздействия металла, а высоколегированная основа слоя и его строение против термического и химического разрушения рабочей,поверхности изложницы.

Конструкция изложницы испытывалась при отливке никелевых анодов Норильского горно-металлургического комбината им. А. П. Завенягина. В качестве легирующего элемента использовали никедь, а огнеупорного наполнителя - корунд. Никель повышает вязкость легированного слоя, его жаростойкость и разгаропрочность. Он не взаимодействует с анодным никелем, Корунд относится к одному из наиболее стойких химических соединений, обладает высокой огнеупорностью (2200С) , твердостью (уступает только алмазу), химически нейтрален к кислороду и большому числу различных химических соединений в жидком виде (шлаку), не растворяется в анодном никеле и не взаимодействует с ним (другие .окислы растворяются) .

При изготовлении изложниц на поверхность литейной для ее отливки наносили металлокерамическую пасту, состоящую из следующих компонентов, вес, %: Корунд Никель 0,1-2,0 Жидкое стекло Затем форму подвергали сушке, после чего дополнительно обрабатывали флюсом, входящим в состав пасты и состоящим из следующих комопонентов, % Натрий хлористый35-40 Калий хлористый35-40 Цезий хлористый8-10 Фторборат натрия 5-5 Цинк хлористый8-10 . Заливку чугуна проводили при температуре 1350-1470 С. Полученные в результате этого изложницы имели слой с 50 %-ным содержанием корунда. Необ ходимая толщина упрочненного слоя и процентное содержание корунда достигается за счетслоя пасты контролйру мой толщины,наносимого на литейную форму.Соответствующее распределение легирующего элемента-никеля в упрочненном слое обеспечивается организацией фильтрационного механизма,его о разованием,Благодаря наличию флюса к рундовая паста с никелем пропитывается жидким чугуном. Последовательно проникая; в глубь слоя пасты, чугун непрерывно обагащается никелем, достигая максимума у поверхности пасты Испытания изготовленных таким об разом изложниц показали в 2-3 раза большую стойкость по сравнению с се рийными. Использование предложенных излож ниц только на заводах Норильского горно-металлургического комбината им. А. П. Завенягина даст -годовой экономический эффект более 5 млн.ру Следует отметить, что изложницы для других сплавов будут иметь не меньшую стойкость, поскольку анодны никель по сравнению с другими сплав ми обладает большим удельным весом, высокой растворимостью кислорода (д 2 %), в частности, при изготовлении изложниц для отливки слитков из черных металлов и сплавов в качестве огнеупорного наполнителя,кроме корунда, могут использоваться более дешевые - хромит и магнезит, но мало уступающие корунду по другим своим показателям, а в качестве легирующего элемента - марганец, хром, повышающие ., вязкостные и прочностные свойства металлической основы упрочненного слоя. Указанной конструкции могут быть изготовлены любые отливки. Формула изобретения 1.Изложница для отливки слитков, состоящая из наружного основного меtaлличecкoгo и внутреннего слоев, отличающаяс я тем, что/ с целью увеличения ее жаростойкости и сопротивления размыву, внутренний слой выполнен из легированного вязког го сплава,на основе железа с равно- i мерно распределенными включениями огнеупорного наполнителя, причем толщина этого слоя составляет 0,05-0,2 тоЛщины изложницы. 2.Изложница по п. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что в качестве легированного вязкого сплава на основе железа использован чугун, легированный никелем. 3.Изложница по п, 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что в качестве огнеупорного наполнителя использован коИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Черкасов А, М. и др. Отливка и эксплуатация изложниц с металлокерамическим рабочим слоем. Сб. Повышение стойкости изложниц , № 2, Металлургия , М., 1974 (прототип) .

H,j повернуто на 90

fPF;W ;;

ffM-8,.t9: fM .. ff .99. M- -

:-f. V.V

.Л...| ,..:-Л

..-i:./:-./,I/-r://::; v -- ./.v.-/u.,.жл f/-i. - ., T:f-v-/-.----.4-.-Zf.

f rV-/-I--/; w

.; - л i: - -.Ч- .

./«:.