Устройство для модифицирования чугуна в литейной форме
1: УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДИФИЦИРОВАНИЯ . ЧУГУНА В ЩТЕЙНОЙ ФОРМЕ, содержащее установленную в ее литниковой системе вставку из керамическо го материала с ячейками к модификатор , размещенный в них,.о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения более полного усвоения модификатора расплавом и получения более однородной структурыв различных сечен ях отливки, в ставка в ьшолнена разъемной из плите отвер стияМив виде усеченных рамид, сопряженных по большим их основа ниям и образующихячейки. 2.Устройство по.п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что вставка выполнена многоярусной и содержит несколько попарно со.пряженнь1х мегаду собой плит с ячейками. 3.Устррйство по пп. Т и 2, о ,т л и ч а 10 щ ее с я тем, что модификатор размещен в ячейке в виде втулки или в виде гранущ объемом, равным .0,6-0,8 объема ячейки. 4.Устройство по пп. 1, 2 и 3, отличаю щ е е с я тем, что в верхнем ярусе вставки размещен модификатор с наименьшей скоростью растворения и с содержанием порошка жэлеза 40%, при этом его количество составляет 5i&-70% от общего, а в посл дующих ярусах вставки - модификатор с возрастающей скоростью растворения и с содержанием порошка железа 30,15, и 0,5% соответственна, при этом его количество сбставляет 20-25, 10-15,и 2-4%от общего соответственно. 5. Устройство по пп. 1-4, от л ичающееся тем, что последний ярус вставки снизу каждой ячейки снабжен заглуЩкой из модификатора с наибольшей скоростью растворения.
\ (19) (11) СОЮЗ COBETCHHX
СОЯ 1АЛИСТИЧЕО (ИХ
РЕСПУБЛИК
4 (51) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ, Н
К АВТОРСИОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ©. Да
ГОСУДАРОтВЕННЫй НОМИТЯТ СССР
) )О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ (2 1) 3685987/22-02 (22) 03.01.84 (46) 07..06.85. Бюл. Р 21 (72),С.С.Гурин, К.И.Бельский, Г.И.Клещенок,П.И.Попов иА.Т.Мельников (71) Ьелорусский ордена.Трудовога Крас" ного Знамени политехнический институт (53) 621.746.58(088.8) (56) Авторское свидетельство .СССР ,К - 623873, кл. С 2 1 С 1/10, 1973.
Заявка Японии 1(- 57-11374,,кл. С 21 С 1/10, 1979.
Заявка Японии 9 57-1311 1, кл. С 21 С 1/10, 1982. (54) (57) 1: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИОДИФИЦИРОВАНИЯ ЧУГУНА В ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЕ, содержащее установленную в ее литниковой системе вставку из керамического материала с ячейками и модификатор, размещенный в .них,,о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью обеспечения более полного усвоения модификатора расплавом и получения более однородной структурыв различныхсечениях отливки,вставкавыполнена разъемной из плит с отверстиямив виде усеченных пирамид,сопряженных по большим их основаниям и образующих ячейки.
2. Устройство по,п. 1 а т л ич а ю щ е е с я тем, что вставка выполнена многоярусной и содержит несколько попарно сопряженных между собой плит с. ячейками.
3. Устррйство по пп. 1 и 2, о .т— л и ч а <о щ е .е с я тем, что модификатор размещен в ячейке в виде втулки или в виде гранулы объемом,. равным .О, 6-0,8 объема ячейки, 4. Устройство по пп. 1, 2 и 3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в верхнем ярусе вставки размещен модификатор с наименьшей скоростью растворения и с содержанием порошка железа 40Х, при этом его количество составляет 50-70Х от общего,.а в после- . дующих ярусах вставки — модификатор с возрастающей скоростью растворе- . С ния и с содержанием порошка железа
30,15, и 0,57 соответственно, при этом его количество составляет 20-25, 10-15,и 2-47. от общего соответственно.
5. Устройство по пп. 1-4, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что последний ярус вставки снизу каждой ячейки снабжен заглушкой из модификатора с наибольшей скоростью растворения.
1 1159
Изобретение относится к литейному производству, в частности .к модифицирующей обработке. чугуна в форме..
Целью изобретения является обеспечение более полного усвоения модифи" 5 катора расплавои и получение более однородной структуры в различных сечениях отливки.
На чертеже показана фронтальная проекция сотообразной вставки в сбо- 10 ре.
Вставка состоит из керамических сеток 1 — 4, отверстия которых образуют ячейки 5. На дне ячеек нижнего яруса размещен модификатор 6 с мак- 15 симальной скоростью растворения.
В ячейках верхнего и нижнего. яруса размещены гранулы 7 модификатора с меньшей скоростью растворения.
Сотообразная керамическая вставка 26 устанавливается под стояком литейной формы. Она выполняется разъемной и представляет собой набор состыкованных керамических плит, отверстия которых имеют форму усеченной пирами- 2$ ды (например, четырехугольной).
В состыкованном виде плиты прижаты . друг к другу большими основаниями отверстий, которые образуют при этом ячейки (например, в виде усеченного . 3p тетраэдра) для размещения модификатора. Модификатор изготавливают в виде тел различной конфигурации (напрнмер, в виде втулки), с объемом, равным
О.б-0,8 объема одной ячейки вставки 35
Число плит во вставке определяется количеством модификатора, необходимого для обработки всего объема металла отливки, но. не должно быть меньше трех, т.е. плиты образуют не менее 40 двух ярусов ячеек.
Для обеспечения более эффектного и равномерного модифицирования чугуна в течении всего времени заливки, достижения более полного растворения 45 модификатора и получения более однородной структуры в различных сечениях отливки применен модификатор .на основе магния, кремния и железа с различной скоростью растворения. Изменение ® скорости растворения модификатора достигается варьированием содержания в модификаторе порошка железа от 0,5 до 40 мас.%. Применение указанного модификатора позволяет выравнять условия модифицирования как первых, так и последних порций металла, поступающих в отливку, что дает возмож954 2 ность получать более однородную структуру в различных ее сечениях. При этом за счет хорошего прогрева и интенсивного растворения модификатора обеспечивается более полное его ucпользование„ т.е. экономия модификатора. Даже если часть модификатора и не успеет раствориться, то это будет модификатор с наибольшим содержанием железа т.е. наименее ценная его часть.
Улучшение прогрева модификатора, увеличение полноты его растворения и.гарантированное модифицирование. первых порций жидкого металла достигается sa счет величины объема и формы тел модификатора и способа расположения его в ячейках вставки.
В сотообразной вставке размещают сначала модификатор с наименьшей скоростью растворения в количестве
50-70%. Затем размещают модификатор с более высокой скоростью растворения соответственно по ходу металла.
Обьем каждой гранулы модификатора, за исключением. гранул модификатора с наибольшей скоростью растворения, . равен О,б-0,8 объема ячейки вставки.
Применение гранул объемом меньше б0% объема ячейки ведет к бь1строму вымыванию модификатора из ячеек и уносу в тело отливки, что снижает равномерность модифициррвания. Применение гранул объемом больше 80% объемаячейки ухудшает условия протекания жидкоro металла и может вызвать примораживание его к модификатору и стенкам ячейки. Только при размещении в первой секции (по ходу расплава} модификатора с наименьшей скоростью, далее со средней скоростью и наличии эаглушек из модификатора с максимальной скоростью растворения создается
Bo3MoRHocTb для модифицирования металла в течение всего времени заливки.
Модификатор с наименьшей скоростью растворения, обусловленной более высокой температурой плавки, растворяется в последнюю. очередь и предупреждает всплывание на поверхность металла в вертикальном стояке нерастворившихся частиц модификатора с более высокой скоростью растворения.
Кроме того, форма и проходное сечение каналов на входе и выходе из керамической вставки создает большее
I сопротивление прохождения крупных частиц модификатора в случае размыва1159954 ния ега в процессе заливки. Только -, мелкие частицы (2-3 мм) могут беспрепятственно проходить через выходные каналы вставки, но и они легко раст-,, воряются в процессе продвижения жидко-5 го металла в литникавых каналах еще до поступления в полость отливки. Наличие заглушек из модификатора с максимальной скоростью растворения на выходе из вставки увеличивает проме- 10
4 жуток времени для прогрева модификатара с более низкой скоростью растворения и гарантирует эффективное модифицирование йервых порций заливаемого металла... 15
При обратной последовательности размещения модификатора возникает опасность закупорки проходных каналов керамических плит нерастворивши-. мися частицами модификатора, что при?0 водит к остановке процесса заливки металла в форму. Кроме того, наблюдается всплытие мелких нерастворившихся частиц модификатора из верхних .25 секций вставки на поверхность. металла, чта снижает степень усвоения модификатора.
Размещение модификатора с мини,(мальной скоростью растворения в средней части вставки также. создает опас. ность закупорки каналов.в этой час1
)ти вставки и не препятствует всплы. ванию частиц модификатора из ячеек верхних секций.
Необходимость установки заглушек из модификатора с максимальной ско ростью .растворения на выходе из керамической вставки вызвана стремлением повысить степень модифицирования первых порций заливаемого металла, которые находятся в самых тяжелых условиях для мадифицирования (модификатор непрогрет). Та небольшая задержка в продвижении заливаемого металла, в течении которой праисха дит растворение заглушек, создает возможность прогрева модификатора..
Кодификатор заглушек должен иметь максимальную скорость растварения-, иначе наблюдается захалаживание металла в вертикальном стояке.
При установке заглушек на входе возникает опасность задержки залив.-. ки и всплывание модификатора заглушек .на поверхность металла в верти-. кальном стояке. Кроме этого наблюдается пироэффект в начальной стадии заливки.
Необходимость размещения в верхней секции керамической вставки растворения и.далее последовательно моI дификаторов с более высокой скоростью растворения подтверждается экспериментальными даннйми.. Испытания проводят по следующей методике. Вставки с различным размещением модификаторов устанавливают в стержневых формах, конструкции которых позволяет.отливать стандартные клиновидные пробы через определенные промежутки времени, например 3 с. Через формы проли— .вают чугун при 1400 С. Количество о. вводимого модификатора составляло
1,57. oò веса заливаемого металла, Клиновидные пробы отливаются в формы устанавливаемые на специальной тележке, перемещаемой под выходным каналом стержневой формы. Результаты исследований приведены в табл.
Как видно из приведенных результатов, при размещении модификатора с минимальной скоростью растворения в нижнее секции керамической вставки ухудшаются условия модифицирования первых порций заливаемого металла, что уменьшает однородность структу:ры в различных сечениях отливки. Эти результаты объясняЮтся неполным .растворением модификатора с более высокой скоростью растворения пз-за всплывания мелких нерастворившихся частиц на поверхность металла в .стояке и недостаточного нагрева модификатора с минимальной скоростью растворения. В некоторых случаях наблю-. дается. даже закупорка, что ведет к срыву заливки. Те же недостатки. присущи и размещению,модификатора с минимальной скоростью растворения в средней секции вставки.
При размещении модификатора с минимальной скоростью растворения в верхней секции вставки наблюдается равномерное модифициравание в .течении всего времени заливки из-за отсутствия недостатков, присущих Нижнему расположению модификатора с минимальной скоростью растворения.
При размещении модификатора с минимальной скоростью растворения в количестве менее 507 от общего каличе ства модификатора ухудшаются условия,. модифициравания последних порций метаЛла из-за налйчия большого .количества модификатора с высокой скоростью растворения, который расходу- .
1159954
1О
15 минуя модификатор с меньшей скоростью растворения. катара (2-3 мм), которые легко растворяются еще до попадания металла в. полость самой отливки. Кроме того, форма ячеек и тел модификатора позво- р ляет заливаемому металлу омывать модификатор со всех сторон, и за счет всестороннего контакта с заливаемым .металлом тела модификатора не разрушаются в первые же моменты заливки. щ
Наличие заглушек на выходе из вставKH позволяет установить спокойное ламинарное течение металла в латниковых каналах и во вставке, что также уменьшает опасность разрушения тел модификатора. После отработки модификатора с более высокой скоростью растворения опустевшие ячейки нижней вставки играют роль дополнительных фильтров, задерживающих мел- ® кие частицы с минимальной скоростью растворения.
Предлагаемое устройство для модифицировання чугуна в литейной форме за счет формы ячеек вставки и формы 5 тел модификатора обеспечивает всесторонний контакт модификатора с заливаемым металлом, а следовательно. ется Hd модифицирование первых порций заливаемого металла. Эти порции металла фактически оказываются перемодифицированными, что приводит к сни. жению степени модифицирования последующих порций металла.
При размещении модификатора с минимальной скоростью растворения в количестве больше 707 ухудшаются условия модифицирования первых. порций заливаемого металла. И только при содержании во вставке 50 — 70% модификатора с минимальной скоростью растворения достигается наиболее равномерное модифицирование в течении всего времени заливки. Эти рассуждения подтверждаются экспериментальными данными, приведенными в табл. 2.
Форма ячееK (усеченная пирамида с основаниями в виде четырехугольника) обеспечивает надежное удержание тел модификатора во вставке до их полного растворения, так как они рас полагаются в полостях керамических плит, образующихся после их стыковки по. большим основаниям усеченных пира. мид. Малые основания имеют относи.тельно небольшие размеры (более 5 мм) в поперечнике, так,.что через входные и выходные каналы вставки могут проходить лишь мелкие куски модифнинтенсивный прогрев и более полное . растворение модификатора, а сочетание модификаторов с различной скоростью растворения обеспечивает более равномерное модифицирование в течение всего времени заливки.
Необходимость наличия во вставке не менее двух ярусов ячеек связано с тем, что при применении одноярусной вставки всю ее необходимо заполнить модификатором с различными скоростями растворения, и после растворения части модификатора металл может проходить через опустевшие ячейки, При проведении экспериментальных плавок с целью испытания устройства для модифицирования чугуна при отливке секций котлов типа "Иинск-1", чугун, содержащий 3,50% С, 2,407 Si, 0,5% Ип, 0,07% Б, 0,177 Р, выплавляют в кислой вагранке. В ковше емкостью 250 кг проводят десульфурацию чугуна, обрабатывая его ферроцерием
ЦИТУ 05-20-б7 в количестве, достаточном для снижения содержания:, серы до
6,017. После десульфурации чугун при
1400 С заливают в форму, где предварительно установлена вставка, содержащая модификатор с различной скоостью аство ения. В емя заливки ме р р р P талла в форму составляет приблизитель. но 20 с, а масса отливки 210 кг. При изготовлении гранул модификатора с различной скоростью растворения за основу взят модификатор типа ЖКИ, приготовленный на основе порошков магния, ферросилиция и железа.
Среднее содержание компонентов в мо" дификаторе: 10-127. Mg, 50-55% Si, 20-357, Ре.
Содержание железа а гранулах модификатора распределяется следующим образом: 2-47. от всей массы модификатора приготовляется на основе порошков магния и 75% — с содержа;нием порошка железа 0,5%; 10-157.
1 приготавливается с содержанием порошка железа 15%; 20-25% — с содержанием порошка железа 30%, и 50-707. от всей массы модификатора приготавливается с содержанием железа 407..
Необходимое количество порошка, вводимое в состав модификатора, а также масса каждого вида модификатора ,с различной скоростью растворения определены экспериментально.
Положение модификатора .с минимальной скоростью растворения по ходу металла* епень сфероидизации графита, X емя от начала заливки, с
9 12. 15 18
6 21
65 85 95 95 95 95
55, 55 70 85 90 95
55 45 65 80 85 90
Верхняя секция
Средния секция
90
Нижняя секция
*Во всех исследованиях заглушки.ns модификатора с максимальной скоростью растворения устанавливаются на выходе из вставки..Таблица2 нь сфероидизации графита, %
Количество модификатора с минимальной скоростью растворения, Ж, Время от начала заливки,. с
6 9 12 15 18 21
70: 85 95 95
65 45 30
65 80 95 90 70 6О 50
95 95 85
95 95 95 70 85 95 95
65 85 95 95
60 80 92 95
60
95 90
70
55 50 ° 65 85
95 95
ЗНИИПИ Заказ 3695!24 Тираж 553 Подписное
Филиал ШШ «Патеат", г.Ужгород, ул.Проектная, 4
7, 1159954 8
На основании зтих результатов вы- от другого по периметру отливки, по браны оптимальные пределы в содержа казывает наличие структуры чугуна
Ф нии порошка железа в модификаторе с шаровидным графитом в различных по
0 5-40Х. При содержании железа мень- толщине сечениях отливки, что свише 0,5Х, оно практически не влияет 5 детельствует об эффективности даннона время растворения модификатора, го устройства для модифицярования. а при содержании больше 407. значи- . Использование предлагаемого усттельно снижается скорость растворе- ройства дает. возможность снизить расния модификатора. ход модификатора и добиться более равномерного модифицирования металла
Иикроструктурный анализ. образцов, в течении всего времени заливки.по вырезанных на расстоянии 100 мм один сравнению с известными устройствами.
Т а б л и ц а 1 г
