Способ изготовления графитового кристаллизатора

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PECllYEillHH,.SU„„121

ping В 22 D 11/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

««Д

1

a r: l.,l д ( (21) 3805507/22-02 (22) 24. 10. 84 (46) 23. 03. 86. Бюл. Ф 11 (71) Каунасский литейный .завод

"Центролит" и Могилевское. отделение физико-технического института

АН БССР (72) Е.И.Марукович, П.В.Землявичюс, В.П.Дагис, Г.А.Блажявичюс, М.В.Жельнис и В.С.Кветинскас (53) 621.746.047 (088.8) (56) Патент Франции У 1024356, кл. B 22 D 11/04,„ 1953 (54)(57) СЦОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГРАФИТОВОГО КРИСТАЛЛИЗАТОРА преимущественно для непрерывного литья металлов, включакиций механическую обработку, многократную пропитку и сушку, отличающийсятем, что, с целью повышения прочности и износостойкости, кристаллизатбр в течение 5-30 мин пропитывают

1 раствором, содержащим 3-20 мас Л кремнийорганического лака, 12,5 мас.7 100Х-ной борной кислоты, остальное — этилсиликат, причем борную. кислоту добавляют в зависимости or содержания SiO в этилсиликате, просушивают в течение

60-90 мин при 200-250 С, после чего нагревают в инертной среде до 900-1000 С со скоростью 34 град./мин, выдерживают в течение

50-80 мин и охлаждают до температуры окружающей среды со скоростью

5-8 град./мин.

1219237

Изобретение относится к металлургии, в частности к установкам непрерывного литья металлов.

Цель изобретения — повьппение прочности и износостойкости кристаллизатора.

Способ осуществляют следующим об— разом.

Механической обработкой изготавливают кристаллизатор, погружают его на 5-30 мин в ванну с пропиточной жидкостью или ставят между герметичными прокладками и заполняют внутреннюю полость раствором под избыточным давлением 1-2 кгс/см или применяют пропиточные вакуумные установки, что ускоряет процесс пропитки. Вынимают кристаллиэатор и ставят над сосудом на 10-15 мин для стекания излишек раствора. Переносят в сушильный шкаф и выдерживают

60-90 мин при 200-250 С с подключенной вытяжной вентиляцией. При этом происходит удаление растворителя кремнийорганического лака и воды, борной кислоты, а также частично происходит выделение SiO и удаление летучей фракции этилсиликата. Пропитку и сушку повторяют 2-3 раза в зависимости от пористости графита.

После последней выдержки в сушильном шкафу кристаллизатор кладут в ящик, засыпают графитовой стружкой, закрывают ящик и ставят в печь, предварительно нагретую до 200 С. Предпочтительно применение вакуумных печей или печей с защитным или инертным газом, для которых не требуется засыпка кристаллизатора графитовой стружкой. При нагреве в печи со скоростью 3-4 град./мин происходит дальнейшее удаление летучей составляющей и спекание выделившегося геля SiO с борной кислотой и образование боросиликатного стекла в порах кристаллиэатора. После вы— держки 50-80 мин при 900-1000 C кристаллизатор медленно охлаждают с ящиком или с печью со скоростью

5-8 град./мин для того, чтобы не возникали термические напряжения.

После проверки качества кристаллиза— тор монтируют на линию непрерывного литья.

Кристаллизатор пропитывают раствором кремнийорганического лака, этилсиликата и 100%-ной борной кислоты, добавленной иэ расчета 1—

l

1О

f 4

2,5% от содержания SiO в этилсиликате с последующей термообработкой для того, чтобы уменьшить общую пористость графита, заполняя поры инертным к жидкому чугуну материа— лом — борсиликатным стеклом и тем самым придать ему дополнительную прочность и износостойкость и снизить окисление при высоких температурах. Воркую кислоту добавляют в количестве 1-2,5% от содержания

SiO в этилсиликате для того, чтобы в порах образовалось борсиликатное стекло, имеющее значительную теплостойкость и пластичность при рабочих температурах кристаллизаторов, Йспольэуемых для литья железоуглеродистых сплавов. Оно одновременно блокирует поры графита, снижает его газопроницаемость и окисляемость, а также снижает растворимость графита в железоуглеродистых расплавах и окисление от воздушной среды при рабочих температурах. Если она добавлена менее 1%, то температура размягчения борсиликатного стекла выше рабочих температур обжига и работы кристаллиэатора при литье чугуна и не реализуются полностью упрочняющие и защитные его свойства. Если борной кислоты содержится больше 2,5%, то прочность борсиликатного стекла резко снижается, оно расплавляется и выходит на поверхность кристаллиэатора, отчего повышается смачиваемость рабочей поверхности и увеличиваются усилия вытяжки отливки, что ведет к прорыву корки отливки и нарушению процесса литья.

Кремнийорганический лак вводят в количестве 3-20% для того, чтобы уменьшить улетучивание этилсиликата при сушке и термообработке, так как лак является вязкой средой, задерживающей гель SiO и благодаря своей термостойкости действует до 700 С. Разлагается лак при 9001000 С с образованием Si0, что соответствует главной цели применения основного компонента — этилсиликата. Можно применять лак К0916 и другие марки кремнийорганических лаков, предпочтительно термически твердеющие, которые образуют стабильные растворы в этилсиликате и обеспечивают длительную стойкость раствора без образования плен.

1219237

При введении лака менее ЗЖ про исходит сильное улетучивание этилсиликата и ЫО из пропитанного графита. При введении лака более

20Х повышается вязкость раствора и снижается его пропиточная способность, что требует значительного увеличения или времени пропитки или давления, что экономически нерационально.

Кристаллизатор пропитывают 530 мин для того, чтобы раствор проник в поры и заполнил их по всему объему. Если пропитку ведут менее 5 мин, раствор не успевает проникнуть в поры по всему объему и после термообработки возникают термические напряжения, которые приводят к растрескиванию кристаллизатора. Минимальное время примеI нительно с использованием вакуумных пропиточных ванн или пропитки под давлением изнутри при установке кристаллизатора между герметичными прокладками. Пропитка кристаллизатора более 30 мин нерациональна, так как этого времени достаточно для пропитки кристаллиэаторов с максимальной толщиной стенки 20 мм путем погружения в ванну.

Кристаллизатор просушивают при

200-250 С для того, чтобы удалить летучую составляющую лака, этилсиликата и воду, связанную с борной кислотой, и тем самым отвердить пропиточный раствор. Если температура просушки меньше 200 С, то не происходит полное удаление летучих составляющих и затвердевание лака и при засыпке углеродистым защитным материалом он прилипает к поверхности кристаллизатора .и после термообработки требуется дополнительная механическая зачистка. Если температура просушки больше 250 С, то по глубине пропитанного слоя происходит слишком интенсивное выделение летучей составляющей, что вызывает унос сухого остатка из пор и снижение эффективности обработки.

Кристаллизатор просушивают в течение 60-90 мин для того, чтобы по всему сечению кристаллизатора обеспечить полное затвердевание лака и удаление летучей составляющей этилсиликата. Если время просушки менее 60 мин, то в глубинных слоях кристаллизатора не обеспечивается

20 затвердевание лака, что впоследствии происходит при термообработке при значительной интенсивности подъема температуры, что вызывает такие же явления, как и превышение температуры сушки. Если время просушки более 90 мин, то нерационально используется энергия, так как удаление летучих составляющих происходит даже из глубины тела кристаллизаторов, применяемых для литья сложных профилей. Пропитку и просушку повторяют 2-3 раза для того, чтобы полностью заполнить поры графита сухим остатком пропиточной жидкости, при том два раза при использовании мелкозернистых малопористых графитов типа МГ1 и три раза для крупнозернистых. пористых графитов типа

MHI, электродный и др.

После пропитки и просушки кристаллизатор нагревают в инертной среде до 900-1000 С со скоростью 34 град./мин для того, чтобы оконча25 тельно выцелилась летучая составляющая пропиточного раствора и выделившаяся твердая фаза SiO прореагировала с В О и образовала стекловидную фазу и обеспечила тем самым высокую прочность ее в порах. Если нагрев кристаллизатора ведут не в инертной среде, то происходит окисление поверхности графита и искажение его размеров. Если нагревают

35 кристаллизатор ниже 900 С, то не полностью удаляются летучие вещества, и это происходит .при заливке металла в кристаллизатор с уносом не спекшегося геля S О в стекло.

40 Если крис таллизатор нагревают выше

1000 С, то излишне затрачиваются энергетические ресурсы. Если нагрев ведут со скоростью ниже 3 град. /мин то процесс происходит слишком мед.ленно и не отвечает необходимой производительности. Если нагрев ведут со скоростью выше 4 град./мин, то происходит унос еще не спекшегося геля SiO в борсиликатное стеклЮ.

Выдержку кристаллизатора после нагрева производят в течение 5080 мин для того, чтобы полностью улетучилась газовая фаза распада этилсиликата и лака по всему сече55 нию и произошло спекание геля SiO в стекло. Если выдержка менее

50 мин, то не полностью происходит улетучивание газовой фазы распада

1219237

Предлагаемый

45 этилсиликата и лака, что происходит при заливке металла в кристаллизатор с образованием новой пористости. Если выдержка более 80 мин, то тепловая энергия расходуется неэффективно, и снижается производительность.

Кристаллизатор охлаждают до температуры окружающей среды со скоростью 5-8 град./мин для того, чтобы не возникли термические напряжения и не образовались трещины. Если скорость менее 5 град./мин, то снижается производительность. Если скорость более 8 град,/мин, то возникают термические трещины в кристаллиэаторе от неравномерного охлаждения центра кристаллизатора и поверхности.

Пример 1. Изготавливают кристаллизатор для отливки стола фрезерного станка из заготовки графита ИНГ. Толщина стенок кристаллизатора 20;мм. Кристаллизатор изготавливают из блока графита размерем 350 350 ° 400 мм механической обработкой. Для пропитки готовят в пропиточной ванне 500» ." 500 500 мм раствор. В залитый этилсиликат 40 добавляют 0,5Х борной кислоты и растворяют его перемешиванием и добавляют 7Х лака и опять тщательно перемешивают. В раствор погружают кристаллизатор и выдерживают 20 мии. Вынимают иэ ванны, дают стечь излишку раствора и помещают в сушильный шкаф, предварительно нагретый до 250 C. Выдерживают

1 ч, охлаждают до комнатной температуры, опять погружают в пропиточную ванну и обработку повторяют три раза. После последней просушки юристаллиэатор кладут в короб, засыпают графитовой стружкой, накрывают крьппкой и помещают в нагревательную печь, нагретую предварительно до

250 C. Поднимают температуру со ско ростью 3-4 град./мин до 950 С, выдерживают 1 ч и охлаждают с приоткрытой печью, что обеспечивает ско рость охлаждения 5-8 град./мин.

Кристаллизатор монтируют на линии

ЛНЛЧ-3 и производят литье из чугуна марки СЧ-25 доэвтектического состава.

Параллельно испытывают на другой линии необработанный кристаллизатор, Режимы литья одинаковые.

На необработанном кристаллизаторе предельное увеличение размеров от износа кристаллизатора достигает5 ся по изготовлению 60 м профиля, а на пропитанном и термообработанном 80 м, что на ЗОБ больше.Пример 2. Испытывают обраэ1О цы, изготовленные из графита марки

МНГ размерами 15 15 " 25 мм, на износостойкость при трении о закрепленные абразивные частицы на специальной установке. В качестве абразив15 ных закрепленных частиц используют шлифовальную бумагу. Сила прижатия образца 136,5 Н. Износ оценивают в процентном выражении к необработанным образцам при прохождении по

20 шлифовальной бумаге пути в i м. Результат определяется как среднее испытание трех образцов. Испытывают образцы необработанные, пропитанные этипсиликатом без добавок и просу>5 шенные (по известному способу) и изготовленные по предлагаемому способу. После испытания и доведения размеров до 15 15 15 мм образцы испытывают на сжатие. Результаты

30 испытаний приведены в таблице.

Способ об- Износ, Предел прочности работки Е на сжатие,кгс/см

Не обработанные 100 207; 205, 210

Известный, 92 208, 5, 207, 5, 211,4

53,1 241 239 245,2

Таким образом, износостойкость образцов, упрочненных по новому способу, почти в два раза вьппе необработанных.

Предлагаемый способ изготовления графитового кристаллизатора для непрерывной разливки металлов позволя55 ет увеличить износостойкость кристаллизатора на 307, прочность на

2ОЕ и сократить расход графита на тонну годного литья.