Способ изготовления литых полых металлических изделий

 

Изобретение может использоваться для литья полых изделий, предназначенных для изготовления охлаждаемых металлоконструкций металлургических агрегатов. Для формирования внутренних каналов изделия, например холодильников, в литейную форму устанавливают полые элементы с намороженным гарнисажным слоем на их внешней поверхности. Полые элементы и гарнисаж выполняют из того же материала, что и отливаемое изделие. В форму заливают металл, охлаждают и извлекают отливку из формы. Использование одинакового материала устраняет неоднородность строения переходной зоны, что повышает качество изделия. 4 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к области металлургии металлов и может быть использовано для производства металлических изделий, используемых для охлаждения металлургических агрегатов, например холодильников доменных печей, кессонов для футеровки печи типа Ванюкова, стенок кристаллизаторов непрерывной разливки стали и т. п.

Известные устройства указанного назначения [1,2] , в которых полые каналы образуют механической обработкой - прострагиванием, сверлением или пайкой, а охлаждающие элементы отдельных секций собираются, как правило, из нескольких половинчатых частей или изготавливаются путем отливки в специально подготовленные формы [3] , для чего требуются специальные формовочные материалы, дополнительные затраты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ подготовки армирующих вставок [4] , включающий нанесение на поверхность вставки слоя стали, а слой стали наносят путем окунания вставок в расплав стали с температурой выше ее температуры плавления на 15-60^oС по меньшей мере два раза и каждый раз выдерживают ее в течение 3-15 сек.

Недостатком известного способа является то, что при его реализации возникают проблемы при изготовлении отливок с использованием различного материала полых вставок и самого изделия. Различие в свойствах материалов приводит к неоднородному строению переходной зоны, зазорам, понижению теплопроводности в зоне контакта материалов. Для устранения недостатков необходимо применять специальные мероприятия: наносить на полый элемент специальный очищающий флюс, производить ее окунание первоначально в нераскисленный металл, а перед последним окунанием раскислять металлический расплав кремнием и алюминием, использовать дополнительную защитную трубу и т. д.

Для устранения отмеченных недостатков в предлагаемом способе, включающем подготовку формы, сборку формы с установкой в нее полых элементов с намороженным гарнисажным слоем, заливку металла, охлаждение отливки и ее извлечение из формы, полые элементы и намороженный на них гарнисажный слой выполняют из того же материала, что и отливаемое изделие.

Согласно предлагаемому изобретению сборку формы осуществляют с использованием заранее заданного профиля, размера и конструктивного исполнения, связанного с назначением и условиями эксплуатации готового изделия. Перед установкой и фиксацией полых элементов в форме на их внешнюю поверхность намораживают гарнисажный слой из металла изделия. Намораживание гарнисажного слоя проводят путем нескольких окунаний полых элементов в жидкий расплав материала изделия. Погружение полых элементов в жидкий расплав может проводиться в ванну печного агрегата, промежуточную емкость или частично заполненный кокиль.

Конструкцию полого элемента с гарнисажным слоем устанавливают в форму на фиксированную глубину, окончательно собирают форму, заливают или доливают жидкий расплав в форму и охлаждают до полного затвердевания.

Использование при формировании изделий полых элементов позволяет получать высокое качество, чистоту поверхности, постоянство геометрической формы внутренних каналов изделия.

Гарнисажный слой, нанесенный на внешнюю поверхность конструкции полых элементов, защищает их стенки от расплавления при заполнении формы жидким расплавом. Толщина наносимого гарнисажного слоя зависит от толщины стенок используемых полых элементов, с учетом того, что при погружении конструкции полых элементов в жидкий расплав оплавляется только гарнисажный слой, а при заполнении формы происходит направленная кристаллизация жидкого расплава в первую очередь от стенок формы и стенок конструкции полых элементов с сохранением первоначальной чистоты их внутренней поверхности и геометрического профиля. По всему сечению изделий кристаллизация жидкого расплава происходит с образованием плотной структуры, в том числе в местах контакта со стенками полых элементов без прогара и оплавления их внутренней поверхности.

Экспериментально установлено, что толщина гарнисажного слоя на стенках полых элементов перед окончательным погружением в расплав должна составлять 2,5-3 толщины стенки элементов, если она тоньше 3 мм, и 1-2,5 толщины стенки, если она толще 3 мм.

Точная фиксация элементов конструкции полых каналов в жидком расплаве и внутри затвердевшего изделия может быть обеспечена за счет крепления конструкции полых элементов на верхней крышке формы, имеющей сливное отверстие для удаления излишков жидкого расплава при ее заполнении.

Для регулирования скорости затвердевания формы изделия, гарантированной сохранности исходного состояния стенок внутреннего канала, в процессе затвердевания отливки через внутренние каналы пропускают охлаждающую среду (жидкость, газ, пар и т. п. ).

Предлагаемый способ изготовления полых изделий с выявлением всех положительных преимуществ реализуется предпочтительно с использованием цветных металлов, в частности меди и ее сплавов.

Преимущества предполагаемой технологии по сравнению с известной выявляются в следующем: - возможности получения изделий любой сложности и конфигурации внутренних каналов изделия; - достижении высокой чистоты и точности размеров как внешних, так и внутренних конструктивных элементов литого изделия; - повышении эксплуатационной стойкости изделия за счет плотной однородной структуры отливки, чистоты поверхности и точности геометрических форм внутренних каналов; - улучшении условий труда и экологии технологии процесса за счет исключения из него использования формовочных смесей.

Анализируя вышеизложенное, можно сделать вывод, что предлагаемый способ изготовления полых литых изделий характеризуется совокупностью существенных признаков, их последовательностью и условиями осуществления действий. По сравнению с известной технологией, признаки, характеризующие заявленный способ, являются новыми существенными, что соответствует критерию "новизна".

Из научно-технической информации известны способы литья намораживанием [5] . Эти методы используются для получения тонкостенных деталей высокого качества непосредственно из жидкого расплава.

В предлагаемом способе процесс намораживания использован по иному назначению - созданию гарнисажного слоя двойного назначения, а именно для защиты от оплавления полых тонкостенных конструктивных элементов изделия и создания плотного надежного сварного соединения полых конструктивных элементов с отливкой изделия в процессе кристаллизации и затвердевания формы.

Из известных источников информации не выявлено использование порядка и совокупности новых существенных признаков предлагаемого способа по их функциональному назначению и достигаемому результату, что соответствует критерию "изобретательский уровень".

Пример выполнения способа В полупромышленных условиях изготовлена партия медных плит размером 600х1300х115 мм с внутренними каналами в форме змеевиков для охлаждения изделия. Плиты предназначены для охлаждаемых стенок печи Ванюкова.

Плавку меди проводили в дуговой и индукционной сталеплавильной печи емкостью по 1,0 тонн. Разливку металла в формы, соответствующие изделию, осуществляли в чугунный кокиль.

Из медной трубы диаметром 3 мм и 4 мм изготовлены змеевики - холодильники.

Намораживание гарнисажного слоя на змеевики - холодильники осуществляли путем окунания в ванну расплавленной меди.

Толщину гарнисажного слоя в зависимости от толщины стенки труб змеевика регулировали количеством погружений и временем выдержки змеевика в жидком расплаве меди.

Змеевик с нанесенным гранисажным слоем жестко крепили к крышке кокиля с фиксированными размерами в соответствии с конструктивными параметрами готовых плит.

В подготовленный кокиль (подогрев, нанесение на стенки теплозащитных покрытий) через его горловину заливали жидкую медь в количестве, учитывающем объем змеевика - холодильника, погружали в расплав змеевик - холодильник, закрывали крышку кокиля и по змеевику подавали охлажденный инертный газ.

Уровень потопления формы в жидкий расплав контролировали полным прижатием крышки к плоскости кокиля.

После затвердевания отливки ее вместе с крышкой кокиля свободно извлекали из корпуса кокиля и отсоединяли от крышки. Полученное изделие не требовало механической обработки, отвечало всем требованиям заказчика по чистоте поверхности и точности размеров, в том числе внутренних каналов.

Заявленный способ реализуется с использованием известного оборудования и материалов, не требуется больших капитальных затрат и производственных площадей.

Источники информации 1. М. С. Бойченко, В. С. Рутес, В. В. Фульмахт. Непрерывная разливка стали. Гос. научно-техническое издательство по черной и цветной металлургии. М. , 1961, стр. 91-134.

2. Проблемы непрерывной разливки стали. Сб. докладов на Международной конференции по непрерывной разливке. М. : Металлургия, 1967, стр. 235-272.

3. Н. Д. Титов, Ю. А. Степанов. Технология литейного производства. М. : Машиностроение, 1985, стр. 354-361.

4. Заявка WO 83/00026 A1, кл. В 22 D 19/02, 06.01.83.

5. Г. Ф. Баландин. Литье намораживанием. М. : Машгиз, 1962.

Формула изобретения

1. Способ изготовления полых литых металлических изделий, включающий подготовку формы, сборку формы с установкой в нее полых элементов с намороженным гарнисажным слоем, заливку металла, охлаждение отливки и ее извлечение из формы, отличающийся тем, что полые элементы и намороженный на них гарнисажный слой выполняют из того же материала, что и отливаемое изделие.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что толщина намороженного гарнисажного слоя составляет 2,5-3 толщины стенки полых элементов, если она тоньше 3 мм, и 1-2,5 толщины стенки, если она толще 3 мм.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что полые элементы с намороженным гарнисажным слоем жестко прикрепляют к верхней крышке формы на расстоянии, равном глубине погружения элементов в расплав, залитый в форму.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что через каналы полых элементов пропускают охлаждающую среду.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что изделия изготавливают из меди и ее сплавов.