Получение высокопрочного чугуна из вагранки

Л. 3. ПИСАРЕНКО, С. Ф. ЛУКАШЕВИЧ, В. К. ФИЛИПЧИК, В. А. ХАЦКЕВИЧ,

Ф. С. ЛУКАШЕВИЧ, ОАО «МЗОО» УДК 621.74

ПОЛУЧЕНИЕ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА ИЗ ВАГРАНКИ

В вузовских учебных программах по подготовке инженеров-металлургов для литейного производства, касающихся способов получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, однозначно существует мнение, что получение ВЧ из чугуна ваграночной плавки невозможно. Это повлияло на сознание молодых инженеров, которые воспринимают данные утверждения как догму и дальше как внедрение ВЧ с использованием в качестве исходного электропечного чугуна развитие этого производства ограничилось. При этом приводятся весьма веские аргументы о том, что при выплавке исходного жидкого чугуна в обычных вагранках с кислой шамотной футеровкой в нем содержится 0,07—0,15% серы. Температура при выпуске составляет 1370—1420 °С. Потери тепла, связанные с проведением операций перелива чугуна, обработки магнийсодержащими лигатурами, вызывают значительные дополнительные снижения температуры.

Таким образом, по содержанию серы и температуре чугун, выплавленный в вагранке с шамотной футеровкой, не является оптимальным исходным жидким чугуном для последующей обработки присадками, сфероидизирующих графит.

Однако наши разработки и ноу-хау показывают, что при правильном ведении процесса плавки, рационально выбранном методе обработки присадками и при организации работ, исключающих непроизводительные потери температуры, при использовании кислого ваграночного процесса получение вполне качественных отливок из ВЧ реально.

Из практики литейного производства и литературных источников известно, что с целью снижения содержания серы в исходном чугуне производят предварительную обработку его РЗМ, карбидом кальция в качающихся ковшах, продувкой ванны инертным газом, поступающим через пористую пробку, а также другими усложняющими процесс способами, которые ограничивают

возможности получения ВЧ из чугуна с повышенным содержанием серы. Поэтому неслучайно, что наши попытки использовать для получения ЧШГ ваграночной плавки стандартных ферроси-ликомагниевых лигатур фракций 1—5 мм не привели к желаемым результатам. Куски модификатора плохо растворялись в чугуне, образовывали шлаковые включения, а механические свойства и структура отливок не соответствовали чугуну с шаровидным графитом, что и подтверждало якобы версию невозможности использования ваграночного чугуна для получения ЧШГ.

Следует отметить, что все же получение ЧШГ из чугуна ваграночной плавки удачно было решено в ЦНИИТМАШ, где разработан МДС-процесс на основе модификатора, содержащего мелкие частицы чистого магния и наполнители. Использование такого модификатора обеспечивает получение ЧШГ из вагранки при малом пироэффекте. Данная идея использования мелких частиц модификатора для получения ЧШГ из чугуна ваграночной плавки положена нами в основу при разработке технологии. Были приобретены мелкие (обеспыленные) фракции ферросиликомагниевой лигатуры. При обработке ваграночного чугуна такой лигатурой совместно с графитизирующим компонентом получен неожиданно высокий результат повышения механических свойств отливок на уровне ВЧ50 и выше с шаровидной и вермикулярной формой графитных включений. Что характерно, отливки не имели "черных пятен" и свойственных для ВЧ других дефектов. Использование мелкой обеспыленной ферросиликомагниевой лигатуры позволило получать ВЧ по содержанию кремния, близкому к жаростойкому чугуну марки ЧС5Ш по ГОСТ 7769-82, а также жаростойкий алюминиевый ВЧ. Последний используется для отливки томильных горшков, поддонов термических печей и др. Были получены также поршневые кольца для кузнечных молотов, колеса для рыхления почвы, изложницы для

[¿ГцМ№РПГ»Р<

- 1 («). 2007

¡т

отливки алюминиевых чушек, тигли для плавки алюминия и др.

Необходимо отметить, что разработанный технологический процесс сфероидизации ваграночного чугуна, как и всякий другой, сопровождался пироэффектом, был чувствительным к передозировке металла, к очень низкой (менее 1300 °С) температуре чугуна, при которых процесс сфероидизации замедляется. Поэтому для решения вопросов качества чугуна и отливок был предложен метод внутри-форменного модифицирования, с помощью которого можно решать вопросы ликвидации пироэффекта, стабилизации качества отливок по структуре и свойствам. Этот метод широко используется для получения отливок из ЧШГ во всем мире. Как правило, реакционная камера для модификатора и литейная форма размещаются в одной паре опок, что наиболее удовлетворяет требованиям массового производства, при этом к чугуну предъявляются жесткие требования по низкому содержанию серы и стабильному составу лигатур. Однако при получении массивных отливок дополнительное размещение реакционной камеры в форме возможно реализовать за счет увеличения площади опоки, что приводит к увеличению расхода формовочной смеси, повышению трудоемкости изготовления форм.

Поэтому была спроектирована и изготовлена модельная оснастка, при использовании которой литейная форма отливки тигля и форма устройства для обработки жидкого чугуна присадками выполняются в отдельных, разъемно связанных между собой опоках, каждая из которых сформирована соответствующими нижними и верхними полуформами, при этом полость реакционной камеры связана с полостью литейной формы через дополнительный стояк и питателями отливки. Фактически, оригинальное устройство для обработки жидкого чугуна присадками выполнено в виде отдельной конструктивной единицы, размеры которой выбираются минимально возможными, и может быть легко установлено на любой литейной форме независимо от размеров отливаемых изделий.

На рисунке схематично в разрезе показаны литейная форма, выполненная в полуформах низа и верха, а также форма устройства для обработки жидкого чугуна присадками, выполненными в опоках верха 2 и низа 7, в которых сформирована кольцевая реакционная камера 4, стояк 3, зумпф 7, входные и выходные питатели 8 и 9, шлакоуловитель 5 с вертикальным каналом для подвода металла к стояку литейной формы. В полость кольцевой реакционной камеры, расположенной в нижней полуформе устройства, засыпается расчетное количество ферросиликомагниевой лигатуры //.

Эскиз собранной формы: 1 — полуформа низа; 2 — полуформа верха; 3 — стояк; 4 — верхняя часть реакционной камеры; 5 — шлакоуловитель; 6 — нижняя часть реакционной камеры; 7 — зумпф; 8 — входные питатели; 9 — выходные питатели; 10 — нижняя часть шлакоуловителя; 11 — лигатура; 12 — полуформа низа; 13 — стояк с питателем; 14 — сетка из стекловолокна; 15 — выпор; 16 — опока верха с болваном

Устройство для обработки жидкого чугуна присадками и литейная форма работают следующим образом. На дно ковша для модифицирования и разливки чугуна в зависимости от назначения чугуна добавляют расчетное количество добавок алюминия или без него. После заливки чугун в ковше тщательно перемешивают и счищают шлак. Затем производят заливку чугуна в литейную форму через литниковую воронку устройства. Металл через стояк, зумпф и входные

Ш/^ггтт^ гг

I 1 (41), 2007 -

питатели, расположенные под углом, поступает в кольцевую реакционную камеру, где создается вращательное движение металла по кольцу, чем обеспечивается послойное растворение ферроси-ликомагниевой структуры без образования застойных зон. Модифицированный чугун через выходные питатели, расположенные под углом, попадает в шлакоуловитель и далее через вертикальный стояк в стояк формы тигля. Заливка форм происходит без пироэффекта. После заливки формы, о чем свидетельствует появление металла в выпоре, заливка прекращается. После остывания отливка тигля извлекается из формы, дробеструится и оценивается ее качество.

Однако отливки тиглей, полученных таким способом, имели дефекты в виде включений нерастворившихся частиц модификаторов, которые попали в литейную форму несмотря на сифонную заливку. И хотя качество самого металла соответствовало ВЧ, из-за наличия шлаковых включений эксплуатационные и ресурсные возможности данного материала в полной мере не были реализованы, стойкость тиглей признана лишь на 20% выше, чем из обычного серого чугуна, т.е. тигли выбраковывались раньше срока из-за боязни прорыва металла.

Поэтому были приняты качественно новые технические решения, обеспечивающие получение «здоровых» отливок. Была введена операция обес-серивания (предсфероидизирующая обработка) чугуна. На дно разливочного ковша загружали расчетное количество мелкой фракции ферроси-ликомагниевой лигатуры и графитизирующий модификатор. В разливочный ковш заливали чугун и после небольшого и непродолжительного пироэффекта шлак счищали и ковш с металлом подавали на заливку формы. Предварительно перед сборкой загружали в кольцевую реакционную камеру ферросиликомагниевую лигатуру фракции 1—5 мм в количестве, примерно в 2 раза меньшем, чем в предыдущем варианте. И еще введено одно

важное техническое решение — установка при сборке формы фильтровальной сетки из стеклоткани на пути движения металла в стояке к форме. После заливки чугуна в литейную форму через литниковую воронку устройства отливка охлаждалась и извлекалась из формы. После дробеметной очистки оценивалось качество тигля. Поверхность тигля была чистая, без шлаковых включений. Механические свойства чугуна после предсфероиди-зирующей обработки: ав=150 МПа, НВ170, содержание серы — 0,05%. Механические свойства чугуна после внутриформенного модифицирования: ов=550 МПа, 5=2,7 мм, НВ207, содержание серы 0,01%, что соответствует марки ВЧ50.

В настоящее время тигель проходит успешные производственные испытания. Идет выполнение заказов для з-дов "Брестмаш", "Брест-газаппарат", ПРУП "ММЗ" и др. Полученные отливки тиглей с уникальными прочностными характеристиками обеспечат в 2—3 раза повышение стойкости тиглей.

ОАО "МЗОО" является единственным в республике предприятием, которое организовало выпуск тиглей высокого качества. Необходимо также отметить, что принятое направление использования предсфероидизирующей обработки, внутри-форменного модифицирования и фильтрации металла открывает дополнительные возможности получения более качественных отливок, в том числе и томильных горшков для внутрипроизводственного использования с более высокими характеристиками по термической стойкости. Разработки защищены патентами РБ.

По вопросам изготовления тиглей для плавки алюминия и других отливок из ВЧ обращаться по следующим контактным телефонам:

Директор 203-12-25

Технический директор 204-42-03

ОГМет 204-61-92