ЛИТНИКОВАЯ СИСТЕМА ДЛЯ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ЖИДКОГО ЧУГУНА

Решение относится к литейному производству и может быть использовано при модифицировании чугуна для отливок на высокопрочный.
В практике литейного производства актуальным является вопрос о необходимости поздней обработки расплава чугуна при его модифицировании на высокопрочный. К основным преимуществам поздней обработки относятся: уменьшение количества производственных операций за счет исключения выдержки обработанного чугуна, повышение живучести модификатора, уменьшение необходимого количества модификатора, а также «факультативность» вторичного модифицирования. Поздняя обработка расплава препятствует переохлаждению и формированию карбидов, при ее проведении не образуется шлак, подлежащий утилизации.
Примером такой обработки может служить модифицирование чугуна в форме (in-mould-process). Другой вариант модифицирования - ковшевое модифицирование с продувкой сжатым воздухом из цеховой сети - был разработан и успешно опробован в промышленности еще в 70-х годах прошлого века. Проведенные исследования выявили такие положительные стороны этого процесса, как например, повышение марочности чугуна за счет интенсивного перемешивания и появления дополнительных межфазных поверхностей, а также усиление рафинирующего эффекта от газов и других неметаллических включений. Позднее было обнаружено, что реструктуризация будущего материала отливки на микроуровне благотворно влияет на подавление отрицательной наследственности.
Известен способ внутриформенного модифицирования чугуна по патенту РФ №2138361 C1 B22C 9/08, B22D 27/20, опубликован 27.09.1999, по которому обработка модификатором проводится в литниковой системе, состоящей из приемной воронки со стояком, реакционной камеры, шлакоуловителя, стержня-вставки и камеры-отстойника.
Все элементы связаны между собой литниковыми каналами. Подводящий и отводящий каналы реакционной камеры расположены тангенциально и напротив друг друга.
Подводящий канал расположен выше уровня разъема полуформ, а отводящий - ниже.
Стержень-вставка расположена под шлакоуловителем, а камера-отстойник - под стержнем-вставкой. Литниковый канал стержня-вставки выполнен в виде кольцевой щели на части его окружности. Реакционная камера соединена с шлакоуловителем посредством литникового канала, расположенного в верхней полуформе. При попадании чугуна в шлакоуловитель шлаки и включения всплывают вверх, а чистый чугун поступает в камеру-отстойник.
Недостатками известной литниковой системы являются: малоэффективное растворение модификатора, т.к. он расположен на дне реакционной камеры, снижение технологического коэффициента годного за счет необходимости дополнительных элементов литниковой системы, а так же высокая вероятность попадания продуктов модифицирования в формирующуюся отливку.
Эти недостатки устраняются предлагаемым способом.
Решаемая задача - совершенствование схемы обработки чугуна на высокопрочный.
Технический результат - повышение эффективности модифицирующей обработки чугуна за счет интенсификации растворения магнийсодержащих модификаторов.
Этот технический результат достигается тем, что в литниковой системе для модифицирования жидкого чугуна, содержащей литниковую чашу, стояк, реакционную камеру, питатели, шлакоуловитель, реакционная камера совмещена с литниковой чашей, в основании которой установлена модифицирующая вставка, а в стенке литниковой чаши выполнен газоподводящий канал, направленный тангенциально к ее внутренней поверхности с возможностью омывания модифицирующей вставки.
В структуре отливок, полученных с применением новой литниковой системы для модифицирования, наблюдается более равномерное распределение графитовых включений одновременно с небольшим разбросом по размерам, доля перлита соответствует техническим требованиям на отливку. Это свидетельствует о повышении степени усвоения магниевого модификатора, а также об удовлетворительной гомогенизации расплава по свойствам и температуре, на начальной стадии формирования отливки.
Предлагаемая литниковая система приведена на чертежах: на фиг.1 - вид сбоку в разрезе, на фиг.2 - вид «А» на литниковую чашу.
Литниковая система содержит литниковую чашу 1, стояк 2, реакционную камеру 3, питатели 4, шлакоуловитель 5, реакционная камера совмещена с литниковой чашей, в основании которой установлена модифицирующая вставка 6, а в стенке литниковой чаши 1 выполнен газоподводящий канал 7, направленный тангенциально к ее внутренней поверхности с возможностью омывания модифицирующей вставки.
Для исключения попадания продуктов обработки в тело отливки длина шлакоуловителя 5 до первого питателя при реализации схемы может быть увеличена на Δ1:
Δ1=τ·Q/S,
где τ - время, необходимое для коагулирования продуктов модифицирования;
Q - расход металла через шлакоуловитель;
S - площадь рабочего сечения шлакоуловителя.
На практике длина шлакоуловителя увеличивается за счет участка коагулирования продуктов модифицирования не более чем на 250-400 мм.
Испытания данной схемы модифицирования проводились при получении отливки «Крышка подшипника» массой 400 кг из ВЧ 40 ГОСТ 7293-85. Навеска модифицирующей вставки 6 была снижена с 2% по базовой технологии модифицирования по сандвич-методу до 1% от массы обрабатываемого металла.
Расплав продували в литниковой чаше через канал 7 подготовленным, осушенным, сетевым сжатым воздухом с давлением около 2 атм. в течение всей заливки. Чаша 1 изготавливалась из холоднотвердеющей смеси. Подвод сжатого воздуха к чаше 1 осуществлялся через удлинитель от газораспределительной системы, изготовленный из металлической трубы диаметром 20 мм и присоединенный к каналу 7 в чаше.
В ходе испытаний не наблюдалось признаков пироэффекта.
Результаты последующих контроля химического состава, металлографических исследований и механических испытаний материала полученной отливки оказались следующими. Остаточное содержание серы в отливках не превышает 0,015%, магния соответственно на уровне 0,018-0,020%. Характерный балл структуры - Ф70П30 ШГф4,5 ШГд 25-45 (на отливках, полученных по базовой технологии модифицирования в ковшах по сандвич-методу зафиксирован балл структуры Ф70П30 ШГф 3, 4, 5 ШГд 45-90).
Таким образом, требуемое качество литья достигается при пониженном расходе модификатора и большем технологическом коэффициенте выхода годного по сравнению со схемами ковшевого и внутриформенного модифицирования.