Способ изготовления графитового кристаллизатора

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК р В 22 Э 11/04 ГОСУДАРСТВЕНН 1 Й НОМИТЕпО делАм изОБРетений и СССР ТНРЫТИЙПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯАВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 2(71) Каунасский литейный завод(54)(57) СЦОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГРАФИТОВОГО КРИСТАЛЛИЗАТОРА преимущественно для непрерывного литья металлов, включакиций механическую обработку, многократную пропитку и сушКУФ отличающийсятемучто, с целью повышения прочностии износостойкости, кристаллизатбрв течение 5-30 мин пропитываютраствором, содержащим 3-20 масЛкремнийорганического лака, 12,5 мас.7 1003-ной борной кислоты,остальное - этилсиликат, причемборную, кислоту добавляют в зависимости от содержания ЯО в этилсиликате, просушивают в течение60-90 мин при 200-250 С, послечего нагревают в инертной средедо 900-1000 С со скоростью 34 град./мин, выдерживают в течение50-80 мин и охлаждают до температуры окружающей среды со скоростью5-8 град./мин,45 50 55 Изобретение относится к металлургии, в частности к установкам непрерывного литья металлов,Цель изобретения - повьппение прочности и износостойкости кристаллизатора.Способ осуществляют следующим образом.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 Б 10 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 Б 10 с борной кислотой и образование боросиликатного стекла в порах кристаллиэатора, После выдержки 50-80 мин при 900-1000 С 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) 1 О 1 з 20 25 30 2, 5% от содержания Б 10в э тилсиликате с последующей термообработкойдля того, чтобы уменьшить общую пористость графита, заполняя порыинертным к жидкому чугуну материа -лом - борсиликатным стеклом и темсамым придать ему дополнительнуюпрочность и износостойкость и снизить окисление при высоких температурах. Воркую кислоту добавляют вколичестве 1-2,5% от содержанияБО в этилсиликате для того, чтобыв порах образовалось борсиликатноестекло, имеющее значительную теплостойкость и пластичность при рабочих температурах кристаллизаторов,Йспольэуемых для литья железоуглеродистых сплавов. Оно одновременноблокирует поры графита, снижаетего газопроницаемость и окисляемость,а также снижает растворимость графита в железоуглеродистых расплавахи окисление от воздушной средыпри рабочих температурах. Если онадобавлена менее 1%, то температураразмягчения борсиликатного стеклавыше рабочих температур обжига иработы кристаллиэатора при литьечугуна и не реализуются полностьюупрочняющие и защитные его свойства. Если борной кислоты содержитсябольше 2,5%, то прочность борсиликатного стекла резко снижается,оно расплавляется и выходит на поверхность кристаллиэатора, отчегоповышается смачиваемость рабочейповерхности и увеличиваются усилиявытяжки 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 БО и благодаря своей термостойкости действует до 700 С. Разлагается лак при 900- 1000 С с образованием Б 10, что соответствует главной цели применения основного компонента - этилсиликата. Можно применять лак К 0916 и другие марки кремнийорганических лаков, предпочтительно термически твердеющие, которые образуют стабильные растворы в этилсиликате и обеспечивают длительную стойкость раствора без образования плен, 1219237При введении лака менее ЗЖ про исходит сильное улетучивание этилсиликата и ЫО из пропитанного графита. При введении лака более 207 повышается вязкость раствора и снижается его пропиточная способность, что требует значительного увеличения или времени пропитки или давления, что экономически нерационально.Кристаллизатор пропитывают 5- 30 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 приме нительно с использованием вакуумных пропиточных ванн или пропитки под давлением изнутри при установке кристаллизатора между герметичными прокладками. Пропитка кристаллиэатора 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 б 0 мин, то в глубинных слоях кристаллизатора не обеспечивается10 15 20 затвердевание лака, что впоследствиипроисходит при термообработке призначительной интенсивности подъематемпературы, что вызывает такиеже явления, как и превьппение 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 мелкозернистыхмалопористых графитов типа МГ 1 и три раза для крупнозернистых.пористых графитов типа МИГ, электродный и др.После пропитки и просушки кристаллизатор нагревают в инертной среде до 900-1000 С со скоростью 34 град,/мин для того, чтобы оконча тельно вьделилась летучая составляющая пропиточного раствора и выделившаяся твердая фаза ЯО прореагировала с В О и образовала стекловидную фазу и обеспечила тем самымвысокую прочность ее в порах. Еслинагрев кристаллизатора ведут не винертной среде, то происходит окисление поверхности графита и искажение его размеров. Если нагревают 35кристаллизатор ниже 900 С, то неполностью удаляются летучие вещества, и это происходит .при заливкеметалла в кристаллизатор с уносомне спекшегося геля 80 в стекло.40 Если кристаллизатор нагревают выше1000 С, то излишне затрачиваютсяэнергетические ресурсы. Если нагревведут со скоростью ниже 3 град./минто процесс происходит слишком мед.ленно и не отвечает необходимойпроизводительности. Если нагрев ведут со скоростью вьппе 4 град./мин,то происходит унос еще не спекшегося геля ЯО в борсиликатное стеклд.Выдержку кристаллизатора посленагрева производят в течение 5080 мин для того, чтобы полностьюулетучилась газовая фаза распадаэтилсиликата и лака по всему сече нию и произошло спекание геля ЯхОв стекло. Если выдержка менее50 мин, то не полностью происходитулетучивание газовой фазы распадаПредлагаемый 45 этилсиликата и лака, что происходит при заливке металла в кристалли.затор с образованием новой пористости. Если выдержка более 80 мин,то тепловая энергия расходуетсянеэффективно, и снижается производительность.Кристаллизатор охлаждают до температуры окружающей среды со скоростью 5-8 град./мин для того, чтобыне возникли термические напряженияи 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 охлажденияцентра кристаллизатора и поверхности,П р и м е р 1. Изготавливаюткристаллизатор для отливки столафрезерного станка из заготовкиграфита ИНГ. Толщина стенок кристаллизатора 20;мм. Кристаллизаторизготавливают из блока графитаразмерем 350350400 мм механической обработкой. Для пропитки готовят в пропиточной ванне 500 фф 500500 мм раствор. В залитыйэтилсиликат 40 добавляют 0,5 Е борной кислоты и растворяют его перемешиванием и добавляют 7 Е лака и опятьтщательно перемешивают. В растворпогружают кристаллизатор и выдерживают 20 мин, Вынимают иэ ванны,дают стечь излишку раствора и помещают в сушильный шкаф, предварительно нагретый до 250 С. Выдерживают1 ч, охлаждают до комнатной температуры, опять погружают в пропиточнуюванну и обработку повторяют три раза. После последней просушки юристаллиэатор кладут в короб, засыпаютграфитовой стружкой, накрывают крьппкой и помещают в нагревательнуюпечь, нагретую предварительно до250 С, Поднимают температуру со скоростью 3-4 град./мин до 950 С, выдерживают 1 ч и охлаждают с приоткрытой печью, что обеспечивает скорость охлаждения 5-8 град,/мин.Кристаллизатор монтируют налинииЛНЛЧи производят литье из чугунамарки СЧдоэвтектического состава.Параллельно Испытывают на другойлинии необработанный кристаллизатор,Режимы литья одинаковые,На необработанном кристаллизаторе предельное увеличение размеров от износа кристаллизатора достигает ся по изготовлению 60 м профиля,а на пропитанном и термообработанном 80 м, что на ЗОБ больше.П р и м е р 2. Испытывают обраэ цы, изготовленные из графита маркиМНГ размерами 15 ф 15 " 25 мм, наизносостойкость при трении о закрепленные абразивные частицы на специальной установке, В качестве абразив ных закрепленных частиц используютшлифовальную бумагу. Сила прижатияобразца 136,5 Н, Износ оценивают впроцентном выражении к необработанным образцам при прохождении по 20 шлифовальной бумаге пути в 1 м. Результат определяется как среднееиспытание трех образцов. Испытываютобразцы необработанные, пропитанныеэтипсиликатом без добавок и просу шенные (по известному способу) иизготовленные по предлагаемому способу. После испытания и доведенияразмеров до 15 ц 1515 мм образцыиспытывают на сжатие. Результаты 30 испытаний приведены в таблице. Способ об- Износ, Предел прочности работки Е на сжатие,кгс/см 35 Не обработанные 100 207; 205, 210 Известный , 92 208,5, 207,5, 211,4 53,1 241 239 245,2 Таким образом, износостойкостьобразцов, упрочненных по новомуспособу, почти в два раза вьппе необработанных.50 Предлагаемый способ изготовленияграфитового кристаллизатора для непрерывной разливки металлов позволяет увеличить износостойкость кристаллизатора на 307, прочность на 203 и сократить расход графита на тонну годного литья.