Устройство для модифицирования чугуна в литейной форме

(19) ОЦ СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК еннцй номитят сссРЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИИ 4 ГОСУДАРСПО ДЕЛ ИЗОБРЕТ,(2 1) 3685987/22-02(71) Ьелорусский ордена.Трудово го Крас"ного Знамени политехнический институт(54)(57) 1: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИОДИФИЦИРОВАНИЯ ЧУГУНА В ЛИТЕЙНОЙ ФОРДИК,содержащее установленную в ее литниковой системе вставку из керамического материала с ячейками и модификатор, размещенный в .нихо т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью обеспечения более полного усвоения модификатора расплавом и получения болееоднородной структурыв различныхсечениях отливки,вставкавыполнена разъемнойиз плит с отверстиямив виде усеченных пи.рамид,сопряженных по большим их основаниям и образующих ячейки. чярсн 2 ОПИСАНИ К АВТОРСИОМУ 2. Устройство по,п. 1, а т л ич а ю щ е е с я тем, что вставкавыполнена многоярусной и содержитнесколько попарно сопряженных междусобой плит с ячейками.3. Устррйство по пп. 1 и 2, о .т -л и ч а ю щ е .е с я тем, что модификатор размещен в ячейке в видевтулки или в виде гранулы объемом,.равным .О,6-0,8 объема ячейки,4. Устройство по пп, 1, 2 и 3,отличающее с я тем, чтов верхнем ярусе вставки размещен модификатор с наименьшей скоростью растворения и с содержанием порошка железа 403, при этом его количество составляет 50-7 ОХ от общего,.а в после- .дующих ярусах вставки - модификаторс возрастающей скоростью растворения и с содержанием порошка железа30,15, и 0,53 соответственно, приэтом его количество составляет 20-25,10-15,и 2-47. от общего соответственно.5. Устройство по пп. 1-4, от л иа ю щ е е с я тем, что последнийус вставки снизу каждой ячейкиабжен заглушкой из модификаторас наибольшей скоростью растворения.( 1159Изобретение относится к литейномупроизводству, в частности .к модифицирующей обработке чугуна в формеЦелью изобретения является обеспечение более полного усвоения модифи" 3катора расплавои и получение болееоднородной структуры в различных сечениях отливки,На чертеже показана фронтальнаяпроекция сотообразной вставки в сборе.Вставка состоит из керамическихсеток 1 - 4, отверстия которых образуют ячейки 5. Ба дне ячеек нижнегояруса размещен модификатор 6 с мак- Осимальной скоростью растворения,В ячейках верхнего и нижнего. ярусаразмещены гранулы 7 модификаторас меньшей скоростью растворения.Соторбразная керамическая вставка 26устанавливается под стояком литейнойФормы, Она выполняется разъемной ипредставляет собой наборсостыкованных керамических плит, отверстия которых имеют Форму усеченной пирамиды (например, четырехугольной),В состыкованном виде плиты прижаты. друг к другу большими основаниямиотверстий, которые образуют при этомячейки (например, в виде усеченного . 30тетраэдра) для размещения модификатора. Модификатор изготавливают в видетел различной конфигурации (например,в виде втулки), с объемом, равнымО,б,8 объема. одной ячейки вставки. ЗЧисло плит во вставке определяетсяколичеством модификатора, необходИмо годля обработки всего объема металлаотливки, но. не должно быть меньшетрех, т,е, плиты образуют не менее 40двух ярусов ячеек.1Для обеспечения более эффектногои равномерного модифицирования чугуна в течении всего времени заливки,достижения более полного растворения фмодификатора и получения более одно"родной структуры в различных сеченияхотливки применен модификатор .на основе магния, кремния и железа с различной скоростью растворения. Изменение фскорости растворения модификаторадостигается варьированием содержанияв модификаторе порошка железа от 0,5до 40 мас.%. Применение указанногомодификатора позволяет выравнять Иусловия модифицирования как первых,так и последних порций металла, поступающих в отливку, что дает возмаж 954 2 ность получать более однородную структуру в различных ее сечениях. При этом за счет хорошего прогрева и интенсивного растворения модификатора обеспечивается более полное его использование т.е, экономия модификатора. Даже если часть модификатора и не успеет раствориться, то это будет модификатор с наибольшим содержанием железа т.е, наименее цен ная его часть.Улучшение прогрева модификатора, увеличение полноты его растворения и.гарантированное модифицирование первых порций жидкого металла достигается за счет величины объема и формы тел модификатора и способа расположения его в ячейках вставки,В сотообразной вставке размещают сначала модификатор с наименьшей скоростью растворения в количестве 50-70%. Затем размещают модификатор с более высокой скоростью растворения соответственно по ходу металла. Обьем каждой гранулы модификатора, за исключением. гранул модификатора с наибольшей скоростью растворения, . равен О,б,8 объема ячейки вставки, Применение гранул объемом меньше б 0% объема ячейки ведет к бь 1 строму вымыванию модификатора из ячеек и уносу в тело отливки, что снижает равномерность модифициррвания. Применение гранул объемом больше 80% объема ячейки ухудшает условия протекания жидкого металла и может вызвать примораживание его к модификатору и стенкам ячейки. Только при размещении в первой секции (по ходу расплава) модификатора с наименьшей скоростью, далеесо средней скоростью и наличии эаглу" шек из модификатора с максимальнойскоростью растворения создается возможность для модифицирования металла в течение всего времени заливки. Модификатор с наименьшей скоростью растворения, обусловленной более высокой температурой плавки, растворяется в последнюю. очередь и предупреждает всплывание на поверхность металла в вертикальном стояке. нерастворившихся частиц модификатора с более высокой скоростью растворения,Кроме того, Форма и проходное сечение каналов на входе и выходе из керамической вставки создает большеесопротивление прохождения крупныхчастиц модификатора в случае размыва1159954 ния его в процессе заливки. Только . мелкие частицы (2-3 мм) могут беспрепятственно проходить через выходные каналы вставки, но и они легко раст-, , воряются в процессе продвижения жидкого металла в литниковых каналах еще до поступления в полость отливки. Наличие заглушек из модификатора с максимальной скоростью растворения на выходе из вставки увеличивает проме жуток времени для прогрева модификатора с более низкой скоростью растворения и гарантируетэффективное модифицирование йервых порций заливаемого металла.15 При обратной последовательности размещения модификатора возникает опасность закупорки проходных каналов керамических плит нерастворивши-. мися частицами модификатора, что при 20 водит к остановке процесса заливки металла в форму. Кроме того, наблюдается всплытие мелких нерастворившихся частиц модификатора из верхних.25секций вставки на поверхность. металла, что снижает степень усвоения модиФикатора.Размещение модификатора с мини,1 мальной скоростью растворения в средней части вставки также. создает опас,ность закупорки каналов.в этойчасти вставки и не препятствует всплы, ванию частиц модификатора из ячеек верхних секций.Необходимость установки заглушек З 5из модификатора с максимальной скоростью .растворения на вьнсоде из керамической вставки вызвана стремлениемповысить степень мадифицированияпервых порций заливаемого металла, которые находятся в самых тяжелых условиях для модифицирования (модифи.катар непрогрет). Та небольшая задержка в продвижении заливаемогометалла, в течении которой проиехо- ф 5 дит растворение заглушек, создаетвозможность прогрева модификатора, МодиФикатор заглушек должен иметь максимальную скорость растворения,иначе наблюдается захолаживаниеметалла в вертикальном стояке.При установке заглушек на входевозникает опасность задержки залив.-.ки и всплывание модификатора заглушек на поверхность металла в верти-.кальном стояке. Кроме этого наблюдается пироэффект в начальной стадиизаливки. 4Необходимость размещения в верхней секции керамической вставки растворения и,далее последовательно модификаторов с более высокой скоростью растворения подтверждается экспериментальными даннйми Испытания проводят по следующей методике. Вставки с различным размещением модификаторов устанавливают в стержневых формах, конструкции которых позволяет отливать стандартные клиновидные пробы чераэ определенные промежутки времени, например 3 с, Через формы проли.вают чугун при 1400 С. Количествоо.вводимого модификатора составляло 1,57. от веса заливаемого металла, Клиновидные пробы отливаются в формы устанавливаемые на специальной тележке, перемещаемойпод выходным каналом стержневой формы. Результаты исследований приведены в табл. Как видно из приведенных результатов, при размещении модификатора с минимальной скоростью растворения в нижне 6 секции керамической вставки ухудшаются условия модифицирования первых порций заливаемого металла, что уменьшает однородность структу:ры в различных сечениях отливки. Эти результаты объясняЮтся неполным .растворением модификатора с более высокой скоростью растворения цз-за всплывания мелких нерастворившихся частиц на поверхность металла в .стояке и недостаточного нагрева модификатора с минимальной скоростью растворения. В некоторых случаях наблюдается. даже закупорка, что ведет к срыву заливки. Те же недостатки. присущи и размещению ,модификатора с минимальной скоростью растворения в средней секции вставки.При размещении модификатора с минимальной скоростью растворения в верхней секции вставки наблюдается равномерное модифицирование в течении всего времени заливки из-за отсутствия недостатков, присущих Нижнему расположению модификатора сминимальной скоростью растворения.При размещении модификатора с минимальной скоростью растворения в количестве менее 507 от общего количе ства модификатора ухудшаются условия, модифицирования последних порций металла из-за налйчия большого .количества модификатора с высокой скоростью растворения, который расходу-,1159954 1 О 15 минуя модификатор с меньшей скоростью растворения. катара (2-3 мм), которые легко. растворяются еще до попадания металла в. полость самой отливки. Кроме того, форма ячеек и тел модификатора позво- ляет заливаемому металлу омывать модификатор со всех сторон, и за счет всестороннего контакта с заливаемым , металлом тела модификатора не разрушаются в первые же моменты заливки. щ Наличие заглушек на выходе из вставки позволяет установить спокойное ламинарное течение металла в латниковых каналах и во вставке, что также уменьшает опасность разрушения тел модификатора. После отработки модификатора с более высокой скоростью растворения опустевшие ячейки нижней вставки играют роль дополнительных Фильтров, задерживающих мел кие частицы с минимальной скоростью растворения.Предлагаемое устройство для модифицирования чугуна в литейной форме за счет формы ячеек вставки и формы я тел модификатора обеспечивает всесторонний контакт модификатора с заливаемым металлом, а следовательно. ется на модифицирование первых порций заливаемого металла. Эти порции металла фактически оказываются пере- модифицированными, что приводит к сни. жению степени модифицирования последующих порций металла,При размещении модификатора с минимальной скоростью растворения в количестве больше 70% ухудшаются условия модифицирования первых порций заливаемого металла. И только при содержании во вставке 50 - 70% модиФикатора с минимальной скоростью растворения достигается наиболее равномерное модифицирование в течении всего времени заливки. Эти рассуждения подтверждаются экспериментальными данными, приведенными в табл. 2.Форма ячеек (усеченная пирамида с основаниями в виде четырехугольника) обеспечивает надежное удержание тел модификатора во вставке до их полного растворения, так как они рас полагаются в полостях керамических плит, образующихся после их стыковки по. большим основаниям усеченных пира. мид. Малые основания имеют относи.тельно небольшие размеры (более 5 мм) в поперечнике, так.что через входные и выходные каналы вставки могут проходить лишь мелкие куски модифнинтенсивный прогрев и более полное .растворение модификатора, а сочетаниемодификаторов с различной скоростью растворения обеспечивает более равно.мерное модифицирование в течение всего времени заливки.Необходимость наличия во вставке не менее двух ярусов ячеек связано с тем, что при применении одноярусной вставки всю ее необходимо заполнить модификатором с различными скоростями растворения, и после растворения части модификатора металл можетпроходить через опустевшие ячейки,При проведении экспериментальныхплавок с целью испытания устройства для модифицирования чугуна при отлив. ке секций котлов типа "Минск", чугун, содержащий 3,50% С, 2,40% Б,0,5% Мп, 0,07% 3, 0,17% Р, выплавляют в кислой вагранке, В ковше емкостью 250 кг проводят десульфурациючугуна, обрабатывая его ферроцериемЦМТУ 05-20-б 7 в количестве, достаточном для снижения содержания:, серы доб,01%. После десульфурации чугун при1400 С заливают в форму, где предварительно установлена вставка, содержащая модификатор с различнойскоостью аство ения, В емя заливки ме р р р Рталла в форму составляет приблизительно 20 с, а масса отливки 210 кг. Приизготовлении гранул модификаторас различной скоростью растворенияза основу взят модификатор типа ЖКИ,приготовленный на основе порошковмагния, Ферросилиция и железа.Среднее содержание компонентов в мо"днфикаторе: 10-12% Мя, 50-55% Бх,20-35% Ре,Содержание железа в гранулахмодификатора распределяется следующим образом: 2-4% от всей массы модификатора приготовляется на основепорошков магния и 75% - с содержа,нием порошка железа 0,5%; 10-15%1приготавливается с содержанием порошка железа 15%; 20-25% - с содержанием порошка железа 30%, и 50-70% отвсей массы модификатора приготавливается с содержанием железа 40%.Необходимое количество порошка, вводимое в состав модификатора, а также масса каждого вида модификатора,с различной скоростью растворенияопределены экспериментально.7 , 1159954 8На основании этих результатов вы- от другого по периметру отливки, по бравы оптимальные пределы в содержаказывает наличие структуры чугунаФнии порошка железа в модификаторе с шаровидным графитом в различных по 0 5-403. При содержании железа мень- толщине сечениях отливки, что свише 0,5, оно практически не влияет 5 детельствует об эффективности даннона время растворения модификатора, го устройства для модифицярования. а при содержании больше 407. значи- . Использование предлагаемого усттельно снижается скорость растворе- ройства дает. возможность снизить расния модификатора. хад модификатора и добиться болееравномерного модифицирования металлаИикроструктурный анализ. образцов, в течении всего времени заливки.по вырезанных на расстоянии 100 мм один сравнению с известными устройствами.Т а б л и ц а 1 Положение модификаторас минимальной скоростьюрастворения по ходу металла епень сфероидизации графита, Х емя от начала заливки, с 6 9 12. 1 65 85 95 95 9 Верхняя секци редния секция 90 55 45 85 9 8 85 Нижняя се Во всех исследованиях заглушки.из модификатора скоростью растворения устанавливаются на выход с максимальнойе из вставки. Т а б л и ц а 2 Количество модификатора с минимальной скоростью ероидизаци Время от рафита,чала заливки, с створения, Х 6 1 9 21 5 30