Чугунное, стальное и цветное литье

Чугунное литье

Главным материалом для чугунолитейных цехов служит штыковой чугун из доменных печей. Литейные чугуны разделяются на литейный коксовый, литейный древесноугольный и литейный специальный. Содержание элементов в литейном коксовом чугуне должно соответствовать ГОСТ 4832-58, в литейном древесноугольном - ГОСТ 4833-49 и литейном специальном - ГОСТ 4834-49,

В качестве одного из основных материалов, поступающих в переплавку вместе со штыковым чугуном, используются чугунный лом, возврат собственного производства и ферросплавы. При плавке чугуна для снижения содержания углерода и повышения механических свойств отливок добавляют стальной лом.

Устройство вагранок и их работа

Вагранка - это простейшая шахтная печь для переплавки чугуна. Она является самым распространенным для этой цели типом и по своему устройству очень напоминает маленькую доменную печь. Некоторые части ее носят те же названия, что и соответствующие части домны.

На чугунную плиту установлен кожух диаметром D2, склепанный или сваренный из железа и выложенный огнеупорным кирпичом, образующий внутренний диаметр шахты вагранки D. Плита лежит на чугунных колонках. В плите имеется отверстие с дверкой на петлях. На днище сверху набивают под или лещадь. Несколько выше пода в кадке делают один, два или три ряда фурм. Через эти фурмы и подается воздух, необходимый для горения топлива. Воздух поступает в фурмы из коллекторного кольца высотой h2, опоясывающего всю вагранку, а в кольцо он нагревается по трубе вентилятором. К нижней стенки кольца крепятся чугунные коробки главного ряда фурм со стеклом для наблюдения за фурмой во время плавки.

Часть вагранки между подом и фурмами называется горном, а выше фурм - шахтой. Верхняя часть шахты называется колошником. В колошнике имеется загрузочное окно. Над колошником устраивается труба для отвода газов. Над подом в нижней части вагранки имеется рабочее окно, закрываемое дверцей. На уровне пода в кадке вагранки устраивается горловина для выпуска расплавленного чугуна в копильник диаметром D0.

Выпуск чугуна производиться через отверстие в нижней части копильника, называемое леткой. Шлак из копильника выпускают через отверстие шлаковой летки, расположенной на высоте h3 под подом. Расплавленный металл скопляется в горне и выпускается через летку по желобу. Для управления искр вверху вагранки устанавливают искроуловитель.

В вагранку через загрузочное окно с колошниковой площадки периодически загружают шихту из чугуна, кокса и флюса. Расход кокса составляет 10-15 % от веса переплавляемой металлической шихты.

Реконструкция вагранок с применением дутья, обогащенного кислородом, с подогревом подаваемого в вагранку воздуха, с переводом подаваемого в вагранку воздуха, с переводом на газообразное топливо повышает производительность литейных цехов.

От сгорания кокса в горне вагранки накапливается очень трудноплавкая зола, шлаки становятся очень густыми и уносят с собой капли металла. Густые шлаки того, затягивают фурмы, нарушая нормальный ход плавки, и способствуют переходу в чугун серы. Для разжижения шлака в вагранку добавляют флюсы, чаще всего в виде известняка.

Необходимо сказать о кислых шлаках доменной плавки. Кислые шлаки легкоплавки, но при плавке в вагранке на коксе они недопустимы, так как содержат много кремнезема (SiO2) и не могут удерживать в себе серу в той мере, в какой ее удерживают основные шлаки, богатые известью. Известковый камень с успехом заменяют в вагранке основным мартеновским шлаком, богатым известью (вторичным шлаком - бедным фосфором).

Производительность вагранок в зависимости от их размеров колеблется широких пределах - от 0,25 до 25 т в час.

При крупных отливах расплавленный чугун выпускают в большие специальные ковши, а из низ в формы. Выдержка в ковше способствует вплавлению посторонних включений и выделению газов.

Получение отливок с отбеленной поверхностью и с менее твердой внутренней частью достигается быстрым охлаждением поверхности отливки. Отбеленная твердая поверхность имеет структуру белого чугуна (с избытком цементита). При быстром охлаждении графит не успевает выделиться, и углерод остается химически связанным, т.е. в виде цементита. Для отливок с отбеленной поверхностью чугун должен содержать меньше кремния (0,7-0,8%) и марганца (0,5-0,8%). В тех частях формы, где поверхность отливки должна быть отбелена, следует применять металлические стенки (холодильники).

Получение чугунов повышенного качества

Для ответственных отливок применяют чугуны повышенного качества с улучшенной структурой. Повышенные механические свойства, хорошее сопротивление истиранию, однородность свойств во всех частях отливки обеспечили широкое распространение перлитных чугунов. Повышенными механическими качествами обладает чугун с пониженным содержанием углерода. Для этой цели в вагранку вводят стальные обрезки (до 50% от веса шихты).

Для высококачественных отливок модифицированного чугуна требуется высокая температура металла на желобе (до 1400-1450 oC) Тогда модифицированный чугун получается введением в струю чугуна измельченного модификатора, например в виде силикокальция или высокопрочного ферросилиция, в количестве 0,2-0,5 % от веса чугуна. Такое количество модификатора, незначительно изменяя химический состав чугуна, резко улучшает его физические свойства. Вследствие раскисления и графитизации чугун получает во всех сечениях отливки равномерную величину зерна с перлитно- графитным строением.

При выплавке модифицированного чугуна рекомендуют применять вагранку с тремя рядами фурм, обеспечивающими повышенную температуру жидкого чугуна, снижение расхода кокса и увеличение производительности. Количество вводимого модификатора зависит от состава чугуна и должно быть тем больше, чем меньше в чугуне углерода и кремния. Присадку модификатора в ковш следует производить не больше, чем за 5-10 мин. До заливки во избежание понижения механических качеств чугуна.

Серый чугун путем обработки жидкого металла магнием имеет предел прочности при изгибе до 120кг/мм2, при растяжении - до 80 кг/мм2 и удлинение - 16 %.

Марки чугуна, модифицированного магнием, СПЧП45 и СПЧП 55 имеют перлитною структуру. Чугун СПЧП45 имеет предел прочности 45 кг/мм2, а СПЧП55 - 55 кг/мм2. Удлинение соответственно 1,5-5%. В настоящее время начали получать модифицированный магнием чугун с пределом прочности на растяжение до 100 кг/мм2 и удлинением 7-8% и выше.

Ковкий чугун представляет собой чугунное литье с ферритной или перлитной основой с включениями углерода отжига округлой формы в отличие от пластинчатого графита серого чугуна. Для получения ковкого чугуна отливки из белого чугуна подвергаются отжигу.

При отжиге отливок из белого чугуна при температуре выше критической, а именно при 900-950 0C, карбид железа Fe3С разлагается на железо и углерод отжига. Твердость отливок понижается, обрабатываемость улучшается а механические свойства возрастают. Отливки отжигают в ящиках, заполненных песком или железной рудой. В первом случае получают черносердечный, а во втором - белосердечный ковкий металл.

Отливки из ковкого чугуна ковать нельзя. Название "ковкий" чугун условно и указывается лишь на некоторую пластичность. Отличительной чертой таких отливок являются их механические свойства, занимающие среднее место между сталью и серым чугуном.

Отливки из ковкого чугуна применяются для мелких деталей автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин, соединительных частей трубопроводов: уголков, муфт, тройников и других деталей.

Расчет шихты для получения чугунного литья

Расчет шихты заключается в подпоре такого шихтового материала, который бы обеспечивал получение литья требуемого химического состава. При расчете шихты затруднение вызывает различие угара основных примесей чугуна во время плавки. Угар этот зависит от сорта шихтового материала, режим плавки и топлива.

Допустим, например, что для машиностроительного литья требуется получить в отливке 2,4% Si, 0,65% Mn, 0,40-0,5% P и не более 0,09% S, а в распоряжении литейного цеха имеются, %:

КремнийМарганецФосфорСера
Чугун марки ЛКО3,250,650,30,03
Чугун марки ЛКI3,100,550,30,03
Чугунный лом2,500,700,60,08

Взяв 50% лома и по 25% чугуна указанного состава, получим в каждой колоше весом в 900 кг:

  • Чугун марки ЛКО - 225 кг
  • Чугун марки ЛКI - 225 кг
  • Чугунный лом - 450 кг

В них будет содержаться, %

Кремний
0,25 * 3,25 = 0,813
0,25 * 3,10 = 0,775
0,50 * 2,50 = 1,250

Всего: 2,838
Марганец
0,25 * 0,65 = 0,1625
0,25 * 0,55 = 1,1375
0,50 * 0,70 = 0,3500

Всего: 0,650
Фосфор
0,25 * 0,3 = 0,0,75
0,25 * 0,3 = 0,075
0,50 * 0,6 = 0,300

Всего: 0,45
Сера
0,25 * 0,0,3 = 0,0075
0,25 * 0,03 = 0,0075
0,50 * 0,08 = 0,0,400

Всего: 0,0,550

Если принять угар кремния равным 15%, марганца 22%, фосфора 0% и пригар серы в 50% (за счет серы кокса) и вычесть количество выгоревших кремния и марганца, оставив без изменения фосфор и добавив пригар серы, то получим состав чугуна после переплавки, т.е. в отливке, %:

  • Кремний = Угар 15 % * ( 2,838 - 0,0 ) = 0,45%
  • Марганец = Угар 22% * ( 0,650 - 0,143 ) = 0,507%
  • Фосфор = Угар 0% * ( 0,45 - 0,0 ) = 0,45%
  • Сера = Угар 50% * ( 0,0550 + 0,0275 ) = 0,0825%

Таким образом, мы получим чугун, соответствующий требованию, за исключением содержания марганца, которого нахватает (0,15%). Недостающее количество марганца, равное 0,015 · 900 = 1,35 кг, можно добавить в виде зеркального чугуна с 10-25% Si, возьмем марку с15; Mn.

Угар марганца из зеркального чугуна в вагранке примем равным 30%. Значит ввести в шихту не 1,35 кг, ( 1,35 * 100 ) / 70 = 1,9 кг; зеркального же чугуна с 15% Mn нужно ввести 1,9 : 0,15 = 12,6 кг.

Стальное литье

Отличительными способностями стального литья являются высокая температура жидкой стали, большая усадка и внутренние напряжения. Все это требует изготовления форм из высокоогнеупорных формовочных материалов (чистый кварцевый песок с необходимым количеством огнеупорной или шамотной глины). Кроме того, форма должна иметь достаточную податливость при остывании. Вследствие большой усадки стали требуется установка прибыли для питания отливки. С целью экономии металл вместо больших прибылей можно применять прибыли меньшего размера, но используя в них газовое давление. Основную сталь при отливке стальных деталей выпускают через отверстие в дне ковша.

Главным недостатком стальных отливок являются усадочные раковиныи трещины. При отсутствии этих пороков и при правильной термической обработке стальное литье обладает высокими механическими качествами, не уступающими свойствами изделий, получаемых ковкой или другими видами обработки давлением. В последнее время достигнута отливка тонкостенных деталей весом в несколько граммов и разработаны методы изготовления литого инструмента. С другой стороны.

Стальное литье получают, как и чугунное, с помощью формовочных машин и пескометов, применяя конвейеры для заливки форм и ленточную подачу формовочных смесей.

В настоящее время машиностроение располагает сталями, имеющими после термической обработки предел прочности при растяжении до 200 кг/мм2 и даже более, а удлинение более 10%.

Цветное литье

Плавку цветных металлов производят в тигельных горнах, пламенных печах и электропечах.

Тигельные горны отапливают твердым топливом (кокс, антрацит), жидким (нефтяные остатки - мазут) и газообразным (генераторный газ).

Тигли применят обычно графитовые (ГОСТ 3782-54). Условная вместительность их от 0,1 до 356 кг. Условная вместимость тиглей определена для меди с увеличенным весом 8,6 при 1200 oC при условии заполнения их на 95%.

ЗАО "УЗЦМ" ©2005-2006
Связаться с вебмастером
ЗАО "УЗЦМ" г. Уфа тел/факс +7 (347) 252-29-05, 292-56-85 uzcmufa@mail.ru