книги из ГПНТБ / Сосненко, М. Н. Развитие литейного производства

славу отличных конструкционных материалов сегод­ няшнего и завтрашнего дня».

Следует особо остановиться на достижениях по­ следних лет, связанных с плавкой и приготовлением литейных сплавов.

На заре развития металлургического производства плавка металлов производилась в тиглях, из которых приготовленный расплав сразу же заливался в фор­ мы. Первой совершенной плавильной печью литейных цехов следует считать вагранку, которая была изобре­ тена в 1774 г. мастером литейных дел Баташевым в России и до сих пор остается основным плавильным агрегатом для выплавки чугуна. Следует, однако, от­ метить, что ее конструкция претерпела значительные изменения, большинство из которых внесены совет­ скими специалистами. Современные вагранки отли­ чаются большой высотой, снабжены системами подо­ грева дутья и автоматизированной загрузки шихты. В качестве топлива вместо кокса большинство литей­ ных цехов использует кокс в сочетании с природным газом, что позволяет повысить интенсивность плавки, а следовательно, производительность вагранок. Конт­ роль за работой вагранок осуществляется с пульта управления, фиксирующего расход и давление дутья, состав топочных газов и другие показатели хода плав­ ки. В последние годы были освоены новые конструкции вагранок закрытого типа с дожиганием топочных га­ зов. Они оснащены системами комплексной механиза­ ции и автоматизации, позволяющими вести плавку в оптимальном режиме. Кроме того, для выплавки чу­ гуна специального назначения освоены электрические индукционные печи промышленной частоты.

Для плавки стали и медных сплавов в настоящее время широко используются электрические печи, кото­ рые пришли на смену устаревшим конструкциям раз­ личных пламенных печей. Плавка стали чаще всего ведется в электрических дуговых трехфазных (моде­ лей ДС, ДСП и ДСВ) и индукционных печах промыш­ ленной частоты (модель ИЧТ), а медных сплавов (ла­ туней и бронз) — в электрических дуговых двухфаз­ ных печах (типа ДМ) и канальных промышленной частоты (моделей ИЛК, ИЛТ н др.). Для плавки алю­ миниевых сплавов в современных литейных цехах при­

91

меняют электрические индукционные печи промыш­

вым и малопроизводительным электрическим печам сопротивления. Плавку магниевых сплавов в совре­ менных условиях чаще всего производят в тигельных электрических печах сопротивления и индукционных промышленной частоты моделей ИГТ.

В связи с освоением новых сплавов на основе ред­ ких металлов (титан, ниобий и др.) были созданы конструкции новых печей для плавки и заливки спла­ вов в вакууме, в среде нейтральных газов (аргон, ге­ лий и др.) и в контролируемой атмосфере.

Литье с использованием вакуумной плавильно-за­ ливочной установки позволяет резко улучшить качест­ во приготовляемого расплава (предупредить окисле-, ние, снизить газонасыщенность и увеличить жидкоте­ кучесть) и получаемых отливок.

Большой практический интерес представляют раз­ работанные в нашей стране конструкции установок для электронно-лучевой и плазменно-индукционной плавки. Плазменные печи развивают температуру до 15 тыс. градусов, что в 5 раз превышает температуры плавки металлов в электрических дуговых печах. Та­ кие печи позволяют приготовлять литой материал с повышенными пластическими свойствами, получать сверхчистые металлы, а также сплавы с низким содер­ жанием неметаллических включений, что крайне важ­ но при литье ответственных деталей из специальных сталей и сплавов.

В настоящее время, когда к большинству отливок предъявляются повышенные требования, приготовле­ ние литейного расплава не ограничивается только плавкой шихты, а включает дополнительные операции его обработки.

Чтобы измельчить структурные составляющие и улучшить внутреннее строение металла отливки, рас­ плавы модифицируют — обрабатывают специальными веществами, называемыми модификаторами. В качест­ ве модификаторов используют 75-процентный ферро­ силиций (для обыкновенного серого чугуна), магний, а также его сплавы и лигатуры (для высокопрочного чугуна), бор и церий (для стали), висмут, натрии, фто-

92

ристые, а также хлористые соли натрия и калия (для алюминиевых сплавов).

Для освобождения выплавленных в плавильной пе­ чи расплавов от растворенных газов применяют опе­ рацию, называемую дегазацией. Ее осуществля­ ют продувкой расплава хлором или азотом, обработкой ультразвуком, вакуумированием и введением в рас­ плав активных добавок. Продувка хлором применяет­ ся главным образом для дегазации алюминиевых и магниевых расплавов. При ее осуществлении в ковш с расплавом с помощью стальной трубки под избыточ­ ным давлением вводится газ хлор. При этом обра­ зуется газообразное соединение, пузырьки которого за­ хватывают растворенные в металле газы и выносят их на поверхность расплава. Продувка хлором, кроме того, очищает расплав от твердых окислов, находя­ щихся во взвешенном состоянии, вынося их на поверх­ ность ванны с расплавом.

С целью очищения расплава от твердых окислов и посторонних включений применяют операцию, назы­ ваемую рафинированием. Для алюминиевых и магниевых сплавов распространен способ рафинирова­ ния флюсованием. В качестве активной составляющей рафинирующих флюсов используют фтористые и хло­ ристые соли. Применение флюсов, плотность которых больше плотности литейного сплава, позволяет после их насыпки на зеркало ванны осадить посторонние включения на дно тигля.

Освобождения расплава серого чугуна от содер­ жащейся в нем вредной примеси серы (она снижает жидкотекучесть и повышает усадку чугуна, способст­ вует образованию раковин в отливках) литейщики до­ биваются присадкой в ковш с расплавом кальциниро­ ванной соды, карбида кальция и других добавок.

После проведения одной или нескольких из отме­ ченных выше операций расплав заливается в литей­ ную форму.

В литейных цехах массового и крупносерийного производства заливка форм осуществляется на литей­ ном конвейере. Над весовой секцией конвейера или рольганга 1 (рис. 31) подвешен на тельфере и динамо­ метре 7 быстросменный стопорный ковш 5, который перемещается по монорельсу. Динамометр сблокиро-

93

ван с механизмом, автоматически закры­ вающим летку вагран­ ки в случае переполне­ ния ковша расплавом. После накатывания н® весовую секцию литей­ ной формы 9 (ее поло­ жение фиксируется упором 2) включается электромагнит 3 подъ­ ема стопора 6 ковша. Стопор опускается пос­ ле заливки формы рас­ плавом по сигналу фо­ тоэлемента 8, который срабатывает при появ­ лении пасплавленного

чугуна в выпоре. Одновременно с этим освобождается упор 2, а включающийся при этом привод конвейера производит смену форм на весовой секции (сталкива­ ние залитой и накатывание подготовленной к заливке). Масса заливаемого в форму расплава контролируется показаниями циферблата 4 весовой секции. На цифер­ блате предусмотрен контакт, позволяющий опускать стопор после заливки в форму заданного количества расплава.

Автоматическая заливка литейных форм при литье в кокиль и под давлением в современных условиях осу­ ществляется с помощью пневматических, электромаг­ нитных, вакуумных и других заливочно-дозирующих устройств.

В Институте проблем литья Украинской академии наук под руководством В. П. Полищука создана серия магнитодинамических насосов для перекачки метал­ лов. Изготовленные на их основе заливочные установ­ ки моделей МДН-6, МДН-6А и др. успешно работают на конотопском заводе «Красный металлист», на Мос­ ковском заводе по переработке цветных металлов, в Ленинграде, Волгограде и Киеве. При использовании заливки с помощью этих установок значительно улуч­ шается качество отливок, снижается расход металла, облегчается труд рабочих и повышается его безопас­

94

ность. С учетом этих преимуществ на Киевском мото­ циклетном, Ленинградском имени Лепсе и других за­ водах решено полностью перепланировать литейные цехи, так как применение нового метода заливки по­ зволяет значительно повысить производительность оборудования. Способность установок выдавать рас­ плав заранее заданными точными порциями позволяет максимально облегчить их использование для различ­ ных условий получения отливок из легких (алюми­ ниевых и магниевых) сплавов.

Широкое внедрение в производство насосов для пе­ рекачки металлов и автоматических заливочных уста­ новок позволит создать безопасные условия труда для заливщиков, повысить культуру производства. При этом роль рабочих-заливщиков будет сведена к на­ стройке автоматических устройств, а также к кон­ тролю за бесперебойной работой заливочных уста­ новок.

В заключение следует остановиться на новом на­ правлении в развитии металлургии литейного произ­ водства, связанном с шихтовкой сплавов. В настоящее время при подходе к литейному цеху на многих маши­ ностроительных заводах можно увидеть штабеля или кучи чушек — слитков металлов или литейных спла­ вов, наличие которых свидетельство нерациональ­ ной технологии плавки. Разве разумно иметь склады шихтовых материалов, вести процессы расчета и со­ ставления шихты, а также двойную переплавку в со­ временных условиях? Не проще ли полученный после первичной плавки в доменных или других печах рас­ плавленный металл сразу же доставлять в литейные цехи, минуя его разливку на чушки, с тем чтобы после кратковременной дополнительной обработки превра­ щать его в фасонные отливки?

Советские литейщики стоят на пороге такой новой технологии. Уже созданы и используются вагоны-мик­ серы для перевозки первично расплавленных металлов и сплавов на далекие расстояния. В самое последнее время построена цистерна-миксер емкостью 1000 т. Она представляет собой стальной цилиндр диаметром 6 и длиной 35 м, находящийся на железнодорожной платформе, снабженной 18 парами колес. Внутри стального цилиндра предусмотрена огнеупорная футе­

95

Ш ПОЛУЧАЮТ

ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЕ

родуктивная работа литейного цеха в огромной Пстепени зависит от технолога. С него начинается

процесс литья, его квалификация и опыт помогают ли­ тейщикам превращать расплавленный металл в высо­ кокачественные отливки.

Начиная разработку технологического процесса литья, технолог производит анализ конструкции дета­ ли. При этом различают конструкции деталей техно­ логичные и нетехнологичные. Технологичные конструк­ ции деталей отличаются достаточной и равномерной толщиной стенок, отсутствием резких переходов ме­ жду отдельными элементами. Это позволяет сравни­ тельно легко получить для них качественные отливки существующими методами и приемами литья.

Однако нередко встречаются конструкции деталей с отклонениями от указанных выше требований. Полу­ чение качественных отливок для таких деталей воз­ можно, но сопряжено с необходимостью применения специальных технологических мероприятий. Если кон­ струкция детали вовсе не технологична (отличается за­ ниженными толщинами стенок, исключающими воз­ можность изготовления отливки из данного литейного сплава или данным способом литья), технолог ставит вопрос перед конструктором о ее изменении или впра­ ве отказаться от разработки технологии получения от­ ливки.

Какие специальные технологические мероприятия имеет технолог в своем распоряжении, чтобы незави­

симо от качества конструкции детали получать высо­ кокачественные отливки?

Покажем это на конкретных примерах. Получение отливок для деталей конструкция кото­

рых отличается неоднородной толщиной стенок и нали­ чием массивных мест, достигается в современных усло­ виях применением наружных или внутренних холо­ дильников. С их помощью удается выровнять скорость охлаждения отдельных частей отливки. Наружные хо­ лодильники представляют собой чугунные или сталь­ ные элементы (бруски, диски и т. п.). Они устанавли­ ваются во время изготовления песчаной формы на час­ ти моделей, образующих массивные места отливок. В качестве наружных холодильников, кроме того, ис­ пользуют высокотеплопроводные вставки, сделанные из искусственного блочного графита, а также специ­ альные формовочные смеси, в состав которых входит большое количество (до 70%) чугунной дроби.

Внутренние холодильники в виде гвоздей, кусков стальной проволоки, прутков и фасонной арматуры из стальной проволоки устанавливают в полости изготов­ ленной формы при подготовке ее к заливке и таким образом обеспечивают местное захолаживание от­ дельных массивных мест отливки.

Одновременно с местным захолаживанием в прак­ тике работы литейных цехов встречаются случаи при­ менения местного утепления. Оно предназначено для замедления скорости охлаждения наиболее тонких мест и тем самым обеспечивает одновременное охлаж­ дение всех частей отливки. Местное утепление осу­ ществляется установкой в песчаную форму вставок из пеношамота, силикатов, гикса и асбеста, а также

отливки.

Если учесть, что для получения качественной от­ ливки необходимо создать определенную степень за­ холаживания массивных или подогрева тонких : ее мест, то становится очевидной сложность применения холодильников и утеплителей, связанная с теплофизи­ ческим расчетом их массы.

Вместо технически несовершенного метода старых мастеров «качания» прибылей в современных фасон-

98

носталелитейных цехах надежное питание мас­ сивных мест крупных стальных отливок обеспе­ чивается применением,.

прибылей, работающих

робочку с мелом. После заливки формы 1 расплавлен­ ной сталью мел в коробочке разлагается по реакции СаСОз^СаО + СОо. Образующийся прн этом углекис­ лый газ вытесняет расплав из полости прибыли и, таким образом, обеспечивает принудительное питание формирующейся отливки 6. Большая эффективность метода наглядно демонстрируется значительным объе­ мом усадочной раковины 2, обнаруживаемой после отрезки прибыли от отливки.

Еще более эффективными являются прибыли,

оформляемые в стержнях, сделанных из экзотермиче­ ской смеси (рис. 33). На Уральском заводе тяжелого машиностроения применяется экзотермическая смесь, в состав которой входят (в весовых процентах) : поро­ шок алюминия — 2,8, 75-процентный ферросилиций — 4,3, древесные опилки — 7,6, окалина (окислы желе­ за) — 6,2, древесный уголь — 56,5, жидкое стек­ ло — 22,6. Содержащийся в смеси термит (порошок алюминия + окислы железа) загорается после залив­ ки стали в форму и, выделяя большое количество теп­ ла (температура металла в прибыли повышается на 100:300°), обеспечивает хорошее питание остываю­ щей отливки. Небольшой размер прибыли при этом обусловливается тем, что до конца формирования от­ ливки (этот процесс на рис. 33 показан линиями-сло­ ями кристаллизующегося расплава, называемыми изосолидусами) отсутствует процесс остывания и пи­ тания самой прибыльной части. Подсчитано, что 1 т экзотермической смеси экономит в среднем 11 т жид-

99

• ' • 'у

77ТПkr тп

до 20 т.

Конструкции литых цилиндров, стопорных клапа­ нов, паровых и сопловых коробок из жаропрочных ста­ лей обычно отличаются разностепенностью и наличием массивных мест. Для получения качественных отливок для таких деталей литейщики используют принцип на­ правленной кристаллизации расплава в форме, при котором более тонкие нижерасположенные сечения питаются из вышерасположенных более массивных элементов отливок и расплавом из прибыли. Однако принцип направленной кристаллизации не всегда по­ могает. Так, при получении с его помощью отливки па­ ровой коробки (ее размер 965X816X600 мм и масса

600 кг) в предприбыльной зоне и сочленениях патруб­ ков наблюдалась усадочная пористость, а в термиче­ ских узлах — раковины. Замеры температурных полей показали, что в районе питания (около прибыли) рас­ плав при затвердевании отливки оказался горячей, чем в слоях, лежащих выше. Следовательно, средняя зона не получает достаточного питания.

Качественные отливки были получены при заливке формы с поворотом ее на 100—105° при помощи спе­ циально созданного кантователя (рис. 34). Поворот формы обеспечил надежное питание отливки из за­ крытой прибыли, в которую подводился расплав во время заливки.

100