книги из ГПНТБ / Титов, Н. Д. Технология литейного производства учебник для машиностроительных техникумов

а затем в зазоре между шаблоном и изолированной катушкой индук­ тора произвести набивку футеровки слоями 30—40 мм.

После набивки футеровку сушат. Во время сушки в индукцион­ ную катушку пускают воду и через каждые 30 мин катушку осмат­ ривают и в случае обнаружения потения индуктора его необходимо просушить сжатым воздухом. Во время сушки и плавки темпера­ тура отходящей воды должна быть всегда до 30—35° С. Тигель сушить током, не допуская оплавления. По данным ЗИЛа, сушка тигля в индукционной печи емкостью 1 т длится 4 ч.

Чтобы обеспечить минимальный расход электроэнергии и сокра­ тить продолжительность плавки, стенки тигля должны иметь минимально возможную толщину. В процессе' работы печи необхо­ димо проверять футеровку, так как она находится в неблагоприят­ ных условиях: внутренняя поверхность футеровки тигля имеет температуру жидкого металла, а наружная соприкасается с индук­ тором, охлаждаемым водой. В .большинстве случаев для футеровки индукционных печей емкостью до 30 т применяют молотый кварц и борную кислоту. Недостаток такой футеровки — это большая трудоемкость изготовления тигля. Для футеровки индукционных печей большой емкости применяют огнеупорный кирпич.

Загрузка. Шихту в тигель следует загружать осторожно без ударов и возможно плотнее. Габаритные размеры кусков шихты должны обеспечить хорошую плотность загрузки и отсутствие зазоров между ними и стенками тигля. Этим достигается быстрое расплавление металла и минимальный расход электроэнергии. Зона нанвысшей температуры во время плавки находится в нижней части тигля, поэтому тугоплавкие ферросплавы следует загружать на дно тигля. Крупные и тугоплавкие куски шихты загружают вертикально, параллельно и ближе к стейкам тигля, легкоплав­ кие составляющие шихты — в середину тигля. Шихту в печи не­ большой емкости загружают вручную, большой емкости — бадьей.

Плавка. В начале плавки 5— 10 мин печь работает до прекращения скачков тока генератора на пониженной мощности, затем мощ­ ность доводят до максимальной. Плавку ведут при закрытом тигле. Когда шихта частично расплавится, твердые куски осаживают ломиком, предварительно выключив ток, затем печь догружают оставшейся более мелкой шихтой, предварительно подогретой. Стальной лом присаживают обычно в жидкую ванну, ферросплавы— в хорошо разогретук? ванну до 1430—1450° С. Для науглероживания чугуна вводят крупный электродный бой (1—2%) на под и мелкий — на зеркало металла после скачивания шлака. Шлак скачивают при выключенном токе в резиновых перчатках и очках, стоя на рези­ новом коврике.

Плавку можно вести также и на жидкой завалке; в этом слу­ чае науглероживатели подают только на чистое зеркало металла.

При плавке чугуна в индукционных печах промышленной час­ тоты (50 Гц) на твердой завалке необходимо подбирать шихту в виде плотных кусков размером не менее 50—70 мм и такой конфнгура-

3 0 0

пип, чтобы обеспечить плотное заполнение печи. При плавке мелкой шихты, например дробленой стружки, часть жидкого чугуна перед загрузкой стружки оставляют в печи. Наиболее хорошо такие печи работают на жидкой завалке в качестве миксеров, где произ­ водят подогрев и доводку чугуна по составу.

§ 4. ПЛАВКА В ИНДУКЦИОННЫХ КАНАЛЬНЫХ ПЕЧАХ

Канальные индукционные печи применяют для плавки чугуна и стали. Особенно эффективны они при производстве отливок из серого и ковкого чугуна в дуплекс-процессе вагранка — канальная индукционная печь. При этом достигается более высокое качество чугуна, почти полное отсутствие окисления и накапливание в ка­ нальной печи больших масс чугуна с однородным составом.

Одним из ведущих поставщиков канальных индукционных элек­ тропечей является фирма ASEA (Швеция), которая выпускает ряд

плавильных каналов в тоннах. Подводимая мощность зависит от емкости печи и ее назначения, например для выдержки и перегрева чугуна в печах емкостью 100/25 она достигает 2200 кВт.

Канальная индукционная печь (рис. 188) состоит из ванны, служащей металлосборником, и плавильных каналов закрытого типа, в которых нагревается металл. Каналы расположены в блоках, выполненных в виде отдельной приставки к ванне печи, поэтому форма ванны не зависит от них и может быть приспособлена к усло­ виям эксплуатации. Барабанная печь состоит из кожуха 1 и сте­ нок 2, являющихся несущими элементами печи. Печь вращается на роликах 3. Барабан поворачивается при помощи цепной пере­ дачи 4 двухскоростным асинхронным двигателем 5. Привод имеет пластинчатые тормоза. В футеровке стенок сделаны сифоны 6 для заливки металла. Сифон почти полностью предотвращает попада­ ние шлака в ванну, поэтому увеличивается долговечность футеровки ванны. Свод имеет плотно закрывающиеся крышкой отверстия 7, предназначенные для загрузки присадок и скачивания (удаления) шлака.

Огнеупорная футеровка ванны состоит из нескольких слоев. Первый наружный слой выкладывают термоизоляционным кирпи­ чом, затем шамотным. Рабочую часть ванны набивают по металли­ ческому *шаблону глиноземистой массой, содержащей 81 % А1,03, 18% Si03 и до 1 ?о (Т102, Fe.,03).

Через каналы 8 производят выпуск металла из печи, отбор проб и замер температуры. Мундштучные отверстия изготовляют из глиноземистого бетона, а сифоны — из глиноземистой набивной массы. Отверстия 9 соединяют канальные блоки с ванной печи. Канальный блок закрепляют на корпусе печи болтами.

Нагрев металла в печи основан на принципе работы однофаз­ ного трансформатора. Индуктор имеет сердечник 10 с первичными

301

обмотками 7/, окруженными U-образнымн каналами 12, являю­ щимися вторичными обмотками, в которых индуцируется вторичный

' ток, нагревающий металл.

Плавильный канал выполнен в монолитной футеровке. Мате­ риалы, применяемые для футеровки канальных индукционных печей, имеют высокую огнеупорность, незначительный коэффициент

расширения, нейтральные свойства и высокую химическую стойкость. Для образования канала заданной формы используют метал­ лический шаблон, который расплавляется при первой плавке. Вокруг шаблона набивают или заливают с применением вибрации огнеупорную массу.

Первичная катушка индуктора для повышения прочности и защиты от жидкого металла находится в металлическом корпусе. Обмотка катушки пропитана жаростойким лаком, изолирована

302

стеклолентой, она выдерживает нагрев до 250° С. Катушка с сер­ дечником охлаждается воздухом, а весь канальный блок помещен в водоохлаждаемый корпус. Для сушки и спекания футеровки каналов в блок вмонтировано сопротивление, которое нагревается от специального трансформатора, мощностью 70 кВт. Футеровку канального блока сушат до установки его в печь при 150—300° С в течение 24—28 ч.

Футеровку печи тщательно сушат с помощью газовых горелок. Печь сушат медленно со скоростью 10° С/ч до 1000—1250° С, затем выдерживают при этой температуре до 6 сут. Сифон после набивки сушат медленно газовой горелкой до 150° С, а затем следует быстрый нагрев до 750° С и выдержка при этой температуре не менее 6 сут. Температура сушки печи контролируется хромель-алюмелевой термо­ парой с записью температуры на самопишущем приборе. Долговеч­ ность футеровки канальных блоков достигает года благодаря высо­ кому качеству огнеупорных материалов и надежному контролю.

Применение канальных печей в дуплекс-процессе с вагранкой позволяет снизить температуру чугуна при выпуске его из ва­ гранки, уменьшить расход кокса, снизить содержание серы и умень­ шить науглероживание чугуна. Кроме того, уменьшается разгар футеровки и увеличивается ее стойкость.

При дуплекс-процессе вагранка — канальная печь заполнение печи и выпуск чугуна из нее можно производить одновременно и раздельно, так как печь может работать непрерывно и периоди­ чески. Присадки вводят в чугун на желобе вагранки или в сифоне канальной печи, а также через верхнее отверстие печи, модифи­ каторы — непосредственно в ковш перед заливкой чугуна в формы.

При непрерывном процессе однородность химического состава и постоянство температуры достигаются большим скоплением чугуна, превышающим часовую производительность вагранки в 2,5—3 раза. Преимущество этого способа состоит в том, что для процесса достаточно одной электропечи. Более однородный чугун по химическому составу и температуре получается при периодической работе, когда одну печь наполняют, а чугун второй после доводки разливают. Но в этом случае требуется установка двух печей.

Индукционные канальные печи применяют в дуплекс-процессе с вагранкой и для плавки белого чугуна для производства отливок из ковкого чугуна.

ГЛАВА V

ЗАЛИВКА, ВЫБИВКА, ОБРУБКА И ПРИЕМКА ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА

§ 1. ЗАЛИВКА ФОРМ

Формы заливают на формовочной площадке или на рольгангах, на непрерывно движущихся конвейерах или на движущейся зали­ вочной площадке.

3 0 3

Типы ковшей. Ковш служит для транспортирования жидкого металла и заливки форм. Он представляет собой стальной' кожух, внутренние стенки и дно которого выложены огнеупорным материа­ лом. Для разливки чугуна ковш футеруют шамотом, а для разливки стали — шамотом или магнезитом. Толщина слоя футеровки

65—180 мм.

По конструкции ковши бывают с носком (рис. 189, а), чайниковые, барабанные (рис. 189, в), стопорные (рис. 189, г). Для заливки

Рис. 189. Типы ковшей:

/ — жидкий металл; 2 — шлак

чугуна применяют ковши с носком, чайниковые или с перегородкой (рис. 189, б), а для заливки средних и крупных отливок из стали — стопорные ковши. ,

Б а р а б а н н ы е к о в ш и обычно применяют при изготов­ лении тонкостенных мелких и средних отливок (когда особенно важно сохранить температуру жидкого металла) и как раздаточные для заполнения более мелких ковшей, из которых затем заливают формы. Емкость барабанных ковшей 250—5000 кг.

В ч а й п и к о в ы х и с т о п о р н ы х к о в ш а х шлак в процессе заливки задерживается значительно лучше, чем в бара­ банных и в ковшах с носком.

3 0 4

Ковши с носком можно применять в механизированных литей­ ных цехах для заливки форм на конвейерах, когда эти ковши заполняют металлом из больших раздаточных чайииковых, сто­ порных ковшей или из чайииковых копилышков.

С т о п о р н ы е к о в ш и имеют различную емкость — от 1 т до нескольких тонн и даже десятков тонн.

В зависимости от емкости ковши транспортируют вручную, при помощи монорельсов, кран-балок или мостовых кранов. Ковши

для обмазки ковшей.

Толщина слоя футеровки зависит от размера ковша, а именно: от внутреннего радиуса R верхней части. Рекомендуется принимать толщину футеровки стенок 0,14 R, днища 0,2 R. Толщину футеровки ковша от днища к верху несколько уменьшают. В стопорном ковше необходимо обращать особое внимание на футеровку стопорного

которыми ставят ковши вверх дном, в сушилах для форм и в

305

ние ii большие ковши сушат горелками, работающими на при­ родном газе.

При подготовке ковша к плавке производят текущий ремонт футеровки: удаляют со стенок и днища ковша шлаковые и металли­ ческие настыли вместе со слоем футеровки, после этого футеровку снова восстанавливают, сушат и разогревают. При капитальном ремонте старую футеровку полностью удаляют из ковша и заменяют новой.

Для заливки форм обычного назначения футеровку ковшей нагревают до 500—600° С, а для заливки форм, требующих высокой температуры чугуна, до 700—750° С. Ковши сразу же после про­ грева заполняют расплавленным чугуном.

В ковшах открытого типа поверхность расплавленного чугуна засыпают слоем сухого древесного угля или сухого отсева коксовой мелочи.

Заливка форм. Чугун перед разливкой должен быть очищен от шлака. Потери температуры чугуна при выпуске из печи, транс­ портировании и переливе из ковша в ковш, если это предусмотрено технологическим процессом, должны быть учтены при установле­ нии температуры заливки форм (табл. 51). При выпуске чугуна из вагранки потери температуры составляют 20—40° С, а при переливе из ковша в ковш 30—50° С.

стый немаг­ нитный

Во время заливки формы заливщик должен внимательно сле­ дить за движением расплава из ковша в форму. В начальный момент необходимо поворачивать ковш плавно, без рывков, однако доста­ точно быстро, чтобы заполнить литниковую систему и чашу. В даль-

'нейшем заливщик должен поворачивать ковш с такой скоростью, чтобы уровень расплава в чаше оставался, по возможности, постоян­ ным. Особенно внимательно следует вести заливку в момент оконча-

305

нпя заполнения формы; после появления расплава в выпоре залив­ щик должен уменьшить скорость поворота ковша для того, чтобы расплав не вытек из чаши и выпора.

При заливке металла в формы необходимо строго соблюдать правила техники безопасности:

1.Ковши наполнять металлом до уровня не более 7/8 высоты ковша.

2.Ковши емкостью свыше 500 кг снабжать механизмами для наклона и поворота с самотормозящей червячной передачей; меха­ низм поворота ограждать кожухом.

3.Рельсовые пути, по которым перемещаются ковши с расплав­ ленным металлом, должны быть строго горизонтальными.

4.Проезды и проходы должны быть сухими, так как при попадании жидкого металла на влажный пол может произойти взрыв.

5.Заливщики должны работать в спецодежде: брезентовых куртках и брюках навыпуск, валенках или другой специальной

обуви, рукавицах, головных уборах и защитных очках.

§ 2. ОХЛАЖДЕНИЕ ОТЛИВОК И ВЫБИВКА ИХ ИЗ ФОРМЫ

После заливки формы отливка охлаждается и затвердевает. Полностью затвердевшая отливка должна определенное время охлаждаться с формой, так как прочность металла при высоких температурах мала и отливка может разрушиться при преждевре­ менной выбивке из формы. Кроме того, выбивка отливки при высо­ кой температуре нежелательна, потому что охлаждение ее на воз­ духе протекает неравномерно: тонкие части будут охлаждаться значительно быстрее массивных, что вызовет появление в отливках внутренних напряжений, коробление их и даже трещины. Установ­ лено, что для устранения дефектов, связанных с появлением внут­ ренних напряжений в отливках, необходимо выбивать их из формы при определенной температуре ниже точки Асх (723 °С), когда заканчиваются все превращения в металле.

Чугунные тонкостенные отливки выбивают при 400 °С; отливки средней сложности при 500 °С и толстостенные при 600 °С. Отливки из белого чугуна при производстве ковкого чугуна выбивают при температуре выше 760—800 °С. Отливки при температуре ниже Асх хрупкие, так как имеют структуру белого чугуна: перлит -{- + цементит. В отливках, выбитых при температурах выше 1000 °С, могут образоваться трещины вследствие того, что белый чугун в утолщенных частях еще не успеет затвердеть.

При выбивке стальных отливок из форм следует учитывать химический состав стали и конфигурацию отливок. Отливки с низ­ ким содержанием углерода (до 0,3%) можно выбивать при 800 °С, отливки с повышенным содержанием углерода (0,45—0,5%) и со сложной конфигурацией — при температуре ниже Лс* вследствие неравномерного охлаждения их и возможности появления внутрен­

307

них напряжении. От неравномерного охлаждения и повышенного содержания углерода в отливках могут образоваться трещины.

Отливки из углеродистой стали рекомендуется выбивать при температурах: 800° С — неответственные, простой конфигурации

без затрудненной усадки; 600° С — с неравномерной толщиной стенки и термическими узлами (после выбивки отливки загружают в колодцы-томнльникн); 200° С — ответственные с затрудненной усадкой, склонные к короблению и трещинам. Продолжительность

Рис. 192. Кривые принудительного (1, 5) и естествен­ ного (2, 4) охлаждения отливок А и В

выдержки отливок в форме при охлаждении их до заданной тем­ пературы выбивки может быть значительной, выдержка крупных отливок достигает нескольких суток. Это снижает производитель­ ность литейных цехов. Поэтому на практике применяют принуди­

3 0 8

тельное охлаждение отливок, которое можно осуществлять различ­ ными способами: водой, воздушно-водяной смесью и просто воз­ духом.

Для крупных отливок используют принудительное воздушно­ водяное охлаждение (рис. 191). В форме вдоль отливки 1 по стенкам кессона 4 прокладывают трубы 3. К одному концу трубы подводятся

Рис. 193. Механическая эксцентриковая решетка:

/ — электродвигатель; 2 — кожух эксцентрикового вала; 3 — амортизатор; 4 — направ­ ляющие; 5 — эксцентриковый вал; 6 — склиз для опок

вода и воздух. Когда затвердевает вся отливка или ее поверхност­ ный слой, в трубы поступает вода, распыляемая сжатым воздухом под давлением 5—6 ат. Принудительное охлаждение отливок вдвое сокращает время охлаждения отливки до заданной температуры (рис. 192). При этом качество отливок не ухудшается.

На практике часто применяют высокотемпературную выбивку отливок при 700—750° С, а затем их охлаждают в коробах, колодцах или в другом специальном охладительном оборудовании. Отливки выбивают при температуре, при которой они имеют достаточную прочность. В поточно-массовом производстве можно регулировать

309