конструкции отливки при резких переходах от толстых частей к тонким. Чем больше разница этих частей по толщине, тем больше усадка.

Усадочная пористость

Усадочная пористость — это скопление мелких пустот (пор) неправильной формы, которые образовались в отливке в результате объемной усадки при отсутствии доступа жидкого металла.

Усадочные поры появляются в междендритных про­странствах в тот момент, когда объемная усадка 'еще продолжается, а доступ жидкого металла к порам прекратился. В процессе затвер­девания сплава растущие дендриты соединяются, образуя изоли­рованные друг от друга и от прибыли ячейки. При прекращении питания ячеек жидким металлом возникают небольшие раковины, совокупность которых дает усадочную пористость.

Различают следующие виды пористости: рассеянную, осевую и местную.

Рассеянная пористость — очень мелкие поры, равномерно рассеянные по большей части объема отливки. Рассеянная пори­стость сильно развивается при медленном затвердевании массивных отливок из сплавов с большим температурным интервалом между ликвидусом и солидусом.

Осевая пористость образуется в центральных частях отли­вок, а также в длинных и тонких сечениях. Это объясняется тем, что объемная усадка центральной части еще не закончилась, а доступ к ней жидкого сплава ухудшился или же вовсе прекра­тился.

Местная пористость образуется в частях отливки, отделенных от жидкого сплава уже затвердевшим сплавом, который прекратил доступ жидкого сплава в них. Местная пористость состоит из пор больших размеров, сконцентрированных в утолщенных местах отли­вок с резкими переходами от тонкой части к толстой и в местах под­вода литников.

Способы устранения усадочных раковин и пористости

Усадочные раковины и усадочная пористость нарушают и ослаб­ляют сечение отливки. Они часто являются также местами концен­трации напряжений и образования горячих трещин. Обычно уса­дочные раковины и поры возникают в тех местах отливок, которые затвердевают последними. Поэтому единственным способом полу­

чения отливок без усадочных раковин и пор является подача жид­кого сплава в форму в течение всего процесса затвердевания сплава в форме. Подвод жидкого сплава к Кристаллизующемуся месту должен быть непрерывным до полного затвердевания отливки. Избежать образования усадочных раковин и пористости можно только в том случае, если кристаллизующийся объем отливки будет находиться в непосредственном соприкосновении с жидким сплавом.

С этой целью на отливки устанавливают прибыли — искусст­венные резервуары с необходимым запасом жидкого сплава для питания отливки в течение всего периода кристаллизаций. Для обес­печения питания отливки жидким сплавом из прибыли необходимо выполнять следующие условия: 1) запас сплава, т. е. объем при­были, должен быть таким, чтобы его хватило на компенсацию урадки во время затвердевания отливки; 2) прибыль должна затвер­девать позже отливки; 3) необходимо ставить прибыль на отливке там, где она обеспечит доступ жидкого сплава на участки отливки, затвердевающие последними.

Для получения плотных отливок без усадочных раковин и по­ристости должны быть созданы условия для направленного затвер­девания сплава, т. е. наиболее удаленные от прибыли (питателя) участки отливки должны затвердевать в первую очередь, за ними менее удаленные участки и в последнюю очередь участки отливки, расположенные под прибылью, а затем и сама прибыль.

При направленном затвердевании обеспечивается непрерывное поступление жидкого сплава из прибыли в последовательно затвер­девающие участки отливки, так как эти участки соединены непосред­ственно с жидким сплавом, находящимся в прибыли.

При последовательном затвердевании создаются благоприятные условия для передвижения жидкого сплава по незатвердевшей части отливки, и поэтому легко образуется сосредоточенная усадочная раковина. Условия направленного затвердевания отливки улуч­шаются при выравнивании отвода теплоты от ее массивных и тонких мест, что достигается установкой в форму холодильников — массив­ных металлических элементов, обладающих повышенной теплоем­костью и теплопроводностью.

Наружные холодильники устанавливают в форму с внешней стороны массивных частей отливки. Вследствие высокой теплопроводности и большой теплоемкости холодильника отвод теплоты от массивной части отливки -происходит интенсивнее, чем^ от тонкой. Это способствует выравниванию скоростей затвердевания массивной и тонкой частей, уменьшению объема усадочной рако­вины, а в некоторых случаях полному ее устранению. Для полного устранения усадочной раковины в массивных частях одновременно с холодильниками используют прибыли на этих частях.

Внутренние холодильники устанавливают внутрь полостей формы, образующих неответственные массивные части отливки. Эти холодильники изготовляют из сплава одного хими­ческого состава -со сплавом отливки.

При заполнении формы внутренние холодильники омываются сплавом и частично расплавляются, соединяясь с ним. Однако иногда поверхность внутренних холодильников плохо сваривается с основным сплавом, поэтому в ответственных отливках применять их не рекомендуется. Способы установки холодильников различ­ного типа приведены на рис. 221.

При объемном затвердевании кристаллизация происходит по всему объему отливки одновременно, поэтому сосредоточенной ра­ковины не образуется, а возникает большое количество мелких ра­ковин (усадочная пористость).

При промежуточном затвердевании образуются сосредоточенная усадочная пористость в отливках.

Для обеспечения оптимальных условий питания отливок и полу­чения их без усадочных раковин и пористости используют различные способы, например установку прибылей с атмосферным и газовым давлением в стояке или изотермических прибылей, подогрев прибы­лей, а также различные методы физического воздействия, например ультразвук, электромагнитное перемешивание, вибрацию и др. Этими способами можно в той или иной~степени управлять процес­сами питания отливок.

§ 3. Ликвация

Ликвация — это неоднородность химического состава сплава

в различных частях отливки или слитка. Ликвация возникает в процессе затвердевания отливки. Причиной ликвации является различная растворимость отдельных компонентов сплава в его твер­дой и жидкой фазах. Чем больше это различие, тем неоднороднее распределяется примесь по сечению отливки и тем больше ликвация примеси. В железоуглеродистых сплавах заметно ликвируют сера, фосфор, углерод. Ликвация вызывает неоднородность механических свойств в различных частях отливки, что приводит к поломкам дета­лей при эксплуатации.

Различают дендритную и зональную ликвацию. Дендритная лик­вация — это химическая неоднородность отдельных дендритоз сплава. Она возникает вследствие процесса «избирательной кри­сталлизации»: растущие первыми оси дендритов содержат меньшее количество примесей, чем исходный сплав, а остающийся жидкий сплав обогащается примесями. В результате в межосных простран­ствах дендритов скапливаются примеси — возникает ликвация внутри дендритов.

Зональная ликвация — это химическая неоднородность сплава в различных частях затвердевшей отливки. В образовании зональной ликвации наряду с «избирательной кристаллизацией» большую роль играют процессы, приводящие к перемещению ликвирующих эле­ментов из одной части отливКи в другую при кристаллизации. Это могут быть диффузия примесей из двухфазной области кристалли­зующейся отливки в объем незатвердевшего жидкого сплава, кон­

векционные токи в жидкой части сплава, всплывание загрязненных примесями объемов вследствие их меньшей плотности по сравнению с основным сплавом, действие центробежных сил и т. д.

Разновидностью зональной ликвации является ликвация по плотности, при которой происходит механическое разделение ком­понентов сплава, имеющих различную плотность. Такой ликвации часто подвержены, например, высокосвинцовистая бронза или свин­цовосурьмянистые баббиты, при медленном охлаждении которых свинец опускается в нижние части отливки.

Зональная ликвация может быть прямой и обратной.

При прямой ликвации центральные слои отливки содержат большее количество примесей, понижающих температуру плавления сплава. Содержание этих примесей в поверхностных слоях ниже среднего по объему отливки. '

При обратной ликвации в центральных частях содержится мень­шее количество легкоплавких примесей, а в поверхностных — большее. Развитие того или другого вида зональной ликвации свя­зано с характером кристаллизации сплава и условиями охлажде­ния отливки. Прямая ликвация характерна для сплавов, затверде­вающих последовательно, а обратная — для сплавов, затвердеваю­щих почти объемно.

Для устранения явлений дендритной ликвации отливки подвер­гают отжигу, в процессе которого выравнивается содержание приме­сей в пределах отдельных дендритов. Однако устранить зональную ликвацию с помощью термообработки невозможно. Поэтому необ­ходимо для уменьшения зональной ликвации выравнивать толщину стенок отливки, избегая местных скоплений металла, в которых трудно достигнуть равномерного затвердевания отливки и избежать скопления ликватов; в сплавы, содержащие ликвирующие элементы, вводят добавки, уменьшающие ликвацию.

Литниковая система оказывает большое влияние на развитие зональной ликвации. Для уменьшения зональной ликвации необ­ходимо: 1) применять рассредоточенный подвод металла, в форму, способствующий выравниванию скоростей затвердевания отдельных частей отливки; 2) увеличивать скорость охлаждения отливки за счет использования формовочных смесей с высокой теплоаккумули­рующей способностью; 3) изготовлять отливки в металлических формах. Сплавы, склонные к зональной ликвации, необходимо за­ливать при минимальных перегревах над температурой ликвидуса.

Раздел третий

ПРОИЗВОДСТВО отливок ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА

с%

При дальнейшем увеличении скорости охлаждения до линии P'S'К' выделение графитового эвтектоида не происходит, а аусте- нит по линии PSK превратится в перлит. Такой чугун будет иметь основу — перлит и включения графита в виде чешуек. Такой чугун называют перлитным, он имеет структуру перлит + графит (П + Г).

При увеличении скорости охлаждения между линиями эвтекти­ческого и эвтектоидного превращения из аустенита еще до перлита будет выделяться не графит, а цементит. Такой чугун имеет струк­туру перлит— вторичный цементит — графит (П + Ц + Г); его называют перлитно-цементитным чугуном. Иногда в структуре чугуна наряду с графитом находится ледебурит (при увеличенной скорости охлаждения и эвтектическом превращении). Такой чугун называют половинчатым. Белый чугун является совершенно не графитизированным, углерод в нем находится в виде химического соединения с железом. Структура белого чугуна состоит из перлита и структурно-свободного цементита (П + Ц).

Чугуны считаются эвтектическими, если они содержат 4,2— 4,3% С. При наличии многих компонентов возможно образование в чугуне сложных эвтектик. Например, фосфор (при содержании в чугуне не менее 0,06—0,08% Р, обычно при 0,1—0,2%) образует с железом и углеродом фосфидную эвтектику, затвердевающую при 950° С. Фосфидная эвтектика в обычных серых чугунах, содержа­щих около 2% Si, затвердевает в виде тройной эвтектики аусте- нит — цементит — фосфид.

Размер и форма включений графита зависят от наличия в жидком чугуне центров кристаллизации, скорости охлаждения и содержа­ния графитизирующих примесей. Чем больше в жидком чугуне нерастворимых мелких частичек (центров кристаллизации), тем мельче будет графит.

Для увеличения количества центров кристаллизации в жидкий чугун перед разливкой вводят вещества, называемые модифи­каторами. В качестве модификаторов применяют алюминий, кремний, графит и другие вещества. С уменьшением продолжитель­ности кристаллизации и повышением содержания графитизирую­щих компонентов в чугуне пластинки графита укрупняются и удли­няются. Большое влияние на графитизацию чугуна оказывают крем­ний, углерод, алюминий, никель, марганец, хром, сера, молибден, магний.

Кремний уменьшает растворимость углерода в жидком и твер­дом растворах, способствует графитообразованию. Поэтому с уве­личением содержания кремния механические свойства высокоугле­родистых чугунов понижаются. При содержании же свыше 3% кремния растворимость углерода в чугуне уменьшается, в резуль­тате образуются крупные выделения графита (спели) и феррита, вызывающие повышение твердости и хрупкости чугуна. Каждый процент кремния уменьшает содержание углерода примерно на 0,3%, т. е. изменяет степень эвтектичности чугуна. Степень эвтек-

тичности чугуна определяется долей эвтектики в его структуре. В случае превращения в метастабильной системе степень эвтектич- ности находят по формуле

_с С-2 С—2

где С — содержание углерода в чугуне.

Для сплава, не содержащего кремния, степень эвтектичности, равная 1, соответствует содержанию 4,3% С (рис. 160), соответ­ственно, S₉ = 1. Для доэвтектических чугунов S_s< 1, а заэвтек- тических S₃ > 1.

Поскольку, как указано выше, кремний изменяет степень эвтек­тичности чугуна, то влияние его на степень эвтектичности выра­жают при помощи «углеродного эквивалента», вычисляемого в про­центах. С учетом содержания кремния в чугуне углеродный экви­валент будет

Q==C + 0,3Si.

С учетом содержания кремния и фосфора C₃ = C+0,3(Si+P).

Чугуны считаются эвтектическими, когда углеродный эквивалент равен 4,2—4,3%. Соответственно с учетом влияния кремния и фо­сфора степень эвтектичности чугуна может быть определена из вы­ражения

5 5

Углерод и кремний оказывают количественное влияние не только на структуру чугуна, но также и на дисперсность структурных составляющих. При повышении углеродного эквивалента С_э уве­личивается количество графита Г, снижается количество перлита П и одновременно укрупняются включения графита и уменьшается дисперсность перлита П. Поэтому для повышения прочности чугуна необходимо снижать содержание углерода и кремния (только до определенного предела из-за возможного появления структурно­свободного цементита и ухудшения механических свойств), что при­водит к получению дисперсного перлита, уменьшению содержания феррита и графита, а также к измельчению последнего.

Марганец образует с углеродом карбиды Мп₃С и Мп₃С₄ и ряд твердых растворов, с серой — сульфид марганца MnS по реакции

FeS + Мп *=г MnS + Fe,

который почти ре растворяется в железе. Марганец растворяется в феррите и соединяется с углеродом, образуя прочные карбиды, что повышает прочность чугуна и несколько снижает вязкость. Таким образом, марганец в чугуне нейтрализует вредное влияние серы.

При содержании в шихте до 1,2% марганца в шлаках резко уве­личивается содержание серы (в 2—3 раза); 0,5—1% марганца в чу­

гуне не препятствует графитизации. Это объясняется тем, что мар­ганец является раскислителем и десульфуратором; он уменьшает количество закиси железа и серы в чугуне, которые препятствуют графитизации.

Марганец снижает температуру превращения у -» а, расширяет область у-раствора и способствует стабилизации и повышению дисперсности перлита. Благодаря этому содержание до 1,5% мар­ганца положительно влияет на механические свойства серого чу­гуна. Карбидообразующее действие марганца заметно влияет при относительно высоком его содержании (1,5—2%).

Сера соединяется с железом, образуя легкоплавкую эвтектику Fe + FeS с температурой плавления 985° С. В жидком чугуне сера может растворяться в неограниченном количестве, а в твердом —i незначительно.

Сера, присутствующая в виде сульфидов, богатых железо или в виде эвтектики, сильно тормозит графитизацию в низкомар ганцовистых чугунах, снижает их механические свойства из-за обр зования на границах зерен хрупкой эвтектики. Нейтрализация этог влияния серь: и максимальная степень графитизации для данного

чугуна обычно достигаются при отношении -^- = 4-5-5. При этом

сера в основном находится в виде сульфидов марганца, не влияю­щих на графитизацию.

Сульфидные соединения увеличивают вязкость чугуна, ухудшают жидкотекучесть и механические свойства. При содержании 0,12— 0,14% серы резко понижается жидкотекучесть и увеличивается ко­личество цементита и перлита в структуре чугуна — появляется от- бел в тонких сечениях отливок. Отбел получается вследствие того, что сульфиды железа, имея низкую температуру плавления, кристаллизуются по границам зерен и препятствуют растворимости углерода, кремния в железе и распаду цементита.

Фосфор уменьшает растворимость углерода в чугуне и темпера­туру эвтектического превращения. Фосфор при содержании до -0,3% полностью растворяется в чугуне, а свыше 0,3% образует фосфидную эвтектику в виде отдельных включений Fe₃P—Fe₃C—Fe, плавящуюся при 950° С. При содержании свыше 0,6—0,7% фос­фора фосфидная эвтектика выделяется в виде сплошной сетки, рас­положенной по границам кристаллов. Поэтому в чугуне для ответ- /ственных отливок должно быть не более 0,15—0,20% фосфора, а для отливок, работающих на истирание без удара, когда требуются хорошие антифрикционные свойства, — до 0,6—0,7% фосфора. Фосфор' повышает жидкотекучесть, поэтому содержание фосфора в чугуне для художественного литья увеличивают до 1 % и выше. На графитизацию фосфор влияет незначительно.

Хром в чугуне при эвтектическом превращении является кар­бидообразующим элементом, а при эвтектоидном повышает устой­чивость аустенита. Хром увеличивает прочность чугуна при повы­шенных температурах и многократных нагревах, поэтому его вводят

в состав жаростойких и окалиностойких чугунов. Хром повышает твердость, сопротивление износу, коррозии в морской воде и слабых растворах кислот, но увеличивает хрупкость чугуна. При содержа­нии свыше 0,8% хрома прочность чугуна-понижается из-за образо­вания свободных карбидов хрома. Самостоятельно в качестве леги­рующего элемента хром применяют редко, его чаще всего применяют вместе с никелем, молибденом, медью и др.

Никель в сплавах железо — углерод понижает критические точ­ки А_х и А₃, сдвигает влево и вниз критические точки Е и S, немного повышает температуру эвтектического превращения, увеличивает устойчивость аустенита, растворимость углерода в жидком и твер­дом растворах, а также содержание углерода в эвтектике и в эвтек- тоиде, является графитизирующим элементом. Никель действует на эвтектическое превращение аналогично кремнию, в то же время задерживает распад эвтектоидных карбидов, тем самым стабилизи­рует перлит и способствует повышению его дисперсности.

При содержании более 2% никеля структура чугуна становится сначала полностью перлитной, затем сорбитной; при содержании

5. 5% никеля образуется мартенсит, а при 20% никеля чугун имеет мартенситную структуру. Никель повышает коррозионную стойкость чугунных отливок в морской воде и щелочах.

Медь при содержании до 3—4% легко растворяется в жидком чугуне, способствует графитизации и уменьшает твердость чугуна, в сером чугуне — стабилизации перлита и увеличивает твердость, понижает температуру эвтектического превращения, способствует получению структуры, близкой к однородной в тонких и толстых сечениях отливки. Пониженное содержание меди в высокоуглероди­стом чугуне повышает прочность и твердость. Оптимальное содер­жание меди в легированном сером чугуне 3—4%.

Медь во время затвердевания чугуна способствует графитиза­ции, но в процессе эвтектоидного превращения она препятствует распаду перлита. Медь увеличивает сопротивление чугуна коррозии в атмосферных условиях, в растворах солей, кислот, нефти. При содержании меди более 2% заметно превращение шаровидного гра­фита в пластинчатый, а при содержании 3% меди получить шаровид­ный графит не удается.

Титан понижает температуру эвтектического превращения и способствует переохлаждению чугуна, при содержании до 0,5% в доэвтектическом чугуне способствует графитизации и выделению графита в виде мелких пластин. Обычно в чугун вводят 0,05—0,1% титана и только в чугун для поршневых колец — до 0,2%. Титан является хорошим раскислителем, способствует равномерному рас­пределению в чугуне графита. Максимальное выделение графита на­блюдается при 0,1% титана. Титан нейтрализует действие хрома в чугуне, являясь модификатором, вследствие чего отпадает необхо­димость в повышении содержания кремния. Титан способствует по­вышению механических свойств, особенно прочности высокоуглеро- Дистых чугунов.

Титан не растворяется в цементите, с углеродом и азотом образует карбонитриды, являющиеся самостоятельной фазой. Титан, связы­вая азот в виде нитрида, облегчает разложение эвтектического и эвтектоидного цементита, т. е. способствует графитизации чугуна.

При содержании свыше 0,18—0,20% титан с углеродом образуют карбиды и препятствуют графитизации. Титан используется как модификатор при производстве ковкого чугуна и является нежела­тельной примесью для отливок из высокопрочного чугуна, так как препятствует образованию шаровидного графита.

Молибден снижает температуру начала и конца кристаллизации аустенита, в чугуне образует твердые растворы с цементитом и растворяется в нем до 1,3%. При обычных скоростях охлаждения для отливок из серого чугуна молибден ускоряет графитизацию. При содержании Молибдена в сером доэвтектическом чугуне до 1 % количество цементита не увеличивается, при содержании молибдена до 3 % тормозится графитизация, при более высоком содержании молибдена чугун затвердевает белым. Молибден увеличивает проч­ность и твердость доэвтектических чугунов, также повышает крат­ковременную прочность чугуна при высоких температурах, тепло­стойкость, ростоустойчивость, сопротивление износу и ударную : вязкость. Молибден улучшает жаропрочность чугуна и в этом отно­шении превосходит все другие элементы.

§ 3. Классификация чугунов

Белый чугун (рис. 161) состоит из перлита и структурно-свобод-^ ного цементита (П + Ц), углерод находится в нем в виде химиче­ского соединения с железом. Белый чугун обладает высокой твер­достью, хрупкостью и не поддается обработке резцом, поэтому его применяют в машиностроении очень редко, только в тех случаях, ; когда деталь работает на износ (щеки камнедробилок, мелющие ша­ры, тормозные вагонные колодки и т. д.). Рабочая поверхность от­ливок должна иметь структуру белого чугуна, а центральная часть, как более прочная, — структуру серого. Такие отливки называют отбеленными или закаленными.

Белый чугун, низкоуглеродистый и низкокремнистый, приме­няют также для производства ковкого чугуна. Сначала отливки /получают из белого чугуна, а затем они подвергаются специальной ' термической обработке — отжигу на ковкий чугун.

Серый чугун обычно имеет пластинчатый графит, но модифици­рование жидкого чугуна магнием или церием способствует получе- нию в отливках графита шаровидной формы. По составу основной металлической массы отливки из серого чугуна могут быть четырех типов.

Перлитно-цементитный серый чугун" (П + Ц + Г) состоит из перлита, включений структурно-свободного | цементита и пластинчатого графита. Такую структуру можно полу- чить при пониженном содержании кремния в чугуне и быстром охла­

ждении отливок в форме. Эти чугуны обладают повышенной проч­ностью и плохо обрабатываются резцом.

При модифицировании магнием или церием можно получить се­рый высокопрочный чугун с перлитно-цементитной структурой и шаровидным графитом. /

Перлитный серый чугун (П + Г) состоит из пер­лита и пластинчатого графита, после модифицирования магнием или церием (рис. 162) — из перлита и графита шаровидной формы.

графитом чаще всего встречается в обычных чугунных отливках, применяющихся в машиностроении.

-240

Рис.. 166. Герметизированный ковш для обработки чугуиа магнием

(Цниитмаш):

243

ряется, в ковше повышается давление (2,5—3 ат). Чугун перемеши­вается с магнием постепенно, и усвоение магния чугуном в таких ковшах достигает 30—40%.

Механические свойства высокопрочного чугуна регламенти- ' руются ГОСТ 7293—70 (табл. 32).

Высокопрочный магниевый чугун применяют в машиностроении для различных деталей: коленчатых валов, прокатных валков, зуб­чатых колес, поршней, станин прессов, лопаток турбин, изложниц, коробок скоростей для деталей тракторов и т. д.

§ 7. Легированные чугуны

Легирующие элементы улучшают механические свойства, корро­зионную стойкость, износостойкость, жаропрочность, антифрикцион­ные и другие свойства чугуна. В зависимости от содержания леги­рующих элементов чугуны можно разделить на низколегированные (до 3% легирующих элементов), среднелегированные (3—10% ле­гирующих элементов), высоколегированные (более 10% легирую- ⁴ щих элементов). Наиболее часто й качестве легирующих элементов чугуна применяют никель, хром, молибден, марганец, алюминий, медь, титан. В соответствии с этим чугун называют никелевым, хро­мистым, титаномедистым и т. д. Наибольшее распространение в ма­шиностроении получили низколегированные хромоникелевые чу­гуны, выплавляемые с присадкой в шихту природнолегированных доменных чугунов.

Низколегированные конструкционные чугуны. Легированные хромоникелевые чугуны различных марок содержат 0,3—0,4% Сг - и 0,1—-2% №. В шихту вводйт до 8% Орско-Халиловского чу­гуна, содержащего в среднем 1 % № и 2,5—2,7% Сг. Чугун, леги­рованный 0,25—0,35% Сг и 0,25—0,35% Ni, успешно применяют . для изготовления блоков цилиндров автомашин. Такие чугуны обеспечивают повышенные механические свойства и хорошую из­носостойкость.

В низколегированном чугуне эффективность легирования опре­деляется присутствием хрома. В тонкостенных отливках из хромо­никелевого чугуна при содержании 0,3—0,4% Сг и 0,1—2% Ni может получиться отбел. Поэтому в таких случаях производят Модифицирование жидкого чугуна ферросилицием или другими мо­дификаторами. Для станин металлообрабатывающих станков при­меняют чугуны, легированные 1,25—1,75% Ni с небольшими добав­ками хрома (0,25—0,35%) и молибдена (0,3—0,4%).

Автомобильные поршневые кольца изготовляют из низколеги­рованного чугуна, содержащего 3,8—3,9% С; 2,4—2,6% Si; 0,2— .0,1% Сг; 0,15—0,25% №; 0,35—0,5% Си; 0,1—0,2% Ti. Для полу­чения чугуна такого состава в шихту вводят титаномедистый чу­гун, имеющий в небольшом количестве легирующие элементы: хром, никель, медь и титан. Крупные тормозные барабаны грузовых авто­мобилей и самолетов изготовляют из чугуна, содержащего 3,8% С;

1,35% Si; 2,0% Ni; 0,25—0,35% Cr; 0,4—0,5% Mo. Прочность при растяжении чугуна до 28 кгс/мм². Такой низколегированный чу­гун имеет однородную структуру и хорошо обрабатывается.

Износостойкие чугуны. Такие чугуны применяют для отливок, работающих в условиях повышенного износа (для подшипников, цилиндров, втулок, тормозных барабанов и др.). С целью достиже­ния высокой износостойкости чугун легируют так, чтобы в его структуре образовались карбиды с наибольшей твердостью. По­этому чугун необходимо легировать элементами, способствующими образованию карбидов (хромом, молибденом и др.).

Чугун типа нихард имеет состав: 2,7—3,6% С; 0,4—1,0% Si; 0,25—0,7% Мп; 3,0—5,0% Ni; 1,2—2,8% Cr; до 0,15% S; до 0,4% Р. При производстве крупных отливск к нихарду добавляют молиб­ден, который является карбидообразующим элементом. Такой чугун с целью уменьшения остаточного аустенита подвергают нагреву до 700—760° С и выдержке несколько часов, а затем охлаждают. Износостойкий чугун применяют для отливок волочильных досок, форм для керамики, роликов конвейеров, размалывающих шаров и т. п.

Чугун нихард имеет мартенситную структуру, обладающую- высокой износостойкостью, большую линейную усадку (до 2%) и низкие литейные свойства, как и белые чугуны.

Немагнитные чугуны. Это высоколегированные чугуны, содер­жащие в качестве основных легирующих элементов никель, марга­нец, медь и алюминий. При присадке таких элементов чугун будет иметь аустенитную структуру. В случае легирования чугуна нике­лем и марганцем ориентировочное содержание в них углерода для получения аустенитной структуры должно удовлетворять равен­ству

[% Ni] + 2,5 [% Мп] + 1,8 [%С] =33.

Немагнитные чугуны содержат 9—12% никеля; добавка 2% меди дает возможность снизить содержание'никеля..

В связи с дефицитностью никеля разработаны чугуны с содер­жанием до 12—16% марганца, а также чугуны с содержанием до 20—30% алюминия.

Коррозионностойкие чугуны. Коррозия чугунов зависит от следующих факторов: структуры металлической основы; содержа­ния графита и связанного углерода; характера распределения гра­фита; общего химического состава; плотности. Низкохромистые чугуны характеризуются повышенной коррозионной стойкостью ^в морской и водопроводной воде. Чугуны, легированные 0,5— 1,0% Ni, обладают повышенной стойкостью в щелочах, еще большей стойкостью обладают чугуны, легированные хромом и никелем (по 0,5—1,0% каждого). Чугуны, легированные медью- ^и сурьмой (до 0,8% каждого), имеют высокую коррозионную стойкость в соляной кислоте (в 20—30 раз больше нелегирован- ных чугунов).

Особое место среди коррозионностойких сплавов занимают так называемые ферросилициды. Это сплавы, содержащие 14,5—18% Si и около 0,5% С.

Высококремнистые чугуны типа ферросилицидов обладают хоро­шей жидкотекучестью, большой линейной усадкой (1,7—2,3%)| хорошо сопротивляются износу, плохо обрабатываются, хрупки! НВ 300—460. Эти сплавы имеют высокую коррозионную стойкост! в серной кислоте при любых концентрациях, что обусловлено обра* зоваиием защитной пленки кремнезема SiO_a вследствие действия кислоты на отливку. В горячей соляной кислоте и некоторых других веществах пленка SiO_a, защищающая отливки из высоко- ■ кремнистых сплавов от коррозии, разрушается. В этих случаях при- ' меняют кремнемолибденовые чугуны, называемые антихлорами. = В такие чугуны дополнительно вводят 3,5—4,0% молибдена. ;

Высокой коррозионной стойкостью обладают чугуны с аустенит- I ной структурой, например чугун нирезист. Он обладает высокой химической стойкостью при обычной температуре в серной, му- '! равьиной, уксусной кислотах, каустической соде и в некоторых's солях и щелочах, а также в морской воде. Состав нирезиста: 2,75— \ 3,1% С; 0,4% Р; до 0,12% S; 12—16% №; 6-8% Си; 1,5—4,0% Сг. ; Эти чугуны обладают хорошей износостойкостью и температуростой- ; костью; их применяют для гильз блоков цилиндров автомобильных 1 двигателей. !

Жаропрочные чугуны. Применяют для отливок, работающих при ! температурах до 600° С под нагрузкой. Для повышения жаропроч- I ности в чугун вводят легирующие добавки — никель, хром и молиб- \ ден. Структура таких чугунов должна быть аустенитно-карбидной; \ графит должен иметь шаровидную формул Отливки из чугуна марок 5 4Н19ХЗШ подвергаются термической обработке по режиму: нагрев _; до 1030—1050° С, выдержка 2—4 ч, нормализация и последующий i отпуск при температуре 550—620° С. <

Жаростойкие чугуны. Это чугуны, способные оказывать сопро- \ тивление росту (не более 2%) и окалинообразованию [не более ! 0,5 г/(м²ч)] при заданной температуре в течение 150 ч. Чугунные отливки, работающие при высоких температурах, разрушаются не только от недостаточной жаростойкости, но и от увеличения объема, которое происходит при нагреве выше 400° С. С увеличе­нием температуры объем может увеличиться из-за роста чугуна до 10%. Чугунные отливки при этом коробятся, в них образуются трещины, и они выходят из строя. Поэтому отливки, работающие при высоких температурах, должны сопротивляться не только хи­мическому воздействию среды, но и росту. Увеличение объема чу­гуна объясняется тем, что цементит, находящийся в чугуне, рас­падается с выделением графита. Каждый процент углерода, находя­щегося в чугуне в виде цементита, при распаде увеличивает объем примерно на 2,5%, так как газы, окисляющие чугун, проникают вдоль выделений графита. Проникновение газов в чугун и его окис­ление будет тем больше, чем крупнее графит, выделившийся в чугуне

при распаде цементита. Следовательно, для получения чугунных отливок с повышенной жаростойкостью и ростостойкостью необ­ходимо подбирать чугун такого химического состава, чтобы на от-' ливках могла образоваться стойкая защитная пленка, которая бы препятствовала проникновению в чугун газов, при этом исключа­ется распад цементита.

Чугун, содержащий более 5% Si, называется силалом, а*- чугун, содержащий 19—25% А1,—чугалем.

Силал имеет низкую прочность, вязкость, склонен к обра­зованию трещин, при добавке марганца или хрома улучшаются его механические свойства, а при добавке меди повышаются окали- ностойкость и жидкотекучесть. Очень высокой окалиностойкостью и ростостойкостью обладает кремнистый чугун с шаровидным гра­фитом.

Чугаль отличается высокой жаростойкостью и сравнительно, удовлетворительными литейными свойствами, обрабатывается реза­нием. Он имеет большую усадку, объем усадочных раковин состав­ляет 3—7% при содержании 18—23% А1, линейная усадка2,4—2,6% при содержании 25 % А1. Чугаль с шаровидной формой графита имеет более высокую жаростойкость, чем серый чугун с пластинчатым графитом. Из этого чугуна часто изготовляют тигли для сплавов алюминия.

Глава II

ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ШИХТОВКА

§ 1. Металлическая шихта

Основными материалами, входящими в состав металлической шихты при плавке чугуна, являются доменный чушковый чугун, лом чугунный и стальной, брикетированная чугунная и стальная стружка, возврат собственного производства (литники, скрап, бракованные отливки): В качестве добавок в зависимости от марки выплавляемого чугуна используют ферросплавы: ферросилиций, силикокальций, ферромарганец.

Доменные чушковые чугуны

Чугуны, выплавляемые в доменных печах, подразделяют по назначению на литейные и передельные. Литейный чугун, в свою очередь, делится на чугун общего назначения и специальный (для отливок валков прокатных станов, отливок из ковкого чугуна и Других отливок с отбеленной поверхностью). В зависимости от рода топлива, на котором выплавляют литейный и передельный чугуны, их подразделяют на коксовый и древесно-угольный чугуны. Чугун, выплавленный в доменных печах из руд, содержащих легирующие элементы, называют природнолегированным. Доменные чугуны

В качестве раскислителей при плавке стали и модификаторов при плавке чугуна применяют алюминий, силикокальций, магний. Силикокальций изготовляют трех марок (табл. 41). Для модифици­рования чугуна магнием применяют лигатуру ЖКМ, содержащую 61% Si, около 30% Fe, 5% Mg, около 2% А1, 1,7% Са и 0,3% Р. В качестве модификаторов используют церий, ферроцерий и лига­туры ФЦМ-5. Ферроцерий содержит 15% Fe, 40—55% Се, осталь-

§ 2. Топливо

Содержание серы в ваграночном коксе должно быть минималь- Я ным и составлять 0,6—1,4% в зависимости от сорта. Трещинова- Я тость кокса должна быть минимальной. Я

Литейный кокс отличается от доменного (металлургического) Я большей плотностью и прочностью, меньшей реакционной способ- 'Я ностью, меньшим содержанием серы. Согласно ГОСТ 3340—71 ли- Я тейный кокс по составу делят на три марки (табл. 43). Меньше всех Я содержит серы (до 0,6%) кокс КЛ-1, больше всех кокс КЛ-3 (1,4%). Я Лучшим по прочности, размерам кусков и пористости является ‘Я кокс КЛ-3, затем КЛ-2, КЛ-1. Я

Хорошим заменителем кокса является термоантрацит, хотя Я в настоящее время его производят очень мало. Я

Термоантрацит получается в результате нагрева антрацита без Я доступа воздуха при температуре 900—1000° С и длительной вы- — держке до 14 ч, а также последующего охлаждения в течение 6—8 ч.

Во время термообработки из антрацита удаляется сера в виде сер­нистых соединений и образуется термоантрацит с малой реакционной способностью и высокой теплотворной способностью. Термоантра­цит при плавке металла в вагранке не растрескивается. Реакци­онная способность его ниже, чем у кокса, но выше, чем у антра­цита.

Пекококс (табл. 43) также является заменителем кокса, его получают при коксовании тощих донецких углей и антрацита с до­бавкой битумов и песка. Пекококс обладает низкими пористостью (20—25%) и реакционной способностью, мало содержит серы, имеет высокую прочность и теплотворную способность.

§ 3. Флюсы

Флюсами называют минеральные вещества, добавляемые в шихту для понижения температуры плавления шлака, удаления золы из топлива в виде шлака, а также для изменения вязкости и жидко- текучести шлака. При плавке чугуна в вагранке применяют следую­щие флюсы: известняк, мартеновский шлак, апатито-нефелиновую РУДУ-

Известняк. Известняк должен содержать 40—50% СаО, не более 1% Si н минимальное количество серы и фосфора. Для ваграночной плавки достаточно иметь химический анализ известняка на окись кальция (СаО) и нерастворимый остаток. Качество известняка можно определить, не прибегая к полному химическому анализу.

Для этого достаточно знать содержание нерастворимого осадка в нем. лл Навеску средней пробы известняка 0,5 г измельчают и растворяют в пробирке с 6,5 см³ соляной кислоты (1 : 1). Известняк растворяется быстро, в течение 20—30 с. По количеству нерастворимого осадка, Щт состоящего из Si0₂ и Al_aO_rf, можно установить сорт известняка (табл. 44).

Перед плавкой известняк подвергают дроблению на камнедро­билке, Величина кусков известняка должна быть 25—100 мм, так

Методы расчета шихты. Для обеспечения заданного химического состава и качества выплавляемого чугуна следует рассчитать шихту по принятому химическому составу жидкого чугуна с учетом угара элементов при плавке.

Расчет шихты делают на 100 кг металлической завалки. Масса металлической шихты или завалки на данную программу склады- вается из масс: 1) годного литья, необходимого по программе на месяц, квартал, год, на день или на плавку; 2) брака литья внутрен- него и внешнего, т. е. обнаруженного в литейном и механическом цехах; 3) литников, выпоров я прибылей; 4) угара и механических потерь металла при разливке (сливы, сплески, брызги и др.).

Масса литников колеблется для мелкого литья от 20 до 80%; для среднего — от 15 до 25% и для крупного — от 5 до 15% массы отливки.

Потери металла при разливке чугуна из вагранки можно прини- мать равными 4—5% общей массы металлической шихты или за- валки, а из пламенных печей — 6—8%.

Коэффициентом выхода годного литья называется отношение массы годного литья к массе завалки, выра- женное в процентах:

масса годного литья

> о

?©

е?

сз

5

Для того чтобы убедиться, что можно составить шихту из ком­понентов, приведенных в табл. 48, предварительно выясним воз­можность получения требуемых содержаний кремния и марганца. Среднее содержание кремния в доменных чугунах

_Si= ^2,l±2,3_+gig . = 2,2%,

а в ломе 2,0%, откуда среднее содержание кремния в 100 кг шихты

Sj — ⁶⁰'²'^{2 40}'² — 2 1 кг

■ 100

Аналогично определяем содержание марганца:

... 60 / 0,9 + 0,95 + 0,8 \ . 40 „ _{п п Q1}

Для нахождения неизвестных величин х, у и г составляем три уравнения, причем массу шихты при расчете принимаем равной 100 кг. Тогда содержание компонентов в процентах будет равно их массе в килограммах.

Таким образом, первое уравнение

х-\-у-\-г-\- 40=100 или х-\-у-{-г = 100 — 40 = 60.

Второе уравнение для кремния.

1,1х + 2,3у + 2,2 г + 40 - 2,0 = 100-2,1

или

1,1х + 2,3г/+ 2,2г = 210 - 80 = 130.

263

Таким образом, для расчета шихты из двух составляющих имеем систему линейных уравнений с двумя неизвестными х и у.

* + #=100;

а_гх + а_гу — 100а.

Решив эти уравнения, получим

265

Рис. 169. Вагранка с коп иль ником

Толщина стального кожуха вагранки в зависимости от ее диа­метра составляет 6—12 мм. Для свободного расширения футеровки во время плавки чугуна между кожухом и футеровкой имеется зазор 25—50 мм, заполненный песком 13. Шахту устанавливают на подо­вую плиту 4 и колонны 3. Отверстие в плите 4 закрывают откидным днищем, состоящим из створок 1 и 2. Через рабочее окно 6 нижнюю часть шахты набивают наполнительной смесью 14 слоем 100—- 300 мм. Набивной под —лещадь имеет уклон в сторону чугунной летки 15. Рабочее окно 6 на время плавки закладывают огнеупорным кирпичом, забивают формовочной смесью и закрывают дверцей. Летка 16 для выпуска шлака расположена выше уровня металла в копильнике.

Нижнюю часть шахты от пода до первого ряда фурм называют горном. Во время работы вагранки горн и часть шахты запол­нены раскаленным коксом. Этот слой кокса называют холостой колошей. На холостую колошу загружают из бадьи 11 отдельными порциями (слоями) металлическую колошу: чугун, лом, стальной скрап, а также кокс, называемый топливной колошей.

Известняк загружают после каждой рабочей колоши кокса. Хо­лостая колоша высотой 700—800 мм перекрывает фурмы 5. Воздух в фурмы поступает из фурменной коробки 7. Для полного сгорания топлива и интенсификации плавки фурмы устанавливают в несколько рядов. Холостая колоша поддерживает в ходе процесса уровень пояса плавления на определенной высоте.

Высота горна (расстояние от пода до нижнего ряда фурм) за­висит от диаметра вагранки и составляет 150—300 мм. В вагранках без копильника высота горна определяется объемом жидкого чу­гуна, который необходим для заливки форм в промежутках между выпусками. Высота горна в таких вагранках составляет 400— 700 мм.

Полезной высотой шахты вагранки называют расстояние между нижним рядом фурм и порогом загрузочного окна. Чем выше ваг­ранка, тем длиннее путь газов между кусками металлической за­валки, тем лучше прогревается шихта. Однако очень высокие шахты способствуют зависанию шихты и повышению сопротивления движе­нию газов в вагранке.

В чрезмерно низких вагранках колошниковые газы, наоборот, имеют высокую температуру и требуют большого расхода топлива на плавку металла.

Через дымовую трубу вагранки продукты горения топлива удаляются из шахты наружу. Труба заканчивается искрогаси­телем 18, который улавливает раскаленную пыль, искры, вы­брасываемые из трубы, и предохраняет от пожара соседние поме­щения.

Искрогасители бывают сухие и мокрые. В современных вагран­ках в соответствии с требованиями охраны воздушного бассейна кроме искрогасителей устанавливают газоочистители.

Вагранка — плавильный агрегат непрерывного действия. В ней расплавляется 6—10 колош в 1 ч. По мере того, как металл расплав­ляется и уровень шихты' опускается, в вагранку непрерывно за­гружают новые колоши. Полученный жидкий чугун выпускают через летку 17 непрерывно или через небольшие промежутки вре­мени (8—10 мин).

Подготовка вагранки к плавке. Перед плавкой производят те­кущий ремонт вагранки. Различают три вида ремонта: случайный, текущий и капитальный.

Случайный ремонт производят при аварии (обвал части футеровки во время плавки, прогрев кожуха вагранки, за­мерзание летки ит. п.). Капитальный ремонт произ­водят при замене футеровки шахты вагранки от подовой плиты до загрузочного окна, а также при замене футеровки дымовой трубы и искрогасителя. При капитальном ремонте, если необходимо, ре­монтируют кожух вагранки, воздухопровод, фурменную коробку и искрогаситель. Капитальный ремонт производят 1—2 раза в год, после продолжительной работы вагранки. Текущий ремонт вагранки производят после каждой плавки: он заключается в частичной или полной замене шахты в поясе плавления, зоне фурм и горне ваг­ранки. Объем текущего ремонта зависит от качества огнеупорных материалов, длительности плавки в вагранке, а также от качества предыдущего ремонта. Чем продолжительнее плавка, тем быстрее разрушается футеровка. Продолжительность плавки зависит от потребности цеха в жидком чугуне. Вагранку после плавки охла­ждают естественной тягой воздуха, для чего открывают фурмы и дверцы днища, а загрузочное окно закрывают. Не рекомендуется охлаждать футеровку водой, так как резкое охлаждение приводит к растрескиванию огнеупорного кирпича и тонкого слоя гарнисажа на поверхности футеровки. Охлаждение футеровки вагранки уско­ряют продувкой шахты воздухом. Оставшиеся после плавки ма­териалы (чушки чугуна, лома, куски топлива) убирают из-под вагранки.

При продолжительности плавки от одной до двух смен футеровка сильно выгорает и во время ремонта пояса плавления выгоревшие кирпичи заменяют новыми. Футеровка в поясе плавления почти полностью выгорает, если продолжительность работы вагранки более 30 ч. В этом случае выкладывают новым кирпичом не только пояс плавления, но и фурменную зону.

Вместо кирпичной футеровки часто применяют набивную массу из 80—85% кварцевого песка, 20—15% огнеупорной глины и 6—8% воды. Эту смесь хорошо перемешивают в бегунах в течение 5—10 мин. Для увеличения прочности смеси по-сырому в воду до­бавляют жидкое стекло (1 кг на 1 л воды). Набивная футеровка более стойка по сравнению с кирпичной футеровкой.

Во время ремонта копильник сначала очищают от остатков чу­гуна и шлака. Затем очищают нижнюю часть копильника и ремон­тируют летку, шлаковое отверстие и канал, по которому чугун из

Рис. 170. Специальный кирпич для чугунной летки

мерным расположением столба кокса, не допускать его односторон­ней засыпки. Под высотой холостой колоши подразумевается часть столба кокса, находящегося выше фурм. В вагранках с одним рядом фурм высота холостой колоши определяется расстоянием от верхней кромки фурм, а в вагранках с 2—3 рядами фурм — от верхнего ряда фурм. Обычно высота холостой колоши над фурмами составляет 800—1600 мм в зависимости от качества кокса, количества и тем­пературы дутья, конструкции и диаметра вагранки и т. д.

Высоту холостой колоши устанавливают опытным путем. Если высота холостой колоши выбрана -правильно, расплавленный чугун появится у фурм через 5—6 мин после пуска, дутья; при слишком высокой колоше чугун появится через 10—20 мин, а иногда и позже.

Когда кокс холостой колоши хорошо разгорится, вагранщик заделывает кирпичом отверстие в рабочем окне, набивает зазор между стенкой и дверцей формовочной смесью, обмазывает глиной кромки дверцы и плотно ее закрывает. После полного разгара хо­лостой колоши ее продувают воздухом в течение 2—3 мин при от­крытых фурмах во избежание взрыва. В процессе продувки выдувают золу, коксовую мелочь и несколько снижают содержание серы в чу­гуне первого выпуска.

К моменту выпуска чугуна из вагранки желоб вагранки должен быть хорошо высушен газовыми горелками. Копильник необходимо разогревать одновременно с вагранкой генераторным или природ­ным газом. Для этого устанавливают горелку под сводом копиль­ника так, чтобы факел был направлен на подину. В этом случае копильник хорошо и быстро прогревается.

Загрузка шихты в вагранку. На разогревшуюся холостую колошу загружают шихту отдельными слоями, состоящими из металличе­ской части, кокса и флюсов, до порога загрузочного окна. Размер рабочей колоши кокса следует подбирать по объему, а не по массе. Наилучшая высота слоя рабочей колоши кокса 150—200 мм. По высоте рабочей коксовой колоши и площади сечения вагранки можно определить объем, а по нему и массу рабочей колоши. При этом считают, что масса 1 м³ кокса составляет 450 кг. Допустим, что диаметр вагранки D = 2 м, а высота рабочей колоши кокса h ~ = 0,18 м, тогда объем рабочей колоши кокса

и я.0², 3,14*4 s\ i о п rn

v =—/г = ——0,18 = 0,57,

отсюда масса коксовой колоши 450-0,57 = 257 кг. Расход кокса составляет 10—16% массы металлической завалки. По массе рабочей коксовой колоши можно определить массу металлической колоши при любом расходе топлива. Допустим, что масса рабочей коксовой колоши равняется 12% массы металлической завалки, 257

которая составит ^2= 2100 кг.

Расход кокса зависит от характера отливок. Для тонкостенных отливок требуется более горячий металл, поэтому расход кокса

большой, а для толстостенных отливок можно уменьшить расход топлива за счет увеличения массы металлической колоши.

Правильная загрузка вагранки металлом, топливом и флюсом влияет на ход плавки. Так как при длительных плавках футеровка вагранки выгорает и диаметр шахты вагранки увеличивается, осо- бенно в поясе плавления, то высота холостой колоши уменьшается,

• нарушается нормальный ход плавки. Чтобы восстановить высоту

сыпку, т. е. загружать до- полнительно коксовую ко- % лошу. I

Во всех случаях, не- ¹ зависимо от способов за- валки (ручной или меха- нической), необходимо со- блюдать следующие пра- вила: 1) слои топлива и

металла должны распола- гаться в вагранке горизон- тально; кокс и металл должны загружаться от- дельно; при совместной за- грузке кокс будет измель- чаться; 2) габаритные раз- меры кусков металла не должны превышать ^х/₃ диа- метра вагранки; 3) не про- водить плавку при непол- ной загрузке вагранки ших- той, так как в этом случае теплота используется ча- стично, а не полностью.

При механизированной загрузке -шихты все операции: загрузка шихты в бадью, взвешивание, транспортирование, подъем шихты на колошниковую площадку, загрузка в вагранку и подача порож- ней бадьи на шихтовой двор полностью механизированы и автомати- зированы. • Предварительно взвешенная металлическая шихта по- дается на колошниковую площадку в саморазгружающихся бадьях. Металл в бадьи загружается на шихтовом дворе из специальных бункеров (каждый металл из своего бункера). Взвешивание метал- лической шихты производится на механизированной весовой тележке (рис. 171). Подъем шихты на колошниковую площадку и загрузка ее в вагранку осуществляется скиповым подъемником (рис. 172). Подача топлива и флюсов также механизирована.

Пуск дутья и процесс плавки чугуна в вагранке. После загрузки вагранки до уровня загрузочного окна и выдержки для подогрева шихты включают дутье при открытых фурмах, чтобы предотвратить взрыв, который может произойти при смешивании воздуха с СО,

соединяясь с газами, образует Fe₂0₃ и Fe₃0₄, а также может наугле- роживаться. При этом происходит растворение углерода в метал- лической фазе. Растворимость углерода в у—Fe изменяется от 0,8% при 723° С до 2 % при 1130° С. Избыточный углерод находится в виде

графита либо в форме карбида.

Образование этих обеих фаз протекает по реакциям

2СО 5=t С0₂ + С;

2C0 + 3Fe-^C0₂ + Fe₃C

В результате окисления углерода образуются газообразные продукты, удаляющиеся с поверхности металла, в результате окис- ления кремния и марганца — соединения Si0₂

и МпО, которые вместе с FeO образуют на поверхности металла окисную пленку. Кроме того, происходит и насыщение поверхности ме- талла серой. Однако пленка окислов на поверх- ности твердого металла препятствует насыще- нию металла серой и его окислению.

Топливо в первой зоне, нагреваясь до 100° С, теряет содержащуюся в нем влагу, а затем и ле- тучие вещества, становится рыхлым и пористым и приобретает высокую реакционную способ- ность. Поэтому ваграночное топливо должно со- держать минимум летучих веществ.

Известняк в первой зоне должен нагревать- ся до температуры, необходимой для „полной диссоциации его по реакции

СаС0₃ ->■ СаО + С0₂

значительно интенсивнее, чем в верхних слоях шахты вагранки, разы в этой зоне не изменяют своего состава, но сильно охлаждаются, _так как они отдают теплоту на нагрев и плавление металла.

Редукционная зона. В этой зоне капли металла перегреваются за счет высокой температуры газовой фазы и главным образом за счет раскаленного кокса. Атмосфера в зоне, как и в первых двух зонах, слабоокислительная.

Окислы железа, образующиеся на поверхности капли металла, растворяются в самой капле и передают кислород элементам чугуна, имеющим большее сродство с кислородом, чем железо, а именно кремнию, марганцу и частично углероду. В то же время капли металла, соприкасаясь с топливом, растворяют углерод и сер> топлива.

Между газом и топливом происходит реакция С0₂ + С = 2СО.

Вследствие протекания этой реакции, а также передачи теплоты каплям металла температура газов резко снижается, но остается несколько выше температуры плавления металла. В этой же зоне происходит ошлакование твердой извести СаО жидким кремнеземом Si0₂ с образованием шлака.

Кислородная зона. Атмосфера в зоне IV более окислительная, чем в зоне III, так как в ней имеется свободный кислород. Капли металла перегреваются за счет теплоты газов и кокса и вследствие окисления примесей чугуна газовой фазой. Проходя струю холод­ного воздуха у фурм, капли шлака охлаждаются, а капли чугуна перегреваются за счет теплоты окисления примесей.

В зоне перегрева температура наивысшая — 1600—1650° С. Железо окисляется по реакции

2Fe + 0₂ = 2Fe0.

Затем кислород соединяется со следующими элементами:

2FeO + Si = Si0₂ + 2Fe;

FeO + Mn = MnO + Fe;

FeO + C = CO + Fe

Если в чугуне имеется хром, то и он окисляется:

3FeO + 2Сг = Сг₂0₃ + 3Fe

При сильном перегреве чугуна выгорание кремния, марганца и хрома может прекратиться. Чем больше перегрев чугуна, тем интенсивнее выгорание углерода при одновременном насыщении Жидкого чугуна углеродом из кокса. В зоне IV вагранки сера Кокса сгорает в основном в S0₂.

Горн вагранки. Атмосфера в горне окислительная в верхней части, в средней — слабоокислительная и у подины неокислитель- Ная.

В зоне V металл и шлак охлаждаются за счет потерь теплот

через стенки и дно горна.

Влияние газовой фазы зависит от уровня металла и шлака^ - скапливающегося в горне вагранки. Если уровень шлака в вагранке, не имеющей копильника, поднимается до фурм или близко к ним, происходит окисление металла через шлак за счет кислорода воз­духа. Чем ниже уровень шлака, тем менее окислительной будет атмосфера в горне вагранки. Чем больше глубина горна, тем дальше от фурм находится уровень шлака,' тем меньше окисление металла в горне, и наоборот: чем меньше глубина горна, тем ближе к фурмам уровень шлака и больше окисление металла в горне. Чем толще слой шлака, тем медленнее происходит процесс передачи кисло­рода металлу, тем меньше его окисление.

Если вагранка имеет копильник, то угар металла при прохож­дении его через горн будет минимальным. В горне продолжается процесс растворения углерода в жидком металле, если это раство­рение не достигло предела насыщения в расположенных выше зонах III и IV.

Этим пределом насыщения можно считать содержание углерода, соответствующее эвтектическому. I

При науглероживании содержание углерода обычно не превы- I шает эвтектического более чем на 0,1—0,2%. I

В первых порциях чугуна растворяется сера из поверхностных I слоев кусков кокса, расположенных в горне вагранки. Плавясь, I металл стекает в горн отдельными каплями и струйками, не пере- I мешивающимися друг с другом. Поэтому в вагранках, не имею- I щих копильника, достаточно полного перемешивания чугуна не про-1 исходит. *

Процессы, протекающие в копильнике. Чугун стекает с подины горна через соединительный канал в копильник, где происходит перемешивание чугуна и за счет диффузии его состав выравни­вается.

В копильнике кислородом закиси железа будут окисляться кремний и марганец, так как кремний и марганец имеют большое сродство с кислородом. Продукты окисления всплывают в шлак.

Чугун в копильнике остывает в результате потери • теплоты через стенки копильника.

Вследствие прохождения металла через все зоны вагранки происходит угар тех элементов, которые имеют большее сродство к кислороду, чем железо. Практически угар кремния составляет 20—25%, а иногда и больше; 25—30% Мп, 20—25% Сг. Никель, кобальт и медь совсем не выгорают. Углерод угорает, но одно­временно происходит насыщение чугуна углеродом, и поэтому чугун в конечном счете насыщается до эвтектического состава.

В некоторых случаях необходимо получать в вагранках низ- коуглеродистые чугуны. Для этого в шихту добавляют стальной лом, а фурмы располагают на небольшой высоте (250—300 мм) от подины, чтобы уменьшить науглероживание чугуна и его насыще- .

_ние серой. В этом случае можно получить чугун с содержанием

2,7—2,8% С.

Низкоуглеродистые чугуны можно получать в вагранках с сили­катной холостой колошей. Для этого часть холостой колоши ниже уровня фурм заменяют шамотным кирпичом, выложенным в клетку. Эту часть колоши предварительно сильно разогревают, чтобы умень­шить охлаждение чугуна. При добавке в шихту около 35% сталь­ного лома в вагранках с силикатной колошей можно получать, чугун с содержанием до 2,2—2,3% С.

Шлаки в ваграночном процессе. Ваграночный шлак влияет на характер плавки и свойства чугуна. Количество и состав вагра­ночного чугуна зависят от ряда факторов: режима плавки, каче­ства исходных шихтовых материалов и флюсов, а также от кон­струкции вагранок. В процессе плавки источниками образования шлака являются: 1) зола топлива, переходящая в шлак (1—2% массы металла); 2) угар элементов: 10—35% Si, 15—50% Мп, 0,25—1,25% Fe, в результате угара примесей в вагранке обра­зуется 1—2% шлака; 3) оплавление футеровки (0,4—4% массы металла); 4) песок (0,3—2%) и окислы (0,25—0,75%), попадающие в вагранку с шихтой; 5) флюсы, которые добавляют для понижения вязкости шлака (3—4% массы металла). Всего в процессе плавки образующийся шлак составляет 3—4% массы металла.

Шлак состоит из кремнезема, окиси кальция и глинозема, суммарное содержание которых достигает 80—90% всей массы шлака. Соединения типа К₂0 и Na₂0 находятся в шлаке в не­больших количествах (0,2—0,5%), фосфор — в пределах 0,1—0,5%, сера 0,2—0,8% и окислы металлов остальное. Шлак содержит небольшое количество чугуна — 0,2—0,5% завалки.

Ваграночный шлак должен обладать низкой температурой плавления и хорошей жидкотекучестью (малой вязкостью). Высо­кое содержание окислов железа в шлаке ухудшает механические свойства чугуна, способствует образованию пористости в отливках, снижает стойкость футеровки и увеличивает угар элементов в вагранке. Окислы марганца (МпО) повышают механические свойства чугуна в результате легирования его марганцем, но с увеличе­нием содержания марганца снижается стойкость футеровки.

Окислы магния (MgO до 10%) в шлаке повышают прочность чугуна. Такие окислы, как СаО, А1₂0₃ и Si0₂ в допустимых пре­делах не влияют на механические свойства чугуна. Шлаки, бедные окислами, не изменяют форму графита и структуру основной ме­таллической массы. Шлаки разрушают футеровку, поэтому в печах с кислой футеровкой нельзя применять основные шлаки и наоборот.

Для вагранок, футерованных шамотным кирпичом, желательно иметь шлаки следующего состава: 42—48% Si0₂, 10—15% А1₂0₃; 25—30% СаО; менее 8% FeO; 2—5% МпО и 3—5% MgO. В ваг­ранке можно обогащать чугун фосфором, марганцем, никелем и Другими элементами. Для этого следует увеличить количество окислов указанных элементов в шлаке. Для ввода в чугун фосфора

необходимо применять апатито-нефелиновую руду, для ввода мари

ганца — марганцевую руду, мартеновский шлак.

Способы удаления серы из чугуна. При плавке чугуна в обычной вагранке на кислых шлаках содержание серы будет зависеть от содержания серы в шихте и топливе. Установлено, что серы перей- дет в металл тем меньше, чем меньше ее в применяемом коксе, так как кокс является главным источником насыщения чугуна серой. Крупные куски и минимальное количество кокса в колоше уменьшают содержание серы, так как меньше площадь соприко-

сновения металла с коксом. Со- держание серы в чугуне зависит от высоты холостой колоши кокса (чем ниже холостая ко- лоша, тем меньше серы). Подача воздуха в вагранку способствует удалению серы в атмосферу с газами (S0₂).

Для удаления серы из чу- гуна применяют обработку ва- граночного чугуна кальциниро-

Основн’ость шлака ’ ция, магнием и кальцием.

Жидкии чугун обрабатывают Рис. 174. Зависимость содержания содой следующим образом: в

серы в чугуне от основности шлака ковш или копильник наливают

жидкий чугун, а затем в жид- кий чугун вводят присадку соды. При этом в присутствии угле- рода, действующего как раскислитель, будут протекать следую-

щие реакции:

Na_aC0₃ + FeS +С = Na₂S + Fe+СО + С0₂;

Na₂C0₃ + MnS + C = Na₂S + Mn + CO + C0₂

Чтобы сера не восстанавливалась и не перешла в чугун, необ- ходимо на поверхность его насыпать известь, а затем удалять шлак с поверхности чугуна счищалкой. Расход соды на 1 т жидкого чугуна составляет 1—1,5 кг, при этом количество серы в чугуне уменьшается на 30—40% общего количества серы, находящейся в жидком чугуне.

С целью уменьшения содержания серы и фосфора чугун пла- вят в вагранках с основной футеровкой. В качестве огнеупорного материала для футеровки вагранки используют магнезитовый, доломитовый и хромомагнезитовый кирпич. Это позволяет приме- нять основные шлаки и резко (на 40—60%) снизить содержание серы в чугуне. Основность ваграночного шлака определяется отно- шением содержания основных окислов в шлаке к кислым:

%СаО + o/pMgO + %МпО + % Fed

%SiO₂+»/₀ (AlA + SiO_i)+%TiO_l+%PA ‘

При основности до 0,8 принято считать шлак кислым, при основ­ности 0,8—1,2 — нейтральным и более 1,2 — основным. Основные шлаки делятся на шлаки пониженной (1,3—1,5), средней (1,8—2,25) и повышенной (более 2,5) основности.

Зависимость содержания серы в чугуне от основности шлака приведена на рис. 174.

Подогрев дутья или применение кислорода в дутье также спо­собствует снижению содержания серы в чугуне.

Для получения в вагранке с основной футеровкой чугуна с низ­ким содержанием фосфора необходимо иметь в шлаке повышенную концентрацию СаО и FeO.

Хорошие результаты достигаются при одновременном вводе в вагранку в качестве флюса известняка и железной окалины или руды. В этом случае необходимо иметь основность шлака в преде­лах 1,8—1,9. Чем больше в шлаке FeO, тем быстрее будет проте­кать процесс обесфосфоривания чугуна.

§ 3. Интенсификация процесса плавки в вагранке

Для увеличения производительности вагранки, повышения тем­пературы чугуна и экономии топлива применяют следующие спо­собы интенсификации процесса плавки: 1) регулирование количе­ства подаваемого воздуха; 2) регулирование количества и каче­ства топлива; 3) подогрев дутья; 4) обогащение дутья кислоро­дом.

Подача оптимального количества воздуха в вагранку. Коли­чество воздуха влияет на высоту зоны горения и на температуру, развивающуюся в вагранке. С увеличением количества подавае­мого воздуха скорость движения газов возрастает; следовательно, и зона горения вытягивается в направлении газового потока. В результате удлиняется и путь движения капель чугуна в области высоких температур и перегрев чугуна увеличивается. Кроме того, повышается температура газов, так как топливо полностью сгорает. Поэтому при увеличении количества подаваемого воздуха расши­ряется зона высоких температур, повышается температура газов и столба кокса холостой колоши.

Установлено, что оптимальное количество подаваемого в ваг­ранку воздуха должно быть примерно 150 м³/мин на 1 м² площади поперечного сечения вагранки.

При увеличенном расходе топлива и постоянном расходе воз­духа производительность вагранки уменьшается, хотя температура чугуна повышается. Это объясняется тем, что через зону высоких температур проходит меньше чугуна. На производительность ваг­ранки и перегрев чугуна влияет не только количество воздуха, но и количество и качество топлива. При холодном и горячем дутье с увеличением количества подаваемого воздуха температура чугуна и производительность вагранки повышаются (рис. 175). На произ­водительность вагранки и повышение температуры чугуна влияет

Рис. 176, Влияние разме­ров d кусков кокса на:

редь, снижение расхода кокса повышает скорость схода колош и производительность вагранки.

Чем выше температура подогретого воздуха, тем больше эко- номия топлива, выше производительность вагранки, больше пере- грев чугуна. Практически дутье следует подогревать до 450—550° С.

На рис. 177 приведена зависимость температуры перегрева чу- гуна от температуры дутья при различном расходе кокса. По дан- ным ЗИЛа, при подогреве дутья до 450—500° С температура жидкого чугуна на желобе вагранки повышается на 120—130° С. Установ- лено также, что подогретое дутье понижает количество закиси железа в шлаке, вследствие чего уменьшается угар кремния и мар-

ганца в вагранке. При работе вагранки на подогретом дутье на угар кремния влияет и тол- щина слоя шлака над чугуном в горне вагранки. Чем тоньше слой шлака, тем больше угар кремния в чугуне и наоборот.

Угар марганца и серы значи- тельно меньше при горячем дутье. Для подогрева дутья при- меняют рекуператоры. На рис.

178 приведен высокотемператур- ный рекуператор конструкции ЗИЛа.

Воздух подогревается в от- дельной топке газовыми горел-

ками. Продукты сгорания поступают в радиационный рекуператор 5 и, пройдя через него, охлаждаются и поступают в конвекционный рекуператор 6, а затем удаляются в трубу 7. Радиационный реку- ператор изготовлен из металлических труб, расположенных концен- трично с коллекторами. Конвекционный рекуператор 6 изготовлен из труб углеродистой стали. Холодный воздух от вентилятора про- ходит через воздухопровод 4 в конвекционный рекуператор, затем в радиационный и нагревается в них до 500—550° С. Нагретый воздух поступает из рекуператора по трубопроводу 2 в фурмы 3 вагранки 1. Расход кокса при холодном дутье составляет 15,5% массы металлической завалки, при подогретом дутье— 11%. Производительность вагранки на холодном дутье 18 000 кг/ч, а на подогретом — 23 000 кг/ч. Температура жидкого чугуна на желобе достигает 1420—1440°С.

Обогащение дутья кислородом. Кислород для обогащения дутья был применен впервые в Советском Союзе. Кислородное дутье в ваг­ранках используют для интенсификации процессов горения топ­лива, повышения температуры чугуна, увеличения производитель­ности вагранки и снижения расхода топлива при плавке. С повы­шением концентрации кислорода в дутье уменьшается угар кремния и марганца и даже образуется пригар кремния вследствие его вос­

_можно исправить подачей кислорода в течение 5—10 мин. Такой гибкостью не обладает ни один из других известных методов фор­сирования хода плавки в вагранке.

§ 4. Нарушения хода работы вагранки

Зависание шихты в шахте вагранки является следствием пло­хого ремонта вагранки и завалки крупногабаритной шихты. Шахта вагранки после ремонта может иметь уступы, быть не полностью очищенной от настылей, с резкими переходами в футеровке пла­вильного пояса. Образующиеся на стенке шахты уступы препят­ствуют равномерному опусканию шихты, и поэтому во время плавки металла шихта зависает. Зависание металлической шихты происхо­дит и при плохой разделке шихты, т. е. в тех случаях, когда длина металлических кусков больше V_s диаметра вагранки.

При зависании шихты выгорает холостая колоша кокса и металл поступает в зону фурм в нерасплавленном виде. Образовавшийся «мост» (зависание) разрушают ломом, а если этого недостаточно, прекращают дутье и пробивают ломами металлическую шихту до тех пор, пока она не опустится на рабочую колошу кокса. Затем делают пересыпку кокса, состоящую из двух и более дополнитель­ных рабочих коксовых колош до заполнения всей высоты холостой колоши.

Заливка фурм шлаком или чугуном бывает в том случае, когда горн переполнен чугуном. При этом шлак поднимается до фурм и заливает их. Переполнение горна чугуном может произойти при изменении режима (форсировании) плавки, а также от недосмотра вагранщика, своевременно не выпустившего чугун.

В таких случаях следует немедленно остановить дутье, выпус­тить чугун из вагранки, очистить фурмы, а затем включить дутье и продолжать плавку. Шлаковую летку необходимо располагать ниже фурм на 100—150 мм. Это дает возможность накапливать шлак без опасения попадания его в фурмы.

Холодный ход вагранки может произойти от некачественного розжига холостой колоши; заниженной высоты холостой колоши перед завалкой шихты; зависания шихты в вагранке и т. д. Рас­плавленный чугун будет иметь низкую температуру и не пригоден Для заливки форм. Очень холодный чугун «заморозит» летку. При холодном ходе вагранки необходимо сделать пересыпку из 2—3 колош кокса. Кроме того, следует иметь запасную летку, располо­женную выше первой на 70—90 мм, через которую можно выпустить чугун, если основная летка выйдет из строя.

Взрывы в вагранке происходят главным образом от скопления гремучего газа, представляющего собой смесь окиси углерода ^с воздухом. Гремучая смесь образуется при остановке хода ваг­ранки; в это время через фурмы в фурменную коробку и воздухо­провод проникают газы, в том числе и окись углерода. При закрытых Фурмах воздух смешивается с СО и может образоваться гремучая

смесь, способная взрываться. При открытых же фурмах СО по вы- ходе из фурм окисляется до С0₂. Закрывать фурмы следует только после пуска дутья. Взрыв может образоваться и от попадания в шихту взрывчатых веществ. Поэтому привозной стальной и чугун- ный лом необходимо тщательно проверять.

Вынужденные остановки вагранки могут быть предвиденные (обеденный, межсменный перерывы) и неожиданные (остановка кон- вейера, оборудования и т. д.). Если в шахте после длительной плавки образовались настыли, останавливать дутье на длительное время опасно, так как шлак может заполнить (затянуть) свобод- ное пространство шахты и опускание шихты прекратится. При отсутствии настылей можно допустить перерыв в работе вагранки до нескольких часов, но предварительно выпускают из вагранки чугун и шлак, закрывают все фурмы, летку заделывают формовоч- ной смесью и горение кокса прекращается. Иногда при очень дли- тельных остановках на загруженную шихту насыпают мелкий кокс или древесный уголь. Перед пуском дутья в вагранку открывают летку и фурмы.

Прогар кожуха вагранки может произойти вследствие прогара футеровки в зоне высоких температур. При этом чугун и шлак, соприкасаясь с прогоревшей футеровкой, вызывают местное покрас- нение кожуха вагранки. В таких случаях кожух вагранки поливают водой. После этого можно продолжать работу. В крайнем случае вагранку останавливают, выбивают и охлаждают кожух водой. При охлаждении водой чугун, проникший к кожуху, затвердевает и защищает кожух от дальнейших повреждений.

Прорыв чугуна через под происходит в случае набивки его очень жирной формовочной смесью, которая при сушке растрески- вается, жидкий чугун попадает в трещины. Прорыв чугуна также возможен или при слабой набивке, или при набивке подины сухим песком. Для предупреждения прорыва подины покрасневшее место охлаждают струей воды, предварительно остановив дутье и выпу- стив чугун. Прогоревшее отверстие забивают снаружи жирной глиной и поддерживают ее металлической плиткой с подпоркой.

В случае небольшого прогара днища достаточно слоя сырой глинй

для заделки прогоревшего места.

§ 5. Контроль плавки

Правильное ведение процесса плавки в вагранке обеспечивает получение чугуна не только с достаточно высоким нагревом и заданного химического состава, но и достижение хороших технико­экономических показателей ее работы.

В процессе плавки систематически контролируют: 1) количество подаваемого в вагранку металла, топлива и флюса; 2) давление и количество подаваемого в вагранку воздуха; 3) высоту столба шихтовых материалов; 4) температуру жидкого чугуна; 5) темпе­ратуру и состав колошниковых газов.

Количество подаваемых в вагранку шихтовых материалов.

Определение количества подаваемых в вагранку шихтовых материа- лов является одним из основных этапов контроля плавки. От точ- ности дозирования составных частей шихты (металлической и коксо- вой колош, флюса) зависит получение в вагранке чугуна точного химического состава с высокой температурой при минимальном расходе топлива.

Взвешивание необходимо также и для точного учета количе- ства проплавленной в вагранке шихты. Для взвешивания шихты применяют весы шихтовые стационарные, мостовые, циферблатные крановые, а также весовые

тележки.

В литейных цехах серого чугуна взвешивание шихты производится автоматически.

Контроль давления и ко- личества подаваемого возду- ха. Контроль давления позво- ляет обнаружить изменение сопротивления прохождению воздуха и газов в вагранке, предупреждает о неполадках, которые возникли в процессе плавки. Такие нарушения ре- жима плавки, как снижение высоты столба шихты, зашла- кование фурм, образование настылей, зависание шихты и т. п., зависят в первую оче- редь от давления дутья. Воз- дух, подаваемый вентилято-

ром в вагранку, должен находиться под давлением выше атмосфер- ного, чтобы преодолеть сопротивление столба шихтовых материа- лов. Давление воздуха в трубопроводе измеряется водяным мано- метром (рис. 179, а).

Величина избыточного давления, при котором воздух подается в вагранку, колеблется от 300 до 1200 мм вод. ст.

Количество воздуха, подаваемого в вагранку, контролируют специальными приборами, основанными на определении скорости Движения воздуха по трубопроводу.

_Расходомерную диафрагму, называемую нормальной диафраг­мой (рис. 179, б), изготовляют из углеродистой стали. В трубопро- ^ВоД 1 диаметром D вставляют диафрагму 2, имеющую отверстие Диаметром d. Толщина s диафрагмы колеблется от 6 до 10 мм и зависит от диаметра трубопровода. Цилиндрическое отверстие диаметром d и толщиной s' имеет фаску под углом 45°. Устанавли- ^Вать диафрагму в воздухопроводе следует так, чтобы воздух входил ^в нее со стороны острой кромки. До и после диафрагмы просверли­

Контроль уровня шихты в вагранке. Нормальной высотой столба шихтовых материалов является высота столба от холостой колоши до порога загрузочного окна. При такой высоте в вагранке соз­дается определенное сопротивление движению ваграночных газов и воздуха, подаваемого в вагранку. Заниженный столб шихтовый материалов резко уменьшает сопротивление шихты движению воз-1 духа и увеличивает его расход. Вследствие этого нарушается нор{ мальный режим горения топлива и шихта не успевает хорошо про­греться, придя в зону плавления. Плавление шихты будет задержи­ваться и пойдет за счет выгорания холостой колоши, т. е. расстро­ится ход вагранки. В таких случаях следует сократить количество подаваемого дутья или вовсе остановить дутье и догрузить вагранку до порога загрузочного окна. Высота столба шихты контролируется прибором с периодическим опусканием груза или контактными указателями уровня шихты.

Для контроля уровня шихты также применяют радиоактивнЫ^е указатели (рис. 180). Уровень шихты определяют индикатором ИУ-2. В качестве источника 1 излучения у-лучей применяют Со⁶⁰ ма* лой активности. Интенсивность излучения измеряется счетчиков

Рис. 180. Схема радиоактивного ука­зателя уровня шихты в вагранке

силы зависит от материала данной пары проводников, называемых термоэлектродами, и температуры спаев. Если спай 1 термопары нагреть, а спай 2 не нагревать и держать при постоянной темпера­туре, то термо-э. д. с. горячего спая превзойдет термо-э. д. с. холодного спая и по проводникам потечет ток. В цепь термопары . при помощи проводов 3 включают прибор — гальванометр 4 измеряющий величину термо-э. д. с. Сопоставлением температуры горячего спая и величины термо-э. д. с. можно проградуировать гальванометр в температурных градусах. Такую систему термопары и гальванометра называют термоэлектрическим пирометром.

шкала которого проградуирована в градусах. Реостатом 8 регули- руют накал лампочки; при этом добиваются, чтобы яркость нити накаливания и яркость тела были одинаковы (чтобы нить лампочки стала незаметна на поле, освещенном измеряемым телом), и стрелка гальванометра покажет тогда его температуру. При измерении высоких температур устанавливают дымчатое стекло 9 между лам- почкой и объективом. Гальванометр имеет две шкалы: одну для измерения температур 600—1400° С (без дымчатого стекла) и другую .1200—3000° С (с дымчатым стеклом). Для учета только красных лучей в фотометрическом пирометре ставят фильтр в виде

красного стекла 3.

Радиационные пирометры определяют температуру изме- рением полного излучения на- гретого тела. Радиационный пи- рометр представляет собой те- лескоп, собирающий при помощи линзы в одной точке (фокусе) поток лучей, испускаемый в дан- ном случае жидким металлом, находящимся в поле зрения те- лескопа. В фокусе телескопа по- мещается теплочувствительный элемент (термоэлемент), состоя- щий из рабочих концов одной или нескольких термопар, сое- диненных последовательно в ба- тарею. Наводимая термоэлемен- том термоэлектродвижущая си- ла измеряется милливольтмет- ром. ^

Радиационные пирометры, применяемые для измерения темпе­ратур жидкого чугуна, имеют шкалы от 900 до 1800° С. При кон­троле температуры жидкого чугуна радиационный пирометр (рис. 183) устанавливают над желобом 1 вагранки на специальном кронштейне 6. С помощью этого прибора можно измерить вели­чину термо-э. д. с.

Перед началом работы вагранки пирометр 4 наводят через оку­ляр 5 на одну из точек желоба, по которой во время плавки будет проходить струя жидкого чугуна. Пирометр должен быть установ­лен от желоба на расстоянии 600—1200 мм. Конструкция кронштей­на 6 при установке пирометра позволяет изменять его положение. Передняя часть телескопа'закрыта полым металлическим кожухом 2, в который по трубе 3 подается сжатый воздух для предохранения • пирометра от нагрева. Радиационный пирометр соединяют с галь­ванометром.

Контроль состава колошниковых газов. Основными составляю­щими ваграночного газа являются С0₂, СО, 0₂ и N_a. По содержанию

в колошниковом газе С0₂, СО и 0₂ судят об эффективности горения топлива. Лучшим показателем, определяющим полноту горения, является С0₂ — продукт полного сгорания. Поэтому при контроле ваграночных газов за основу берется С0₂₎ количество которого- в хорошо работающей вагранке должно быть 13—15%. Состав колошниковых газов определяют газоанализаторами. Состав отхо-

дящих газов может колебаться в широ- ких пределах, например газ № 1 со- держит 16,5% СО,, 3% СО, а газ № 2 — 5,1% С0₂ и 26,3% СО. Содер- жание С0₂ и СО в газе № 1 свидетель- ствует о правильном соотношении коли- чества кокса-и дутья, а в газе № 2 ука- зывает на лишний расход кокса или на недостаток дутья. Если колошнико- вые газы содержат свыше 1,0—1,5% 0₂, то это указывает на большой избыток дутья, а также на ненормальное горение топлива с большими потерями теплоты.

Клиновая технологическая проба. Технологические пробы изготовляют для контроля чугуна в процессе плавки.

Технологические пробы в виде клина для определения склонности чугуна к отбелу получают в сырых песчаных формах (рис. 184).

Большая глубина отбела указывает на образование отбела в тон- ких частях отливок, а малая глубина отбела — на повышенное

содержание углерода и кремния. Механические свойства такого

ч,угуна будут низкими. Пробы берут также для проверки эффек- тивности модифицирования чугуна. Клин разбивают и по излому судят о качестве чугуна. Обычно острие клина в изломе имеет

отбел.

пламенных печей собирают из литых чугунных плит, укрепленных стойками. Под набивают смесью, состоящей из 92—94% кварцевого песка и 6—8% огнеупорной глины, по кирпичной кладке. Свод печи состоит из отдельных съемных арок 1. Для загрузки крупного лома в печах большой емкости свод делают съемным. Пламенная печь имеет топку для сжигания мазута. Форсунки вставляют в от­верстия топки. Пламя от форсунки 2 направляют в рабочее прост­ранство 4 печи. Воздух, необходимый для горения топлива, подается по трубопроводу. В самой нижней точке ванны сделана летка 3, через которую готовый чугун выпускают в ковш.

Продукты горения поступают в рабочее пространство 4, где на поду находится шихта, загруженная через окно 5. В начале плавки пламя стелется по поверхности твердых кусков шихты и посте-

ферросилиция и ферромарганца следует вводить не в печь, а в ковщ чтобы исключить угар ферросплавов. Для предупреждения восста­новления кремния из шлака в чугун (когда шлак сильно перегре­вают и содержание кремнезема в нем более 55%) следует удалять шлак и посыпать поверхность чугуна мелким известняком или доломитом. Легирующие же элементы в чугуне (хром, никель и др.) ведут себя так же, как и при плавке в вагранке. Угар металла в пламенной печи составляет 5—7% массы шихты. Нормальный состав шлаков: 45—55% Si0₂; 5—20% А1₂0₃; 15—25% (FeO + Fe₂0₃V 10—25% МпО и 5—25% (СаО + MgO).

Для ошлакования примесей применяют флюсы, состоящие из 3-^6% плавикового шпата или магнезитового порошка и 6—12% мартеновского шлака.

Общее количество шлака при плавке составляет 6—8% массы чугуна. С целью улучшения качества валков рекомендуется произ­водить раскисление шлака во время плавки в пламенной печи. В качестве раскислителя применяют смесь, содержащую в опреде­ленной пропорции молотый ферросилиций, дробленый ферромарга­нец, молотый кокс, плавиковый шпат, магнезитовый порошок. На под печи засыпают 0,4—0,5% смеси от массы садки и по ходу плавки 0,2—0,3%.

Оптимальная температура перегрева нелегированного чугуна для валков 1370—1390°С, а легированного чугуна при выпуске 1410—1420° С.

В случае использования в шихте высококремнистого лома для увеличения производительности печи рекомендуется продувать чугун кислородом. Кислород вводят под давлением 12—15 ат с помощью специальной фурмы, погруженной в чугун на 100— 150 мм. В результате температура чугуна повышается с 1250 до 1430°С.

При работе на жидкой завалке вагранку и пламенную печь обычно соединяют желобом. В этом случае чугун выпускают из вагранки при 1300—1360° С и доводят в пламенной печи до 1450—1480° С; на нагрев требуется около 2 ч. При доводке в печи происходит угар элементов чугуна: на 15—20% С, на 5—10% Si и на 10—20% Мп, количество серы и фосфора не изменяется. Кроме того, добавляют стальной лом, чугун и ферросплавы. Для раскис­ления во время заливки в ковш в струю чугуна вводят присадку 0,02—0,04% А1.

Емкость пламенной печи должна быть примерно в 2—2,5 раза больше часовой производительности вагранки. Пламенную печь разогревают за 1 ч до выпуска чугуна из вагранки и за 2,5—3 ч до заливки чугуна в форму. Печь нагревают до заливки в нее чугуна до 1400° С. Нагрев чугуна вместе с заполнением и доводкой в печи длится 1,5—2 ч. Расход мазута на плавку чугуна составляет 22—25% массы металлической садки при работе на твердой завалке и 10—15% на жидкой завалке. Продолжительность плавки на твердой завалке зависит от емкости печи и составляет 7—10 ч.

§ 2. Плавка в электродуговых печах

для скачивания шлака. Скорость наклона печи зависит от е'е емко­сти. Например, скорость наклона печей емкостью 10—20 т состав­ляет 1—1,2 град/с, а емкостью 20 т — 0,7—0,9 град/с. Для наклона в печах небольшой емкости устанавливают боковой механизм, а в печах большой емкости — нижние механизмы. Шихту загружают сверху через съемный отходящий в сторону свод или выводимую из-под свода печь.

Футеровку печи выполняют при основном процессе магнезито­вым кирпичом, который обычно укладывают на слой теплоизоля­ционного кирпича; при кислом процессе — динасовым кирпичом. Свод делают из динасового или хромомагнезитового кирпича.

Свод из хромомагнезитового кирпича обладает значительно большей стойкостью, чем из динасового кирпича. На рис. 186 при­ведена электродуговая печь для плавки чугуна и стали.

Подготовка к плавке. Перед плавкой электродуговую печь футе­руют. Свод выкладывают по шаблону из динасового кирпича (ГОСТ 1566—71), а затем футеруют смесью, состоящей из огнеупор­ной массы (52% кварцевого песка, 26% огнеупорной глины, 22% воды). Ванну и стены футеруют динасовым кирпичом. При этом оставляют зазор.между кожухом печи и футеровкой 50—60 мм, ко­торый засыпают порошком динасового кирпича. Кладку печи про­изводят в сухую перевязку.

Перед набивкой кирпичную кладку пода просушивают газом или дровами в течение 3—5 ч. Золу и остатки дров удаляют, после чего футеровку смазывают жидким стеклом, насыпают смесь (из 92—94% кварцевого песка и 6—8% жидкого стекла) и набивают слоями толщиной 20—30 мм. Перед набивкой следующего слоя смеси на предыдущем слое делают насечку и смазывают его жидким стеклом для лучшего соединения слоев пода, набивают откосы.

После набивки пода и откосов печь накрывают сводом и под сушат дровами или газом в течение 3—4 ч, затем забрасывают кокс и усиливают горение вдуванием сжатого воздуха.

Если в электродуговой печи плавили чугун, то производят горячий ремонт печи. После выпуска чугуна из печи сливают ос­татки его и шлака из ванны, а затем наваривают под и откосы огнеупорной массой указанного выше состава. При наросшем поде перед наваркой для разъедания наростов на него насыпают плавиковый шпат.

Плавка чугуна. В электродуговой печи плавку можно произво­дить на твердой завалке из стального лома с науглероживателем и на шихте из чушкового чугуна и чугунного лома,- При плавке с науглероживателем на под укладывают крупные куски стального лома, затем их засыпают коксом, древесным углем или же элект­родным боем и известью (или известняком при плавке в печи с ос­новной футеровкой).

При пуске печь включают на «звезду» примерно на 5 мин до получения устойчивого контакта электродов с шихтой. В период плавления чугуна печь переключают на «треугольник» и плавку

^Ra; з ~

электрод;

тродвигатель

ведут на максимальной мощности печи под слоем шлака. Для со­кращения длительности расплавления необходимо своевременно сталкивать шихту с откосов и порога, не допуская образования мостов.

После расплавления нагревают ванну, удаляют шлак, на поверх- ность ванны насыпают науглероживатель (электродный бой) кус- ками размерами не более 50 мм и тщательно перемешивают. После окончания науглероживания в ванну вводят в кусках ферросили- ,ций и ферромарганец; чугун нагревают до необходимой температуры и выпускают.

Расход науглероживателя составляет 5—10% массы лома и зависит от степени усвоения углерода. Степень науглероживания зависит от природы науглероживателя и содержания в нем золы. .Наилучшим является электродный бой. С повышением основности щлака, температуры и при перемешивании ванны степень наугле­роживания чугуна увеличивается. При переплавке чугуна в за­валку добавляют 0,3—0,4% науглероживателя для компенсации небольшого угара углерода в период плавления. Угар остальных элементов в чугуне незначительный.

Чугун переплавляют под кислым или основным карбидным шлаком. Кислый шлак состоит из 80% Si0₂ и 20% СаО, а карбид­ный из 60% СаО, 25% CaF₂ и 15 % молотого кокса. Состав конечного шлака при кислой футеровке: 55—65% Si0₂; 5—25% СаО; 1—3% MgO; 5—10% FeO; 3—7% МпО и 5—10% А1₂0₃ и при основной футеровке 15—20% Si0₂; 50—60% СаО; 10—15% MgO; 1—2% FeO; 1—2% МпО; 5—8% А1₂0₃ и 2—3% CaF₂.

Особенности плавки на жидкой завалке. Плавку чугуна в элек­тродуговых печах осуществляют периодически или непрерывно. Белый чугун для ковкого чугуна плавят в электродуговой печи с кислой футеровкой. Выплавленный в вагранке чугун за час— полтора до начала работы смены заливают в подготовленную элек- тродуговую печь (дуплекс-процесс вагранка + электропечь) для того, чтобы к началу смены печь была заполнена и чугун подогрет до требуемой температуры. По мере выдачи чугуна печь регулярно пополняется жидким чугуном из вагранки. Чугун в печи должен занимать не менее 70% ее емкости. Температура чугуна при заливке в электродуговую печь 1350—1380° С. Печь работает при напря­жении 80—100 В. Для быстрого нагрева чугуна печь переключают на 5—8 мин на работу при повышенном напряжении 120—130 В-

В процессе плавки необходимо следить за тем, чтобы не было срыва пода, происходящего при чрезмерном перегреве чугуна. При срыве пода образуется густой шлак и «отсер», т. е. выделение из белого чугуна графита.

В случае недостатка кремния и марганца в жидкий чугун вво- дят ферросилиций (ФС45 или ФС75) и ферромарганец, а для умень­шения содержания углерода — стальные обрезки. После доводки чугуна по составу и при температуре до 1460—1550° С чугун выпу^с‘ кают из электродуговой печи.

Угара примесей в электродуговых печах практически не про­исходит.

После окончания плавки все остатки чугуна и шлака необходимо удалить из печи и под печи тщательно заправить кварцевым песком.

Для образования шлака в кислую печь на ванну жидкого чу­гуна добавляют кварцевый песок и частично отработанную смесь; шлак разжижают известью. Химический состав шлака, по данным гдз при плавке чугуна: ковкого — 60—70% SiO,; 8—10% СаО; 1% MgO; 5—7о/о МпО; 10—20% (FeO + Fe₃0₃)f 2—7% Al₂O_s; серого—60% Si0₂; 3% СаО; 2% MgO; 10% МпО; 15—18% (FeO+

-f Fe₂0₃); 10% А1₂0₃. Шлак удаляют из печи по мере его накопления. -

При плавке на жидкой завалке в электродуговой печи с ос­новной футеровкой после заполнения печи удаляют ваграночный шлак, затем добавляют стальной лом и ферросплавы и наводят карбидный шлак. По мере нагрева чугуна в печь подают известь, „ шпат и молотый кокс для образования карбидного шлака: 6 частей, извести, 2 части шпата и 1 часть кокса с таким расчетом, чтобы количество шлака составляло 20—30 кг на 1 т жидкого чугуна. Чугун под шлаком выдерживают до получения необходимого коли­чества серы и необходимой температуры.

При плавке высокопрочного чугуна с низким содержанием серы карбидный шлак наводят дважды. Для уменьшения содержания углерода и кремния в жидком чугуне производят присадку сталь-' ного лома (с 0,25% С и 0,25—0,3% Si), количество которого зависит от исходного и требуемого содержания элементов в чугуне. При расчете потребного количества стального лома пренебрегают наугле­роживанием 'чугуна от электродов.

При недостаточном содержании кремния в жидкий чугун вво­дят 45%-ный ферросилиций. Массу последнего определяют в зави­симости от исходного и требуемого содержания кремния, при этом . необходимо учитывать угар кремния, равный 15% его содержания в ферросилиции. Можно вместо 45%-ного ферросилиция применять 75%-ный ферросилиций, но при этом необходимо уменьшить его количество в 1,6 раз.

Продолжительность плавки чугуна в печи с основной футе­ровкой увеличивается на 30—40 мин, удельный расход электро- ■ энергии повышается на 30—60 кВт-ч/т и увеличивается расход электродов по сравнению с плавкой в печи с кислой футеровкой. ■

§ 3, Плавка в индукционных тигельных печах

В соответствии с Директивами XXIV съезда КПСС, 9-м пяти­летним планом развития народного хозяйства нашей страны пре­дусматривается широкое внедрение в практику литейных цехов ма­шиностроительных заводов плавки чугуна в индукционных печах.

Индукционные печи применяют для плавки чугуна на твердой завалке, а также для подогрева чугуна и доводки его до необхо­димого состава.

Индукционные печи основаны на принципе, при котором электро­магнитное переменное поле индуцирует вихревые токи в металле. При этом в металле электрическая энергия переходит в теплоту, количество которой зависит от электросопротивления шихты! Если в печь загружают металлический лом, стружку или другие мелкие отходы металла, то вихревые токи вследствие больших переходных сопротивлений образуются между отдельными части­цами загружаемого металла. Поэтому чем меньше загружаемые куски, тем больше должна быть частота тока, питающего индуктор,

Индуктор выполняют в виде многовитковой цилиндрической однослойной спирали из полой и водоохлаждаемой медной трубки; питающее напряжение подается на концы индуктора. Индуктор охлаждается водой. Такие печи широко применяют для плавки _Чугуна, стали и цветных сплавов. Большое распространение в про­изводстве получили высокочастотные вакуумные печи для выплавки сталей с низким содержанием газов и вредных примесей. В послед­нее время широко внедряют в производство индукционные печи тигельного типа промышленной частоты, емкостью 5—30 т жидкого металла.

Для подогрева чугуна и стали применяют индукцион­ные печи с сердечником. Индукционные печи емко­стью 40 т, 60 т и более с тремя отъемными индукторами в дуплекс- процессе используют с вагранкой и мартеновской печью. Футе­ровку в таких печах заменяют приблизительно после выпуска 200—300 т стали. Футеровка печей набивная и преимущественно кислая. Исходными материалами для набивки футеровки являются 48% по объему кварца (с величиной зерна 15—5 мм и содержанием не менее 95% Si0₂ и минимальным содержанием А1₂0₃; Fe₂0₃; СаО и MgO), 50% молотого пылевидного кварца КП-3 (с величиной зерна не более 1,5 мм) и 1,8% борной кислоты. Перед употреблением кварц сушат при 250—150° С и просеивают через сито. Молотый кварц и борная кислота должны быть сухими. Борную кислоту просеивают через сито с ячейками 0,5 мм. Футеровочную массу приготовляют в сухом состоянии в смесителе. Приготовленную смесь просеивают через сито с ячейками 5 мм. Смесь необходимо быстрее употреблять для набивки, так как борная кислота погло­щает влагу (время хранения приготовленной смеси должно быть не более 15 ч).

Перед набивкой футеровки тигля необходимо осмотреть и опро-. бовать механизм наклона печи, проверить крепление индуктора катушки, а также проверить индуктор под заданным давлением воды с целью выявления возможных дефектов (течи, засорения и т. д.).

Перед плавкой необходимо осмотреть дно тигля, обмазку между витками индуктора и все места между деревянными перекладинами и асбестом; повреждения обмазки между витками замазать пастой (ее состав: три части глиноземистого цемента; одна часть сухого песка; одна часть молотой глины). Составляющие пасты необхо­димо тщательно перемешать и добавить воду до консистенции гус­той сметаны. Обложить внутреннюю часть индуктора асбестовым листом толщиной 3—5 мм. Затем выложить дно тигля асбестовым листом общей толщиной 6—10 мм и на дно засыпать просеянный через сито с размером ячеек 2 мм мелкозернистый кварцевый поро­шок. Набивку тигля произвести трамбовкой слоями 50—70 мм. Перед набивкой следующего слоя смеси предыдущий разрыхлить на глубину 5 мм, чтобы получить плотную связь отдельных слоев, уплотненный под установить шаблон из листового железа,

ции, 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 произ­водят лодогрев 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 ка­нальной печи больших масс чугуна с однородным составом.

Одним из ведущих поставщиков канальных индукционных элек­тропечей является фирма ASEA (Швеция), которая выпускает ряд печей типа LFR: 2/1, 5/1, 10/4, 20/8, 45/12, 60/15,70/15, 100/25. В числителе показана емкость печей, а в знаменателе — емкость 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 усло­виям эксплуатации. Барабанная печь состоит из кожуха 1 и сте­нок 2, являющихся несущими элементами печи. Печь вращается на роликах 3. Барабан поворачивается при помощи цепной пере­дачи 4 двухскоростным асинхронным двигателем 5. Привод имеет пластинчатые тормоза. В футеровке стенок сделаны сифоны 6 для заливки металла. Сифон почти полностью предотвращает попада­ние 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 кирпи­чом, затем шамотным. Рабочую часть ванны набивают по металли­ческому шаблону глиноземистой массой, содержащей 81% AU0₃, 18% Si0₂ и до 1% (Ti0₂, Fe₂0₃).

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 однофаз­ного трансформатора. Индуктор имеет сердечник 10 с первичными

обмотками 11, окруженными U-образными каналами 12, являю- щимися вторичными обмотками, в которых индуцируется вторичный ток, нагревающий металл.

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

А

_сТеклолентой, она выдерживает нагрев до 250° С. Катушка с сер­дечником 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 термо­парой с записью температуры на самопишущем приборе. Долговеч­ность футеровки канальных блоков достигает года благодаря высо­кому качеству огнеупорных материалов и надежному контролю.

Применение канальных печей в дуплекс-процессе с вагранкой позволяет снизить температуру чугуна при выпуске его из ва­гранки, уменьшить расход кокса, снизить содержание серы и умень­шить 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 периоди­чески. Присадки вводят в чугун на желобе вагранки или в сифоне канальной печи, а также через верхнее отверстие печи, модифи­каторы — 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, йа непрерывно движущихся конвейерах или на движущейся зали­вочной площадке.

«

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

Стопорные ковши имеют различную емкость — от 1т до нескольких тонн и даже десятков тонн.

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

емкостью до 20 кг с одной ручкой переносит один рабочий, такие ковши называют ложками, а ков- ши емкостью до 50 кг переносят двое рабочих. В механизированных литейных цехах ковши емкостью 70—80 кг транспортируют на под- весках (рис. 190), ковши емкостью до 2 т — по монорельсу или при помощи кран-балок, ковши боль- шей емкости перевозят мостовыми кранами.

Ковши емкостью до 250 кг обыч- но футеруют огнеупорной массой слоем не более 30—40 мм. Футе- ровка состоит из 50—60% кварце- вого песка и 40—50% огнеупор- ной глины, влажность футеровки 10—15%. Стенки ковша обмазы- вают футеровкой вручную. Футе- ровку производят также набивкой смеси из 60—70% кварцевого песка и 30—40% огнеупорной глины.

Влажность смеси 8—12%.

Барабанные и открытые ковши емкостью 500—5000 кг И выше ^^ис- Ковш на механизирован- д. ной подвеске:

футеруют шамотным кирпичом на

1 — ковш: 2 — привод подъема ковша

растворе того же состава, что и ,

Для обмазки ковшей.

Толщина слоя футеровки зависит от размера ковша, а именно: от внутреннего радиуса Я 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 Устройства.

Сушка ковшей и подготовка к плавке. Мелкие ковши сушат ^на специальной открытой печи — плите с отверстиями, над которыми ставят ковши вверх дном, в сушилах для форм и в Скрытом шкафу, где ковши устанавливают на полки-колосники ^и нагревают горячими газами, поступающими из топки. Сред-

Во время заливки формы заливщик должен внимательно сле-Ч дить за движением расплава из ковша в форму. В начальный момент>| необходимо поворачивать ковш плавно, без рывков, однако доста­точно быстро, чтобы заполнить литниковую систему и чашу. В даль­нейшем заливщик должен поворачивать ковш с такой скоростью, чтобы уровень расплава в чаше оставался, по возможности, постоян­ным. Особенно внимательно следует вести заливку в момент оконча-

ковша.

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

3. Рельсовые пути, по которым перемещаются ковши с расплав­ленным 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 преждевре­менной выбивке из формы. Кроме того, выбивка отливки при высо­кой температуре нежелательна, потому что охлаждение ее на воз­духе протекает неравномерно: тонкие части будут охлаждаться значительно быстрее массивных, что вызовет появление в отливках внутренних напряжений, коробление их и даже трещины. Установ­лено, что для устранения дефектов, связанных с появлением внут­ренних напряжений в отливках, необходимо выбивать их из формы при определенной температуре ниже точки Ас_х (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 Л с, 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 низ­ким содержанием углерода (до 0,3%) можно выбивать при 800 °G, отливки с повышенным содержанием углерода (0,45—0,5%) и со сложной конфигурацией — при температуре ниже Ac± вследствие неравномерного охлаждения их и возможности появления внутрен­

10 20 40 ВО

тельное охлаждение отливок, которое можно осуществлять различ­ными способами: водой, воздушно-водяной смесью и просто воз*

духОМ-

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

осуществляется либо вибрационными установками (рис. 194), либо гидравлическими. Вибрационная установка имеет мощный пневма­тический вибратор, сотрясающий отливку, вследствие чего стержни разрушаются и их обломки высыпаются наружу.

На ЗИЛе разработана автоматизированная установка для вы­бивки стержней из отливок. Отливки после выбивки из опок и охла­ждения поступают на участок удаления стержней на подвесном конвейере. Под конвейером на этом участке установлены рельсы, по которым вдоль конвейера передвигаются выбивные устройства, представляющие собой зажимные приспособления с вибраторами. Скорость движения приспособлений равна скорости движения' подвесного конвейера. Отливка зажимается приспособлением и

1

■щ

Для отрезки прибылей и литников с помощью абразивных кругов применяют специальные станки типа шлифовальных. При этом получают гарантированный прямой чистый рез, шум при работе невелик, но выделяется много абразивной и металлической пыли. На чугунной отливке твердостью НВ 260 прибыль диаметром 308 мм отрезается за 20 мин. Однако большое пылевыделение, расход абра­зивных кругов и сложность использования способа для крупных отливок ограничивают область его применения.

Процесс газовой резки основан на сгорании нагретого металла в струе кислорода и удалении этой струей окислов, образующихся в месте разреза. В качестве горючих материалов при газовой резйе применяют ацетилен, бензин, ке-

Продолжительность дикла очистки зависит от конфигурации отливок, рода металла и способа загрузки отливок, в барабан.

Отсос '®1 воздуха