Шихтовые материалы для чугунного литья

Шихтовые материалы для чугунного литья.

Металлическая шихта для чугунного литья состоит из доменных чугунов, домен­ных ферросплавов, чугунного и стального лома, стружки и возвра­та собственного производства (литники, прибыли, бракованные отливки).

Топливом для плавки чугуна в основном служит кокс, иногда каменный уголь или термоантрацит. В последнее время широко применяется комбинированное топливо — кокс и природный газ.

В качестве флюсов применяют известняк, плавиковый шпат; доломит, апатит и мартеновский шлак.

Чтобы получить требуемый химический состав металла, про­изводят расчет шихты, т. е. определяют количество каждой состав­ляющей металлической шихты. Топливо и флюсы берутся в про­центах от металлической шихты (по весу). Для расчета шихты требуются данные о химическом составе отливки и исходных ма­териалов. Кроме того, для данного плавильного агрегата опытным путем определяется угар элементов чугуна.

Металлическая шихта рассчитывается на 100кг. Вначале по химическому составу металла отливки, учитывая угар, для каждо­го элемента определяют его содержание в шихте. Затем по каж­дому элементу составляют уравнение баланса, т. е. сумму весов данного элемента в составляющих шихты приравнивают к содер­жанию элемента во всей шихте. Все эти уравнения сводятся в сис­тему, решение которой дает содержание в процентах каждой со­ставляющей металлической шихты.

Решение полной системы уравнений не всегда возможно. Для упрощения задаются двумя или тремя составляющими шихты (в процентах от общего веса шихты) и расчет сводят к нахожде­нию величины остальных составляющих. Как правило, задаются содержанием лома и возврата собственного производства, и рас­чет сводят к определению количества чушковых чугунов. При этом расчет ведут в основном по кремнию и марганцу.

Плавка чугуна в вагранке

Около 80…90% чугуна в литейных цехах плавится в специальных печах — вагранках, представляющих собой заме­чательное изобретение металлургов XVIII в.

Вагранка проста по кон­струкции и в обслуживании, экономична по расходу топлива, обла­дает высокой производительностью, применима и для поточного и для ступенчатого режимов работы цеха.

Вагранка (рис 23.1) представляет собой шахтную печь, заклю­ченную в клепаный или сварной кожух / из листовой стали и выло­женную внутри шамотным кирпичом 2. Шахта вагранки опирается на подовую плиту 3, которая покоится на опорных колоннах 4. Снизу шахта имеет откидное днище 5, укрепляемое подпоркой 6. Перед началом работы вагранки на днище набивается под или лещадь 7 из тощей формовочной земли. В верхней части шахты распо­ложено загрузочное окно 8, через которое загружается топливо, металлическая шихта и флюсы определенными порциями (коло­шами) в течение всей плавки. Для защиты кирпичной кладки вагранки от ударных действий загружаемой шихты зону ниже загрузочного окна выкладывают из чугунного кирпича 9. Для удобства обслужи­вания вагранки на уровне загрузочного окна устраивают так назы­ваемую колошниковую площадку 10.

Загрузка шихты в большинстве вагранок механизирована. При помощи консольного крана 11 шихта в вагранку подается бадьей 12 с открывающимся дном.

В нижней части шахты вагранки устраивается воздушная коль­цевая коробка 13, куда подается воздух по воздухопроводу венти­лятором 14. Из коробки воздух, необходимый

Рис. 23.1. Вагранка с копильником

для горения топлива, поступает в вагранку через отверстия фурмы 15, которые распола­гаются вокруг вагранки в 1…3 ряда по 4…8 в ряду в шахматном порядке. Выше загрузочного окна вагранки располагается труба 16, снабженная в верхней части искроуловителем 17 для гашения раска­ленных частичек топлива, выносимых потоком газов из вагранки.

Расплавленный чугун стекает в нижнюю часть шахты, называе­мую горном 18,откуда непрерывной струей по наклонному поду через рукав 19 поступает в копильник 20,где металл собирается. Выдержка в копильнике делает металл однородным по составу. По мере надобности металл из копильника выпускается через летку 22,а шлак выпускается через шлаковую летку 22. На рис 23.1 показан стационарный копильник как передний горн вагранки; часто приме­няют поворотный копильник, не являющийся частью вагранки, В вагранках же без копильника чугун собирается в горне и перио­дически выпускается в ковш.

Для проведения текущего ремонта между плавками — подправки и подмазки огнеупорной кладки и набивки пода горна и копиль­ника — делаются рабочее окно 23 в вагранке и дверка 24 в копиль­нике.

Основные размеры вагранки. Основной размер вагранки — ее внутренний диаметр— практически колеблется в пределах 700…2300 мм. Производительность вагранки от 3 до 25 т/час. Удельная производительность, т. е. съем выплавленного металла с 1м²сечения вагранки, по данным практики колеблется от 7 до 8 т/час.

Отношение общей площади сечения всех фурм к сечению вагранки берется для малых вагранок 1:4, для средних — 1:5, а для боль­ших — 1:6. Высота нижней кромки нижнего ряда фурм над лещадью составляет в современных вагранках с копильником 250…300 мм, без копильника 500…600 мм.

Полезная высота вагранки, т. е. расстояние от верхней кромки фурм до порога завалочного окна, практически определяется в зави­симости от диаметра вагранки; отношение Н:D берется для малых вагранок от 3,7 : 1,0 до 5,0 : 1,0; для средних — от 3,0 : 1,0 до 4,5 : 1,0; для больших — от 2,5 : 1,0 до 3,5 : 1,0.

Количество воздуха, подаваемого в вагранку, составляет 100…130 м³/мин на 1м² сечения вагранки.

Давление дутья колеблется от 400мм вод. ст. для малых вагранок и до 1000…1100 мм вод. ст. для крупных.

После проведения текущего ремонта и набивки подин вагранки и копильника на поду раскладывается костер из дров. На разгорев­шийся костер загружают через окно 8 (рис. 23.1) порцию кокса под названием холостой колоши. За счет горения костра и накала холо­стой колоши кокса вагранка сушится и разогревается.

Верхний уровень холостой колоши должен быть на 400…1200 ммвыше верхней кромки фурм. За счет кислорода воздуха, поступаю­щего в вагранку через фурмы 15, горит топливо в верхней части раска­ленной холостой колоши, и на некоторой высоте над фурмами уста­навливается зона наиболее высоких температур — плавильный пояс, где происходит расплавление металла.

Загрузку материалов в вагранку производят послойно колошами в следующем порядке: на холостую колошу 25 загружают металличе­скую колошу 26, затем рабочую колошу кокса 27, на которую засы­пают флюс; дальше все повторяется в таком же порядке. В процессе плавки вагранка бывает полностью загружена материалами; по мере опускания их вниз сверху загружают новые колоши. Топливо рабо­чей колоши сгорает в плавильном поясе не полностью, — часть его идет на пополнение частично выгорающей холостой колоши, которая во время плавки держится на постоянном уровне.

После заполнения вагранки материалами подается дутье через фурмы. С этого момента начинается процесс непрерывной плавки металла. Хорошо подготовленная вагранка через 5…6 мин. после пуска дутья дает жидкий чугун, который стекает в нижнюю часть горна, оттуда непрерывной струей стекает по наклонному поду в копильник, а из копильника подается в ковш для разливки по фор­мам.

Для повышения производительности вагранки и температуры расплавленного чугуна на отдельных заводах с успехом применяют подогрев воздуха, подаваемого в фурмы, или добавляют к нему кислород.

Плавящийся в вагранке металл находится в постоянном сопри­косновении с раскаленным коксом холостой колоши в условиях восстановительной атмосферы, что способствует насыщению чугуна углеродом. Для понижения содержания углерода в чугуне приме­няют вагранку с низким горном — снижают высоту холостой колоши.

В последние годы в виде опыта стали применять газовые вагранки. В них можно получать чугун с низким содер­жанием углерода и серы с температурой 1450…1500°С.

Задание для повторения и закрепления:

1. Как устроена вагранка?

2. Каков порядок запуска вагранки в работу?

Задание:

Составить план ответа по разделу «Вагранка. Устройство. Шихтовые материалы для чугунного литья»

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ ЛИТЬЯ

Литьё под давлением

Литьем под давлением называется спо­соб получения фасонных отливок в металлических формах, при котором заполнение формы и кристаллизация металла производят­ся под принудительным давлением. Этот способ применяется в мас­совом производстве для изготовления тонкостенных отливок из сплавов цветных металлов. Он обеспечивает высокую точность раз­меров отливок (до 5-го квалитета), большинство которых не требует дальнейшей механической обработки. Шероховатость поверхности отливки может достигать классов шероховатости Ra 12,5 …Ra 3,2.

При литье под давлением формы (пресс-формы) и стержни делаются стальными. Применение песчаных стержней исключается, так как заполняющий форму жидкий металл под высоким давле­нием может разрушить их.

Рис. 24.1. Машины для литья под давлением

Литье под давлением производится на специальных машинах.

Машины поршневого действия с горячей камерой сжатия (рис. 24.1, а) применяются для сплавов, имеющих температуру плав­ления до 450°С (оловянных, цинковых, свинцовых), и бывают ручные, полуавтоматического и автоматического действия. В чугунную подогреваемую ванну / заливают металл, который через отверстия 2 заполняет полость цилиндра 3 и подводящий канал 4. При пово­роте пусковой рукоятки обе половины пресс-формы закрываются. Одновременно конец мундштука 6 прижимается к устью канала пресс-формы 5.

В следующий момент автоматически включается пневматиче­ский цилиндр 7, под действием которого поршень 8 вытесняет расплавленный металл в форму. После затвердевания металла поршень поднимается, а пресс-форма раскрывается, освобождая отливку, затем очищается (обдувается) и вновь заливается.

Производительность полуавтоматических и ручных машин — около 250 заливок в час, автоматических — около 1000. Давление на металл достигает 6…75 атм.

Компрессорные машины с неподвижной камерой сжатия и с закрытой ванной (рис. 24.1, б) работают по следующему принципу. Через отверстие / подается сжатый воздух, который давит на всю поверхность металлической ванны и гонит металл через патрубок 2 в мундштук 4 и форму 3. Производительность машины — 60—300 заливок в час. Недостатком ее является окисление большой поверх­ности металла воздухом, поступающим для создания давления.

Компрессорные машины с подвижной камерой сжатия (рис. 24.1,в) работают также при помощи сжатого воздуха, однако здесь воздух подается не в ванну, а в специальный канал, называе­мый подвижной камерой сжатия. В чугунной ванне 1 расположена подвижная камера сжатия 2, на конце которой прикреплен мунд­штук 3. С другой стороны камеры сделано отверстие 5 для подвода сжатого воздуха. После включения пускового механизма подвижная камера поднимается тягами из ванны, причем мундштук подходит к устью канала пресс-формы 4. В то же время отверстие 5 вплотную подходит к втулке 6. Затем включается сжатый воздух, который вгоняет расплавленный металл в закрытую пресс-форму. Давление на металл составляет 10…100.ати. Производительность машины — 50…300 отливок в час.

Машины поршневого действия с холодной камерой сжатия (рис. 24.1, г) работают по принципу впрессовывания порции жидкого металла, предварительно залитого в поршневую камеру. Металл заливают дозировочным ковшом в цилиндр 1, после чего поршнем 2 впрессовывают в форму 3. При этом избыток металла остается на нижнем поршне 4. В следующий момент поршень 2 отходит в верх­нее положение, остаток металла 5 ходом нижнего поршня 4 отреза­ется от литника и удаляется из цилиндра. Затем пресс-форму рас­крывают и удаляют отливку 6.

Давление на жидкий металл составляет 100…1000 атм. Произ­водительность машины — до 300 отливок в час. Эти машины приме­няют чаще всего для литья из алюминиевых сплавов, но можно отливать детали и из других цветных сплавов.

Задание для повторения и закрепления:

1. Какие основные принципы применяются в работе литейных машин?

Литьё в металлические формы

Литье в металлические формы является одним из наиболее про­грессивных направлений в литейном производстве. При литье в металлические формы производительность труда повышается по сравнению с литьем в песчаные формы в 4…5 раз, съем литья с 1м² формовочной площади увеличивается в 4…12 раз, брак снижается на 25…35%, литье получается более точным.

Если песчаная форма служит один раз, то металлическая форма (кокиль) позволяет получать несколько сотен или тысяч отливок деталей в зависимости от химических и физических свойств приме­няемого для заливки металла.

Металлические формы обычно изготовляют из чугуна или ста­ли. Для увеличения стойкости внутренней поверхности формы по­догревают до 200…250°С и покрывают огнеупорной обмазкой, на­носимой с помощью пульверизатора.

Металлическая форма обычно представляет собой коробку (рис. 24.2, а), состоящую из двух половинок / и 2, взаимно центрируемых посредством штыря 5. Жидкий металл заливают в кокиль через воронку 3, затем он поступает в полость кокиля снизу по литнико­вым каналам 4. Для выхода из полости воздуха устроены выпоры 6, через них выходят также газы из затвердевающего металла. Газы из стержней выходят через специальные каналы.

Рис.24.2 Литьё в металлические формы

Разработаны пневматические станки, автоматизирующие разъ­ем и соединение половинок металлической формы кокиля. Показанный на рис. 24.2, б автоматический станок состоит из двух плит 1, соединенных между собой направляющими колоннами 2, на кото­рых устанавливают верхнюю и нижнюю половинки кокиля 5. Ниж­няя половинка кокиля неподвижна, а верхняя передвигается што­ком от воздушного цилиндра 4. При открывании или закрывании кокиля в результате действия пневматического цилиндра происходит автоматическое скрепление его половинок при помощи уст­ройств 6 и 7. Толкатели 5 удаляют отливку из кокиля.

При отливке большого числа чугунных деталей в кокилях весь процесс автоматизируют при помощи карусельных машин. На этих машинах кокили крепят в особых гнездах.

Полный цикл работы карусельных машин слагается из следую­щих операций. Форму заполняют металлом; через определенный промежуток времени форма автоматически раскрывается и отливка удаляется из ее полости. Затем происходит обдувка и покрытие фор­мы сажей с помощью ацетиленовой горелки. После этого устанав­ливают стержни и половинки формы автоматически соединяются.

Вопросы для повторения и закрепления:

1. В чём разница литья в кокиль перед формовочным литьём?

2. Чем отличается литьё в кокиль от литья под давлением?

Центробежное литьё

При центробежном литье жидкий металл заливают во вращаю­щуюся форму; под действием центробежных сил металл прижимает­ся .к стенкам формы и затвердевает.

Машины для центробежного литья выполняют с вертикальной или горизонтальной осью вращения форм (рис. 24.3, а и б). Детали небольшой длины, например бронзовые втулки, червячные шестер­ни, отливают на машинах с вертикальной осью вращения. Детали большой длины, например чугунные водопроводные и канализаци­онные трубы, стальные стволы орудий и другие, отливают на центро­бежных машинах с горизонтальной осью вращения.

На рис. 24.3, в представлена схема роликовой центробежной ма­шины для отливки длинных труб в металлические интенсивно ох­лаждаемые формы. Машина состоит из вращающейся на роликах 3 изложницы, перемещающегося - вдоль оси

вращения формы - жело­ба 5, песчаного стержня для раструба 6, заливочного устройства 4 и электродвигателя 1.

Рис. 24.3. Схема устройства и работы машин для центробежного литья

На центробежных машинах отливки приобретают достаточно высокую плотность, мелкозернистую структуру. В форме, как пра­вило, отсутствуют литники и выпоры, что позволяет подавать ме­талл в полость с большой скоростью и делает центробежный способ производства отливок высокопроизводительным.

В последние годы освоена центробежная отливка фигурных де­талей по принципу действия центрифуги (рис. 24.3, г). Формы 1 вра­щаются со столом вокруг вертикальной оси 2. На оси находится центральная литниковая чаша, из которой жидкий металл по литни­ковым каналам 3 поступает в формы.

С целью экономии цветных металлов освоен процесс изготовле­ния двухслойных (биметаллических) втулок наплавкой бронзы на сталь или чугун. В этом случае во вращающуюся форму заливают сначала чугун, а затем бронзу.

Вопросы для повторения и закрепления:

1. Какая особенность у деталей отлитых с помощью центробежного литья?