способ легирования рабочей поверхности изложницы

Формула изобретения

Способ легирования рабочей поверхности изложницы, включающий нанесение на стержень из песчано-глинистой смеси состава, содержащего криолит, хлорид натрия, огнеупорную глину, декстрин, жидкое стекло и алюминиевый порошок, отличающийся тем, что в состав дополнительно вводят хлорид калия при следующем содержании компонентов, мас.%:

Криолит - 1,0 - 2,5

Хлорид натрия - 5,0 - 8,0

Хлорид калия - 4,0 - 7,0

Огнеупорная глина - 9,0 - 15,0

Декстрин - 1,0 - 2,0

Жидкое стекло - 2,0 - 4,0

Алюминиевый порошок - Остальное

при этом перед нанесением состав разводят водой до плотности 1,35 - 1,75 г/см³ и наносят его с расходом 500 - 1900 г/м².

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, в частности литейному производству, и может быть использовано для повышения стойкости изделий при их отливке с применением форм из песчано-глинистых смесей.

Известен способ легирования рабочей поверхности изложницы, включающий нанесение на стержень состава, содержащего алюминиевый порошок, стержень используют из песчано-глинистой смеси, покрытый противопригарной краской и просушенный в сушильном устройстве; при температуре поверхности стержня 50-100^oC, расходе 850-1600 г/м² и плотности 1,52-1,55 г/см³, при этом состав содержит алюминиевый порошок, криолит, хлорид натрия, огнеупорную глину, декстрин, ингибитор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

криолит - 2,0-2,8

хлорид натрия - 9,0-11,0

огнеупорная глина - 10,0-16,0

декстрин - 0,8-1,2

ингибитор (пирофосфат натрия) - 0,02-0,04

алюминиевый порошок - остальное

(RU 2023534 C1, B 22 D 27/18, 1994)

Недостатком способа является неравномерность легированного слоя по содержанию алюминия и толщине легированного слоя на поверхности изложницы. Отношение параметров легированного слоя на одном участке к параметрам легированного слоя на другом участке может достигать четырех. Могут быть участки вообще без легированного слоя.

Стойкость изложницы в целом определяют участки, лишенные легированного слоя, или участки с минимальными параметрами слоя. Стойкость таких участков не отличается или отличается незначительно от стойкости рядовой изложницы и, следовательно, стойкость изложницы практически не повышается. Этот фактор снижает стержнестатистическую стойкость изложниц.

Известен способ легирования рабочей поверхности изложницы, включающий нанесение на стержень алюминийсодержащего состава, который содержит алюминиевый порошок, криолит, хлористый натрий, огнеупорную глину, декстрин, жидкое стекло, ингибитор при следующем соотношении компонентов, мас.% криолит - 2,0 - 5,0, хлористый натрий - 9,0 - 11,0, огнеупорная глина - 8,0 - 12,0, декстрин - 1,4 - 1,8, жидкое стекло - 1,5 - 5,0, ингибитор - 0,02-0,04, алюминиевый порошок - остальное, разведенный водой до плотности 1,56 - 1,70 г/см³ при расходе 800-1900 г/м², а стержень используют из песчано-глинистой смеси, причем его предварительно перед нанесением состава покрывают противопригарной краской и выдерживают в течение 20-60 мин (RU 2082550 C1, B 22 D 27/18, 1997).

Способ обладает некоторым преимуществом перед способом, описанным в предыдущем аналоге. Алюминийсодержащий состав можно наносить на стержень "подвяленным" в атмосфере цеха в течение 20-60 минут, а не на стержень, просушенный в сушильном устройстве. Этому способствует содержание в составе жидкого стекла, являющегося быстротвердеющим и самотвердеющим компонентом.

Недостатками способа являются:

- неравномерность легированного слоя по содержанию алюминия и толщине легированного слоя;

- состав после заполнения формы чугуном образует плотный слой, поступление из которого алюминия для легирования поверхности изложницы затруднено;

- плотный слой состава, без подслоя противопригарной краски, способен образовывать пригары.

Данный способ - наиболее близкий по технической сущности - взят за ближайший аналог.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение стойкости изложницы путем полного использования алюминия, входящего в состав, и повышение его противопригарных свойств за счет деструктирования слоя состава в процессе формирования изложницы.

Поставленная задача достигается за счет того, что предлагаемый способ легирования рабочей поверхности изложницы включает нанесение на стрежень из песчано-глинистой смеси алюминийсодержащего состава, отличающийся тем, что наносят состав, содержащий алюминиевый порошок, криолит, хлорид натрия, огнеупорную глину, декстрин, жидкое стекло и дополнительно хлорид калия при следующем содержании компонентов, мас.%:

криолит - 1,0 - 2,5

хлорид натрия - 5,0 - 8,0

хлорид калия - 4,0 - 7,0

огнеупорная глина - 9,0 - 15,0

декстрин - 1,0 - 2,0

жидкое стекло - 2,0 - 4,0

алюминиевый порошок - остальное

разведенный водой до плотности 1,35-1,75 г/см³ при расходе 500-1900 г/м².

Сущность изобретения - гарантированное повышение стойкости изложницы за счет выравнивания параметров легированного слоя по всей поверхности изложницы путем снижения вязкости расплава алюминиевый порошок-криолит-хлорид натрия-хлорид калия и декструктирование затвердевшего состава, что облегчает поступление алюминия из слоя состава в легируемую поверхность изложницы.

Экспериментально установлено:

- при легировании изложницы по предлагаемому способу, а также по способам, описанным в аналогах, максимально достижимые параметры легированного слоя: содержание алюминия до 20%, при толщине слоя до 600 мкм, а стойкость изложницы при содержании алюминия от 15 до 20% практически одинакова;

- снижение вязкости расплава криолита-хлорида натрия-хлорида калия, оксида алюминия, алюминия снижает потери алюминия на окисление до 15-20%.

Потери алюминия включают потери на образование оксидной пленки при заполнении формы чугуном (около 5%) и алюминия, окислившегося в слое состава. Потери алюминия на образование оксидной пленки присущи предлагаемому и аналогичным способам. Уменьшить эти потери невозможно.

При заполнении формы чугуном слой состава и нижележащие слои стержня нагреваются до температуры 250-850^oC - алюминий плавится, в виде капель выступает на поверхность состава, "размазывается" по поверхности деформирующейся изложницы и окисляется за счет кислорода атмосферы, кислорода, содержащегося в чугуне и др. Это безвозвратные потери алюминия.

- Отношение параметров максимально легированного участка рабочей поверхности изложницы к параметрам минимально легированного участка не превышает 1,5 (вместо 4 в способе по ближайшему аналогу).

Функциональное назначение компонентов.

По функциональному назначению компоненты делятся на три группы:

- Первая группа - это компоненты, непосредственно создающие легированный слой. К ним относятся алюминиевый порошок, криолит, хлорид натрия.

Алюминиевый порошок - это легирующий компонент. Количественное содержание алюминия в составе при заявленном расходе достаточно для создания легированного слоя с защитными свойствами.

Криолит служит для растворения окисной пленки на поверхности формирующейся изложницы, образовавшейся из "размазанных" капель, алюминия при заполнении формы чугуном.

При содержании криолита меньше предела (1%) окисная пленка не растворяется, легирования поверхности не происходит или происходит неполностью. Стойкость изложницы на уровне обычной изложницы.

Содержание криолита более 2,5% негативно сказывается на качестве поверхности слоя алюминийсодержащего состава.

Хлорид натрия служит для снижения температуры плавления криолита до 750-850^oC.

Увеличение или уменьшение содержания хлорида натрия за заявленные пределы 5,0-8,0% приводит к повышению температуры плавления криолита, а это не гарантирует растворение оксидной пленки алюминия. Легирования не происходит. Стойкость изложницы на уровне обычной изложницы.

- Вторая группа компонентов предназначена для уменьшения потерь алюминия на окисление и облегчение поступления алюминия к легированной поверхности. К этой группе относится хлорид калия, декстрин, жидкое стекло.

Хлорид калия предназначен для снижения вязкости расплава оксида алюминия-алюминия-криолита-хлорида натрия. Если хлорида калия меньше нижнего предела 4,0%, снижаются параметры легированного слоя, и, соответственно, стойкость изложницы. Увеличение содержания хлорида калия свыше 7,0% влияния на параметры легированного слоя не оказывает, но т.к. увеличение хлорида калия может быть осуществлено только за счет других компонентов, то это негативно сказывается на характеристиках состава.

Декстрин в составе влияет на его прочность в сыром состоянии. Содержание декстрина в заявленных пределах 1,0-2,0% является оптимальным для получения оптимального результата. При содержании декстрина меньше 1,0% повышение прочности состава не наблюдается, а при заливке формы чугуном увеличиваются потери алюминия на окисление, что в свою очередь является причиной снижения параметров легированного слоя. Если декстрина больше 2,0%, снижается седиментационная устойчивость состава, что затрудняет нанесение его на стержень.

Жидкое стекло (Na₂O nSiO₂) выполняет двоякую функцию. При температуре цеха жидкое стекло служит для повышения адгезии состава к поверхности стержня и быстрому затвердеванию слоя состава.

При температуре стержня более 400^oC жидкое стекло в составе "вспучивается", что способствует деструктированию слоя состава и облегчает поступление алюминия для легирования. Увеличиваются параметры легированного слоя и, соответственно, стойкость изложницы. Если жидкого стекла менее 2%, увеличения параметров легированного слоя нет. Увеличение содержания жидкого стекла до 4% влияния на декструктирование слоя не оказывает.

Увеличение содержания жидкого стекла свыше 4% уменьшает седиментационную устойчивость, что негативно сказывается на качестве поверхности слоя состава.

- Третья группа компонентов предназначена для получения состава, обеспечивающего поверхностную прочность, уменьшение осыпаемости и термическую стойкость стержней.

К третьей группе относится огнеупорная глина.

Огнеупорная глина является связующим компонентом состава и защитой алюминиевого порошка от прямого воздействия расплавленного чугуна при заливке формы, что снижает потери алюминия на окисление. При содержании огнеупорной глины меньше 9,0% снижаются кроющая способность состава, что приводит к снижению параметров легированного слоя и, в конечном итоге, к снижению стойкости изложницы. Содержание огнеупорной глины более 15% провоцирует появление пригаров.

Плотность состава 1,35-1,75 г/см³ дает возможность наносить его разными способами, в том числе пульверизацией, кистью, обмазкой. Для нанесения состава пульверизацией плотность должна быть 1,4-1,6 г/см³. В указанных пределах состав обладает хорошей кроющей способностью. При плотности состава менее 1,35 г/см³ он стекает с поверхности стержня, образуя борозды. Снижается стойкость изложницы из-за неравномерности легированного слоя.

При плотности состава выше 1,75 г/см³ затруднено нанесение, слой состава неравномерен по толщине, снижается стойкость изложницы.

Расход состава влияет на параметры легированного слоя. Расход состава по нижнему пределу, а именно 500 г/м², обеспечивает появление легированного слоя, обладающего защитными свойствами в полном объеме.

При расходе состава меньше 500 г/м² получить полноценный легированный слой невозможно.

Расход состава выше 1900 г/м² влияния на параметры легированного слоя не оказывает, ибо параметры зависят от продолжительности легирования и температуры при конкретном составе. Однако, повышенный расход приводит к появлению дефектов при нанесении состава в виде неравномерности по толщине, являющейся следствием "сползания" состава. Дефекты при нанесении состава приводят к дефектам легированного слоя и снижению стойкости изложницы.

Примеры конкретного выполнения:

В фасонно-литейном цехе ОАО "Челябинский металлургический комбинат "МЕЧЕЛ" изготавливали состав по предлагаемому способу. Разводили водой до нужной плотности и пульверизатором, либо кистью наносили на поверхность стержня. Расход состава указан в формуле изобретения.

Параметры легирования слоя определяли на установке "MS-46" фирмы "Комека", От каждой изложницы брали по 8-12 образцов (4 х 10 х 5 мм) для исследований. Варьируя места отбора образцов по высоте и граням изложниц, получили достоверные данные по параметрам легированного слоя и общих потерь алюминия на окисление. Исследования проводили на изложницах по известному и по предлагаемому способу. При отливке опытных изложниц на стержень наносили только алюминийсодержащий состав. Противопригарную краску не использовали.

В таблице 1 приведены используемые составы, плотность и расход их по известному и предлагаемому способу.

В таблице 2 - характеристики легированного слоя.

При необходимости хранения состава в течение более 12 часов в него вводят ингибитор - пирофосфат натрия 0,05-0,1% (сверх 100%).

Пример 1-3.

Известный способ. Стойкость изложницы принята за единицу (см. табл. 2, кол. 7).

Пример 4.

Криолита меньше нижнего предела, равного 1,0%. Снижаются параметры легированного слоя.

Пример 5.

Криолита больше верхнего предела, нарушается соотношение криолита и хлорида натрия. Повышается температура плавления системы криолит-хлорид натрия. Снижаются параметры легированного слоя и стойкость изложницы до уровня стойкости по известному способу.

Пример 6.

Хлорида натрия меньше 5,0%. Повышается температура плавления системы криолит-хлорид натрия. Снижаются параметры легированного слоя и стойкость изложницы до уровня изложницы без легированного слоя.

Пример 7.

Хлорида натрия больше 8,0%. Повышается температура плавления системы криолит-хлорид натрия. Снижаются параметры легированного слоя и стойкость изложницы.

Пример 8.

Хлорида калия меньше 4,0%. Снижаются параметры легированного слоя и стойкость изложницы. Повышаются потери алюминия на окисление.

Пример 9.

Хлорида калия больше 7,0%. Параметры легированного слоя при содержания остальных компонентов по верхнему пределу и минимальном расходе состава снижаются. Алюминия недостаточно для создания полноценного легированного слоя.

Пример 10

Декстрина меньше 1,0%. Потери алюминия выше потенциально достигаемых в способе (30% вместо 20%), толщина легированного слоя уменьшается по сравнению с достигаемой оптимальной.

Пример 11.

Декстрина больше 2,0%. При содержании жидкого стекла по верхнему пределу - 4,0% появляются дефекты при нанесении состава в виде потеков, снижается качество поверхности. Испытания проводили в лабораторных условиях на кроющую способность состава.

Пример 12.

Жидкого стекла меньше 2,0% Потери алюминия выше потенциально достигаемых в способе (30% вместо 20%). Уменьшается толщина легированного слоя по сравнению с оптимальной достигаемой.

Пример 13.

Жидкого стекла больше 4,0%. При содержании декстрина по верхнему пределу - 2,0%, появляются дефекты при нанесении состава, снижается качество поверхности. Проводили в лабораторных условиях на кроющую способность состава.

Пример 14.

Огнеупорной глины меньше 9,0%. Снижается кроющая способность. На просушенном составе наблюдается осыпание алюминиевого порошка. Проводили в лабораторных условиях.

Пример 15.

Огнеупорный глины больше 15,0% на рабочей поверхности изложницы появляются пригары.

Пример 16.

Плотность состава ниже 1,35 г/см³. Крайне низкое качество поверхности. Состав непригоден для использования. Проводили в лабораторных условиях.

Пример 17.

Плотность выше 1,75 г/см³. Пульверизация непригодна. Наносили кистью. Слой неравномерен по толщине. Проводили в лабораторных условиях.

Пример 18.

Расход состава ниже 500 г/м². Снижаются параметры легированного слоя. Снижается стойкость изложницы.

Пример 19.

Расход состава выше 1900 г/м². Замечено оползание состава и, как следствие, неравномерность слоя состава по толщине. Проводили в лабораторных условиях.

Примеры 20-23.

Все параметры в заявленных пределах. Стойкость изложницы выше стойкости изложницы по известному способу в 1,2-1,3 раза.

Способ прошел опытно-промышленное опробывание в условиях фасоно-литейного цеха АОА "Челябинский металлургический комбинат "МЕЧЕЛ".