способ управления технологическим процессом производства серого и высокопрочного чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом для получения отливок
Классы МПК: | C21C1/08 получение литейного чугуна C21C1/10 получение чугуна со сфероидальной формой графита B22D46/00 Способы и устройства для управления и наблюдения, не ограниченные способами литья, отнесенными к какой-либо главной группе, например с целью безопасности B22D2/00 Установка индикаторных или измерительных приборов, например для контроля температуры или вязкости расплава |
Автор(ы): | Королев Сергей Павлович (BY), Хальфин Фанис Бариевич (RU), Овчинников Евгений Павлович (RU), Панфилов Эдуард Владимирович (RU), Харисов Сирень Нигматуллович (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "КАМАЗ-Металлургия" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2006-09-11 публикация патента:
10.11.2008 |
Изобретение относится к металлургии, к литейному производству, в частности к способам производства серого и высокопрочного чугуна, и может быть использовано при единичном, серийном, и массовом производстве отливок из чугуна. В способе получают базовый расплав чугуна с использованием легирующих, модифицирующих и графитизирующих добавок, контролируют и корректируют параметры процесса, включая управление эффектом сфероидизирующего и вермикуляризирующего модифицирования на участке заливки литейных форм. Осуществляют одноразовую ковшевую обработку чугуна, производя предварительный расчет количества легирующих, модифицирующих и графитизирующих добавок в зависимости от веса жидкого металла, содержания серы и кислорода, основных элементов и легирующих в базовом расплаве чугуна и времени сохранения модифицирующего эффекта, причем контроль всех параметров технологического процесса обеспечивают комплексной системой видеонаблюдения технологических операций с регистрацией и передачей полученных результатов в компьютерную базу данных и на световое табло. Об окончании модифицирующего эффекта извещают звуковой сигнализацией. Изобретение направлено на создание стабильного, устойчивого и надежного производства литейного серого и высокопрочного чугуна при минимальных расходных характеристиках модификатора или лигатуры, обеспечивающего производство чугунных отливок с заданными металлографическими и физико-механическими свойствами. 1 ил., 3 табл.
![способ управления технологическим процессом производства серого и высокопрочного чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом для получения отливок, патент № 2337973](/images/patents/128/2337973/2337973.jpg)
Формула изобретения
Способ управления технологическим процессом производства серого и высокопрочного чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом для получения отливок, включающий получение базового расплава чугуна с использованием легирующих, модифицирующих и графитизирующих добавок, контроль и корректировку параметров технологического процесса, включающего управление эффектом сфероидизирующего и вермикуляризирующего модифицирования чугуна на участке заливки литейных форм, отличающийся тем, что производят предварительный расчет количества легирующих, модифицирующих и графитизирующих добавок в зависимости от веса жидкого металла, содержания серы и кислорода, основных элементов и легирующих в базовом расплаве чугуна и времени сохранения модифицирующего эффекта, и осуществляют одноразовую ковшевую обработку чугуна, причем контроль всех параметров технологического процесса обеспечивают комплексной системой видеонаблюдения технологических операций с регистрацией и передачей полученных результатов в компьютерную базу данных и на световое табло, при этом производят идентификацию, регистрацию и управление движением в технологическом цикле каждого разливочного ковша, а об окончании модифицирующего эффекта извещают звуковой сигнализацией.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к металлургии, к литейному производству, в частности к способам производства высокопрочного чугуна, и может быть использовано при единичном, мелкосерийном, среднесерийном, крупносерийном и массовом производстве отливок из серого и высокопрочного чугуна с шаровидной, вермикулярной формой графита.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ производства высокопрочного чугуна (патент RU 2121511), включающий получение основного расплава с использованием модифицирующего вещества, контроль и корректировку состава расплава взятием от основного расплава проб пробоотборником, один термодатчик которого расположен в его центре, а другой - у его стенки. После взятия пробы в расплав пробоотборника добавляют необходимое количество оксидов, сульфидов или оксисульфидов, способных окислять содержащееся в пробе модифицирующее вещество и обеспечивающих быструю кристаллизацию пробы. В процессе кристаллизации пробы определяют зависимость снижения температуры от времени, по которой определяют степень сфероидизации в процентах, которая, в свою очередь, зависит от введения активных элементов в расплав. При необходимости для увеличения степени сфероидизации графита дополнительно вводят модифицирующее вещество. К недостаткам данного способа производства чугуна относится некорректный масштабный фактор взятия проб на термоанализ, так как масса пробы мала (около 100...200 га), и, следовательно, создается высокая скорость кристаллизации, в том числе специальными разделительными красками в пробоотборнике, в результате создаются условия, которые увеличивают степень сфероидизации графита по сравнению с условиями реальной кристаллизации расплава в формах, что искажает зависимость количества введенного модифицирующего вещества в расплав, а следовательно, снижает стабильность и надежность способа производства высокопрочного чугуна. Кроме того, данный способ длителен во времени, так как на проведение термоанализа основного расплава уходит 5...7 минут. Корректировка и введение дополнительного количества модифицирующего вещества требует еще 5...6 минут, далее необходимое проведение скачивания шлака с зеркала металла требует еще 3 минуты, а также проведение окончательного химического анализа - еще 5 минут, что приводит к общим временным потерям от 18 до 20 минут. Это недопустимо при общем сохранении устойчивого эффекта сфероидизирующего и вермикуляризирующего модифицирования расплава не более 15 минут. Чугун, изготовленный данным способом, не обеспечивает стабильное качество отливок, имеет большой разброс значений по структуре и, как следствие, физико-механических свойств (предел прочности при растяжении, относительное удлинение и др.).
Предлагаемое изобретение направлено на создание стабильного, устойчивого и надежного производства литейного серого и высокопрочного чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом, при минимальных расходных характеристиках модификатора или лигатуры, обеспечивающего производство чугунных отливок с заданными металлографическими и физико-механическими свойствами.
Для решения поставленных задач предлагается способ управления технологическим процессом производства серого и высокопрочного чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом для получения отливок, включающий получение базового расплава чугуна с использованием легирующих, модифицирующих и графитизирующих добавок, контроль и корректировку параметров процесса, включая управление эффектом сфероидизирующего и вермикуляризирующего модифицирования на участке заливки литейных форм. Осуществляют одноразовую ковшевую обработку чугуна, производя предварительный расчет количества легирующих, модифицирующих и графитизирующих добавок в зависимости от веса жидкого металла, содержания серы и кислорода, основных элементов и легирующих в базовом расплаве чугуна и времени сохранения модифицирующего эффекта. Контроль всех параметров технологического процесса обеспечивают комплексной системой видеонаблюдения технологических операций с регистрацией и передачей полученных результатов в компьютерную базу данных и на световое табло, при этом производят идентификацию, регистрацию каждого ковша и управление движением в технологическом цикле разливочных ковшей, а об окончании модифицирующего эффекта извещают звуковой сигнализацией.
Процесс производства осуществляется на основе мониторинга всего процесса пооперационно, в соответствии с алгоритмом способа производства.
Для обеспечения процесса проводится: подготовка шихты и ковшей, плавка и доводка исходного расплава чугуна по требуемому химическому составу, выдержка исходного расплава чугуна, расчет требуемого количества вводимых активных сфероидизирующих, вермикуляризирующих (магний, РЗМ), легирующих (олово, медь, молибден, никель) и графитизирующих (кремний, алюминий, щелочно-земельные металлы) элементов на основе содержания в исходном расплаве чугуна основных элементов (углерода, кремния и др.), серы и кислорода, взвешивание лигатуры, модификатора, обработка металла, химический анализ, температурный и временной отсчет, транспортировка чугуна, скачивание шлака, отбор проб на физико-механические свойства, заливка форм, информация о каждом работающем ковше в реальном режиме времени «on-lain». Для осуществления контроля в контрольных точках движения ковша с металлом устанавливается система видеонаблюдения и производится идентификация и регистрация каждого ковша. Время транспортировки каждого ковша к участку скачивания шлака и участку заливки металла фиксируется системой АСУ и выводится на дисплей компьютера диспетчера и на световое табло каждого участка. Участок заливки металла дополнительно оснащен звуковой сигнализацией, включающейся за пять минут до окончания сохранения эффекта модифицирования, а после истечения времени, обеспечивающего сохранение этого эффекта, блокируется ковш, прекращается заливка металла в формы, и ковш направляется на слив оставшегося металла, а затем на исходную позицию. Далее приводится алгоритм предлагаемого способа производства серого и высокопрочного чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом.
На чертеже показан алгоритм способа управления технологическим процессом производства серого и высоко прочного чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом.
Способ управления технологическим процессом производства отливок из серого и высокопрочного чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом основан на применении различных лигатур и модификаторов, как комплексных фракционных: кусковых, проволочных, смесевых, так и быстроохлажденных («чипс») модификаторов и других материалов. В зависимости от наличия конкретного модификатора или комплекса модификаторов (сфероидизирующих, вермикуляризирующих, графитизирующих) в программу автоматизированного управления производством вводятся значения:
- минимального времени сохранения эффекта модифицирования;
- оптимальных интервалов остаточного содержания активных элементов (магний, РЗМ);
- максимально допустимых интервалов остаточного содержания десфероидизирующих элементов (сера, кислород, титан);
- минимально допустимого количества легирующих элементов.
Рассчитываются оптимальные расходные характеристики данных легирующих и модифицирующих добавок, температурного интервала расплава на каждой стадии процесса с учетом металлоемкости ковшей, литейных форм и необходимой скорости заливки конкретной номенклатуры отливок.
Предлагаемый способ обеспечивает изготовление отливок по всей гамме сложности - (I-IV) класс точности в единичном, мелкосерийном, серийном, крупносерийном и массовом производстве, учитывая особенности однолинейного производства (один плавильный комплекс - один формовочный комплекс), так полинейном производстве (один плавильный комплекс - несколько формовочных комплексов или несколько плавильных комплексов - несколько формовочных комплексов и т.д.), работающих одновременно.
Предлагаемый способ характеризуется прослеживаемостью, управляемостью, надежностью, стабильностью, обеспечением технических требований производимых отливок. В таблице представлены результаты проведения экспериментальных плавок по предлагаемому способу и по прототипу.
Таблица 1 | ||||||||||
(высокопрочный чугун с шаровидным графитом) | ||||||||||
Вариант | Содержание остаточной серы в ЧШГ, %, после | Содержание активных элементов в ЧШГ, %, после | Степень сфероидизации графита в ЧШГ, %, после | Физико-механические свойства | ||||||
Предел прочности, МПа | Относительное удлинение, % | |||||||||
15 минут | 25 минут | 15 минут | 25 минут | 15 минут | 25 минут | 15 минут | 25 минут | 15 минут | 25 минут | |
Дуплекс-процесс (дуговая-дуговая) кусковой модификатор | 0,008 | 0,008 | 0,050 | 0,045 | 95 | 90 | 550 | 530 | 12,0 | 8,0 |
Индукционная печь кусковой модификатор | 0,012 | 0,012 | 0,050 | 0,045 | 90 | 85 | 530 | 520 | 15,0 | 10,0 |
Дуплекс-процесс (дуговая-дуговая) прототип | 0,008 | 0,008 | 0,050 | 0,025 | 95 | 60 | 550 | 300 | 12,0 | 3,0 |
Индукционная печь - прототип | 0,015 | 0,015 | 0,045 | 0,021 | 90 | 60 | 520 | 300 | 12,0 | 3,0 |
Дуплекс-процесс (дуговая-дуговая). Проволочный модификатор | 0,008 | 0,008 | 0,050 | 0,048 | 95 | 95 | 550 | 550 | 12,0 | 12,0 |
Таблица 2 | ||||||||||
(высокопрочный чугун с вермикулярным графитом) | ||||||||||
Вариант | Содержание остаточной серы в ЧВГ, %, после | Содержание активных элементов в ЧВГ, %, после | Степень сфероидизации графита в ЧВГ, %, после | Физико-механические свойства | ||||||
Предел прочности, МПа | Относительное удлинение, % | |||||||||
15 минут | 25 минут | 15 минут | 25 минут | 15 минут | 25 минут | 15 минут | 25 минут | 15 минут | 25 минут | |
Дуплекс-процесс (дуговая-дуговая) кусковой модификатор | 0,008 | 0,008 | 0,025 | 0,020 | 75 | 60 | 420 | 370 | 3,0 | 1,8 |
Дуплекс-процесс (дуговая-дуговая) «чипс» модификатор | 0,009 | 0,009 | 0,030 | 0,027 | 75 | 75 | 400 | 400 | 4,0 | 3,8 |
Индукционная печь «чипс» модификатор | 0,012 | 0,012 | 0,029 | 0,026 | 75 | 75 | 390 | 380 | 3,6 | 3,0 |
Дуплекс-процесс (дуговая-дуговая) - прототип | 0,008 | 0,008 | 0,025 | 0,018 | 50 | 10 | 350 | 180 | 1,5 | - |
Индукционная печь (прототип) | 0,015 | 0,015 | 0,022 | 0,011 | 45 | 5 | 300 | 140 | 1,2 | - |
Таблица 3 | ||||||
(серый чугун) | ||||||
Вариант | Содержание основных элементов в СЧ, после | Температура чугуна в ковше, после | Склонность к отбелу по «клину», после | |||
15 минут | 25 минут | 15 минут | 25 минут | 15 минут | 25 минут | |
Дуплекс-процесс (дуговая-дуговая) кусковой модификатор | 0,008 | 0,008 | 0,025 | 0,020 | 75 | 60 |
Дуплекс-процесс (дуговая-дуговая) «чипс» модификатор | 0,009 | 0,009 | 0,030 | 0,027 | 75 | 75 |
Индукционная печь «чипс» модификатор | 0,012 | 0,012 | 0,029 | 0,026 | 75 | 75 |
Дуплекс-процесс (дуговая-дуговая) прототип | 0,008 | 0,008 | 0,025 | 0,018 | 50 | 10 |
Индукционная печь (прототип) | 0,015 | 0,015 | 0,022 | 0,011 | 45 | 5 |
Класс C21C1/08 получение литейного чугуна
Класс C21C1/10 получение чугуна со сфероидальной формой графита
Класс B22D46/00 Способы и устройства для управления и наблюдения, не ограниченные способами литья, отнесенными к какой-либо главной группе, например с целью безопасности
Класс B22D2/00 Установка индикаторных или измерительных приборов, например для контроля температуры или вязкости расплава