RU2484917C1

RU2484917C1 - Method of steel casting

Info

Publication number: RU2484917C1
Application number: RU2012113043/02A
Authority: RU
Inventors: Борис Владимирович Афонин; Александр Михайлович Великолуг; Павел Вячеславович Воронин; Роман Павлович Воронин; Алексей Соломонович Мамлин; Анатолий Александрович Федулов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева"
Priority date: 2012-04-03
Filing date: 2012-04-03
Publication date: 2013-06-20

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to metallurgy. Method comprises making moulds, their calcination, calculation of moulding blend, producing melt in induction furnace, liquid metal deoxidation, slag removal from melt surface in furnace, blowing mould cavities by gas, teeming fused metal in moulds, melt crystallisation in mould, mould knock-out, removal of gates and cleaning of castings. After slag removal, melt surface is tightly closed by steel cover lined by flexible heatproof plate. Cover body houses hollow distribution ring with pipes to force inert gas in jets to said melt via discharge tip. Mould is blown by inert gas before filling.

EFFECT: ruled out melt oxidation and crystallisation in mould.

1 ex

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении отливок повышенного качества из углеродистых и легированных сталей.The invention relates to the field of engineering and can be used in the manufacture of castings of high quality from carbon and alloy steels.

Известен способ получения отливок (см. книга «Производство точного литья по выплавляемым моделям», С.В.Руссиян, Н.Н.Голованов, Государственное Союзное издательство судостроительной промышленности, Ленинград, 1958 г., стр.231-232, стр.224 - рис.139), взятый за прототип. Сущность способа заключается в следующем: изготовляют литейные керамические формы с использованием разовых моделей, прокаливают формы, производят расчет шихты, загружают ее в индукционную печь, производят плавку, раскисляют жидкий металл, контролируют температуру расплава, снимают шлак с зеркала печи с тем, чтобы устранить возможность попадания последнего в разливочный ковш, с помощью которого заливают расплав в горячие формы, а перед заливкой формы продувают сжатым воздухом с целью исключения брака по засору. Заливают формы расплавом из ковша непрерывной струей. По завершении кристаллизации расплава производят выбивку опок, удаление литников и очистку отливок.A known method of producing castings (see the book "Production of precision casting by lost wax casting", S.V.Russiyan, N.N. Golovanov, State Union Publishing House of the shipbuilding industry, Leningrad, 1958, pp.231-232, p.224 - Fig. 139), taken as a prototype. The essence of the method is as follows: they produce casting ceramic molds using single models, calcine the molds, calculate the charge, load it into an induction furnace, make melting, deoxidize the molten metal, control the temperature of the melt, remove the slag from the furnace mirror in order to eliminate the possibility the latter falling into the casting ladle, with the help of which the melt is poured into hot molds, and before casting the molds, they are blown with compressed air in order to exclude clogging defects. Molds are poured with a bucket melt in a continuous stream. Upon completion of the crystallization of the melt, the flasks are knocked out, gates are removed, and castings are cleaned.

Недостатки прототипа заключаются в следующем:The disadvantages of the prototype are as follows:

- подготовленный к выпуску расплавленный металл в печи, с зеркалом свободным от шлака, окисляется, образующие при этом окисные плены попадают в отливки и снижают их механические свойства;- the molten metal prepared for release in the furnace, with a mirror free of slag, is oxidized, the oxide films forming in this case fall into the castings and reduce their mechanical properties;

- расплав, подготовленный к разливке, взаимодействует с воздухом атмосферы, в результате происходит его газонасыщение, образование окислов, при этом снижается жидкотекучесть, а значит, заполняемость форм, и в отливках образуются дефекты в виде газоусадочной пористости;- the melt, prepared for casting, interacts with the atmospheric air, as a result of its gas saturation, the formation of oxides, the fluidity decreases, and therefore, the mold fillability, and defects form in the form of gas-shrink porosity;

- продувка сжатым воздухом полости форм перед заливкой с целью удаления из нее остатков золы, наполнителя и устранению засора приводит к активизации окислительной атмосферы, а значит, интенсивному окислению расплава во время заливки и кристаллизации отливок в форме.- blowing off the mold cavity with compressed air before pouring in order to remove residual ash and filler from it and eliminating clogging leads to an activation of the oxidizing atmosphere, and hence, intense oxidation of the melt during casting and crystallization of the castings in the mold.

Предлагаемым изобретением решается задача резкого повышения качества отливок.The present invention solves the problem of a sharp increase in the quality of castings.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в устранении причин окисления расплава в процессе выпуска плавки из печи и в процессе заливки расплава и его кристаллизации в форме.The technical result obtained by carrying out the invention is to eliminate the causes of oxidation of the melt in the process of melting out of the furnace and in the process of pouring the melt and its crystallization in the form.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения стальных отливок, заключающемся в изготовлении литейных форм, прокаливании форм, расчете шихты, получении расплава в индукционной печи, раскислении жидкого металла, контроле температуры расплава, удалении шлака с зеркала печи, продувке полости форм газом, заливке жидкого металла в формы непрерывной струей из ковша, кристаллизации расплава в форме, выбивке опок, удалении литников и очистке отливок, новым является то, что после удаления шлака с зеркала печи ее плотно закрывают стальной крышкой, футерованной гибкой термостойкой плитой, в теле которой расположено полое распределительное кольцо с патрубками, посредством которых к расплаву под давлением подают инертный газ, который выходит струей через сливной носок, а перед заполнением формы расплавом из ковша ее продувают инертным газом.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of producing steel castings, which consists in manufacturing casting molds, calcining molds, calculating the charge, producing a melt in an induction furnace, deoxidizing liquid metal, controlling the temperature of the melt, removing slag from the furnace mirror, purging the mold cavity with gas, pouring molten metal into the molds with a continuous stream from the ladle, crystallizing the melt in the mold, knocking out the flasks, removing the sprues and cleaning the castings, the new thing is that after removing the slag from the furnace mirror it is tight akryvayut steel lid lined with heat-resistant flexible plate, which is disposed in the body of a hollow ring distributor with nozzles through which the melt is fed inert gas under pressure that exits the jet through the discharge sock, and before filling the mold the melt from the ladle it is purged with an inert gas.

В качестве инертного газа используют аргон.Argon is used as an inert gas.

Плотное закрытие печи стальной крышкой, футерованной гибкой термостойкой плитой, позволяет защитить расплавленный металл в печи от газонасыщения, образования окислов, а следовательно, от образования дефектов в виде газоусадочной пористости и окисных плен в отливках.Tight closure of the furnace with a steel lid lined with a flexible heat-resistant plate allows protecting molten metal in the furnace from gas saturation, the formation of oxides, and therefore, from the formation of defects in the form of gas-shrink porosity and oxide films in castings.

Поскольку инертный газ выходит только через сливной носок, то он предохраняет струю металла от газонасыщения от атмосферы и образования окислов в момент заполнения расплавом разливочного ковша.Since the inert gas leaves only through the drain sock, it protects the metal stream from gas saturation from the atmosphere and the formation of oxides at the time of filling the ladle with the melt.

Подготовленные к заливке формы перед выпуском плавки продувают аргоном, заменяя окислительную атмосферу на инертную, тем самым предотвращают процесс окисления расплава при заливке и кристаллизации его в форме. Одновременно в процессе продувки удаляют из полости формы остатки золы и наполнителя, который может частично попасть в форму через ее воронку при литье по выплавляемым моделям, а также устраняют засоры в форме при литье в землю.The molds prepared for casting are purged with argon before the melting is released, replacing the oxidizing atmosphere with an inert atmosphere, thereby preventing the process of oxidation of the melt during casting and its crystallization in the mold. At the same time, during the purge process, residues of ash and filler, which can partially get into the mold through its funnel during investment casting, are removed from the mold cavity, and they also eliminate blockages in the mold when casting into the ground.

Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, неизвестны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.Technical solutions with features distinguishing the claimed solution from the prototype are unknown and do not follow explicitly from the prior art. This suggests that the claimed solution is new and has an inventive step.

Предложенный способ получения стальных отливок реализуется следующим образом.The proposed method for producing steel castings is implemented as follows.

Изготовляют литейные формы с использованием моделей, прокаливают формы, производят расчет шихты, загружают ее в индукционную печь порционно, производят плавку, раскисляют жидкий металл, контролируют температуру расплава, снимают шлак с его поверхности, закрывают печь стальной крышкой, футерованной гибкой плитой, например, из алюмосиликатных волокон, полученных методом вакуумного формования. Применяемый для футеровки крышки материал сохраняет постоянную форму и размеры при нагреве, легко устанавливается на неровной поверхности, обеспечивает плотное беззазорное прилегание к воротнику печи, обладает высокой стойкостью к термическому шоку и выдерживает температуру до 1600°С.Casting molds are made using models, calcining the molds, calculating the charge, loading it portionwise into the induction furnace, smelting, deoxidizing the molten metal, controlling the temperature of the melt, removing slag from its surface, closing the furnace with a steel lid, lined with a flexible plate, for example, aluminosilicate fibers obtained by vacuum molding. The material used for lining the lid maintains a constant shape and size when heated, is easily installed on an uneven surface, provides a tight, gap-free fit to the furnace collar, has high resistance to thermal shock and can withstand temperatures up to 1600 ° C.

После установки крышки на воротник печи под давлением подают инертный газ аргон посредством полого распределительного кольца с патрубками, расположенные в теле футеровки крышки. Инертный газ предохраняет жидкий металл в печи от газонасыщения от атмосферы и образования окисных плен все время, пока идет выпуск плавки. Поскольку инертный газ выходит из печи только через сливной носок, его струя препятствует окислению и газонасыщению расплава газами атмосферы в момент выпуска жидкого металла в разливочный ковш, используемый при заливке форм.After installing the lid on the collar of the furnace, an argon inert gas is supplied under pressure by means of a hollow distribution ring with nozzles located in the body of the lining of the lid. Inert gas protects the liquid metal in the furnace from gas saturation from the atmosphere and the formation of oxide captives all the time while the release of the melt. Since the inert gas leaves the furnace only through the drain sock, its jet prevents the oxidation and gas saturation of the melt with atmospheric gases at the time the liquid metal is discharged into the casting bucket used for pouring molds.

Подготовленные к заливке формы перед выпуском плавки продувают аргоном, заменяя окислительную атмосферу на инертную, тем самым предотвращают процесс окисления расплава при заливке и кристаллизации отливок в форме. Одновременно в процессе продувки удаляют из полости формы остатки золы и наполнителя, который может частично попасть в форму через ее воронку при литье по выплавляемым моделям и устраняют засоры в форме при литье в землю.Before casting, the molds prepared for casting are purged with argon, replacing the oxidizing atmosphere with an inert atmosphere, thereby preventing the process of oxidation of the melt during casting and crystallization of castings in the mold. At the same time, during the purging process, residues of ash and filler are removed from the mold cavity, which can partially get into the mold through its funnel during investment casting and eliminate blockages in the mold when casting into the ground.

После заполнения форм расплавом, кристаллизации отливок в инертной среде, их охлаждения, извлекают отливки с литниковой системой из опок, отделяют отливки от литниковой системы, производят очистку отливок.After filling the molds with a melt, crystallizing the castings in an inert medium, cooling them, the castings with the gate system are removed from the flasks, the castings are separated from the gate system, and the castings are cleaned.

Пример реализации способа получения стальных отливок литьем по выплавляемым моделямAn example of the implementation of the method for producing steel castings by investment casting

С помощью одноразовых моделей из парафиностеариновой смеси или модельного состава МВС-3А изготовляют керамические формы с литниковой чашей. Подготовленные формы устанавливают в опоки, засыпают свободное пространство опок наполнителем, например песком, загружают опоки с формами в печь для прокалки.Using disposable models, ceramic molds with a sprue bowl are made from paraffinostearin mixture or model composition MVS-3A. Prepared forms are installed in the flasks, fill the free space of the flasks with filler, for example sand, load the flasks with forms in the calcining furnace.

Производят расчет шихты. Для плавки шихты используют, например, индукционную печь ИСТ-0,16, выходной мощностью 160 кВт, частотой тока контурной цепи 2400 Гц. Загружают шихту в индукционную печь, производят плавку, раскисляют жидкий металл, контролируют температуру расплава, снимают шлак с зеркала печи, закрывают печь стальной крышкой.Calculate the charge. For melting the charge, for example, an IST-0.16 induction furnace with an output of 160 kW and a loop current frequency of 2400 Hz is used. The charge is loaded into an induction furnace, smelted, liquid metal is deoxidized, the melt temperature is controlled, slag is removed from the furnace mirror, and the furnace is closed with a steel cover.

Крышка состоит из основания, которое изготовляют из листовой нержавеющей стали 12Х18Н10Т толщиной 5 мм, диаметром 700 мм. Для подачи аргона к зеркалу расплава используют полое распределительное кольцо. Для изготовления кольца применяют трубку из стали 12Х18Н10Т наружным диаметром 20 мм и толщиной стенки 2 мм. Производят гибку трубы с наполнителем, например песком, механическую обработку торцов и последующую аргоно-дуговую сварку торцов, получают кольцо диаметром по средней линии 250 мм. В кольце по месту, обращенному к зеркалу расплава, сверлят 10 отверстий диаметром 4 мм на расстоянии друг от друга в 78-80 мм и одно отверстие диаметром 10 мм по месту, при котором центральная ось отверстий диаметром 4 мм образует угол в 90° с центральной осью отверстия 10 мм. Соосно каждому отверстию диаметром 4 мм приваривают к кольцу трубки из стали 12Х18Н10Т внутренним диаметром 4 мм, толщиной стенки не менее 3 мм и длиной 80 мм.The cover consists of a base, which is made of sheet stainless steel 12X18H10T with a thickness of 5 mm and a diameter of 700 mm. A hollow distribution ring is used to supply argon to the melt mirror. For the manufacture of the ring, a tube of steel 12X18H10T with an outer diameter of 20 mm and a wall thickness of 2 mm is used. Bending of a pipe with a filler, for example sand, is carried out, mechanical processing of the ends and subsequent argon-arc welding of the ends produce a ring with a diameter of 250 mm in the middle line. In the ring, in the place facing the melt mirror, 10 holes with a diameter of 4 mm are drilled at a distance of 78-80 mm from each other and one hole with a diameter of 10 mm in place at which the central axis of the holes with a diameter of 4 mm forms an angle of 90 ° with the central the axis of the hole is 10 mm. Coaxially each hole with a diameter of 4 mm is welded to the ring of a tube made of 12X18H10T steel with an inner diameter of 4 mm, a wall thickness of at least 3 mm and a length of 80 mm.

Аргоно-дуговой сваркой соединяют трубку, имеющую внутренний диаметр 10 мм, толщину стенки не менее 2 мм и длину ≈500 мм с кольцом по месту отверстия 10 мм так, чтобы кольцо и трубка лежали в одной плоскости. Затем кольцо с собранными элементами - патрубками концентрично приваривают к основанию крышки, в том числе и патрубок диаметром 10 мм, для подачи аргона к распределительному кольцу. Футеруют крышку со стороны приваренного кольца гибкой, мягкой термостойкой плитой толщиной 100 мм, изготовленной из алюмосиликатных волокон, полученных методом вакуумного формования с рабочей температурой до 1600°С фирмы Promat Германия. Крепление футеровки на основании крышки производят посредством жидкого клея, готового к применению, обеспечивающего высокую адгезию и термическую стабильность до 1000°С фирмы Promat. Перед склеиванием в футеровочной плите производят выборку материала плиты и получение гнезда под кольцо и приваренного к нему патрубка диаметром 10 мм. Затем наносят клей на обе соединяемые поверхности, насаживают футеровочную плиту на патрубки диаметром 4,0 мм, приводят в соприкосновение склеиваемые поверхности и выдерживают под гнетом не менее 10 минут. Обрезают по контуру основания футеровочную плиту, соединяют выступающий конец патрубка диаметром 10 мм с резиновым шлангом, а другой конец шланга соединяют с понижающим редуктором, установленным на баллоне с аргоном.Argon-arc welding connects a tube having an internal diameter of 10 mm, a wall thickness of at least 2 mm and a length of ≈500 mm with a ring in place of the hole 10 mm so that the ring and the tube lie in the same plane. Then the ring with the assembled elements - nozzles is concentrically welded to the base of the cover, including the nozzle with a diameter of 10 mm, for supplying argon to the distribution ring. The lining on the side of the welded ring is lined with a flexible, soft heat-resistant plate 100 mm thick made of aluminosilicate fibers obtained by vacuum molding with a working temperature of up to 1600 ° C from Promat Germany. The lining is mounted on the base of the lid using ready-to-use liquid glue that provides high adhesion and thermal stability up to 1000 ° C from Promat. Before gluing in the lining plate, the plate material is sampled and a socket for the ring and a pipe welded to it with a diameter of 10 mm are obtained. Then glue is applied on both surfaces to be joined, the lining plate is mounted on nozzles with a diameter of 4.0 mm, the glued surfaces are brought into contact and kept under pressure for at least 10 minutes. The lining plate is cut along the base contour, the protruding end of the nozzle with a diameter of 10 mm is connected to a rubber hose, and the other end of the hose is connected to a reduction gear mounted on an argon cylinder.

Подают аргон к зеркалу расплава под избыточным давлением 1,0-1,5 атмосферы. Продувают прокаленные формы аргоном перед выпуском плавки при избыточном давлении 0,5-0,7 атмосферы, обеспечивают при этом 3-х кратный обмен объема полости формы. Последовательно сливают расплав в разливочный ковш и заполняют формы непрерывной струей. После кристаллизации и охлаждения отливки с литниковой системой извлекают из опок, отделяют отливки от литниковой системы, производят очистку отливок.Argon is fed to the melt mirror under an overpressure of 1.0-1.5 atmospheres. The calcined forms are purged with argon before the release of the melt at an overpressure of 0.5-0.7 atmospheres, while providing a 3-fold exchange of the volume of the mold cavity. Consistently pour the melt into the casting ladle and fill the molds with a continuous stream. After crystallization and cooling, the castings with the gate system are removed from the flasks, the castings are separated from the gate system, and the castings are cleaned.

При литье в землю, т.е. при использовании песчано-глинистых смесей для изготовления форм применяют многоразовые модели из древесины, металла, пластмассы.When casting into the ground, i.e. when using sand-clay mixtures for the manufacture of molds, reusable models of wood, metal, plastic are used.

Расплав стали заливают, в том числе в сырые песчано-глинистые формы, не подвергнутые предварительной прокалке - сушке в основном для получения мелких отливок в серийном и массовом производстве.The molten steel is poured, including in raw sandy-clay forms, not subjected to preliminary calcination - drying mainly to obtain small castings in serial and mass production.

Изготовление отливок по предложенному способу резко повышает их качество.The manufacture of castings according to the proposed method dramatically improves their quality.

Дополнительный источник информации: «Технология металлов и материаловедение» под редакцией Л.Ф.Усовой, М., Металлургия, 1987 г., раздел Ш, Основы литейного производства.Additional source of information: “Technology of metals and materials science” edited by L.F. Usova, M., Metallurgy, 1987, section III, Foundry fundamentals.

Claims

1. A method of producing steel castings, including the manufacture of casting molds, calcining molds, calculation of the charge, obtaining a melt in an induction furnace, deoxidation of molten metal, control of the temperature of the melt, removal of slag from the molten mirror in the furnace, purging the mold cavity with gas, pouring molten metal into molds continuous stream from a ladle, crystallization of the molten melt in the mold, knocking out of flasks, removing gates and cleaning castings, characterized in that after removing the slag from the melt mirror in the furnace, it is tightly closed with a steel lid, lined flexible heat-resistant plate, in the body of which there is a hollow distribution ring with nozzles, through which an inert gas escapes to the melt under pressure, leaving the drain toe, and before it is filled with the melt, it is purged with inert gas.

2. The method according to claim 1, characterized in that argon is used as an inert gas.