RU2626114C1 - Production method of castings in induction furnace - Google Patents
Production method of castings in induction furnace Download PDFInfo
- Publication number
- RU2626114C1 RU2626114C1 RU2016111537A RU2016111537A RU2626114C1 RU 2626114 C1 RU2626114 C1 RU 2626114C1 RU 2016111537 A RU2016111537 A RU 2016111537A RU 2016111537 A RU2016111537 A RU 2016111537A RU 2626114 C1 RU2626114 C1 RU 2626114C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melting
- crucible
- charge
- metal
- metal part
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D25/00—Special casting characterised by the nature of the product
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B14/00—Crucible or pot furnaces
- F27B14/06—Crucible or pot furnaces heated electrically, e.g. induction crucible furnaces with or without any other source of heat
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B14/00—Crucible or pot furnaces
- F27B14/08—Details peculiar to crucible or pot furnaces
- F27B14/10—Crucibles
Landscapes
- Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии и литейного производства, в частности, к технологиям и оборудованию для плавления металлов и сплавов в индукционных печах, снабженных тиглем с донным сливом, и получению отливок, преимущественно из сплавов на основе железа с высоким содержанием активных легирующих элементов, а также для получения новых материалов.The invention relates to the field of metallurgy and foundry, in particular, to technologies and equipment for melting metals and alloys in induction furnaces equipped with crucibles with bottom discharge, and the production of castings, mainly from alloys based on iron with a high content of active alloying elements, and to get new materials.
В литейном производстве основными способами получения отливок являются: - литье: в песчаные и оболочковые формы, - литье по выплавляемым и газифицируемым моделям, - литье в кокиль, - литье под давлением и центробежное литье [Литейное производство: учебник для металлургических специальностей вузов / Под ред. A.M. Михайлова. - М.: Машиностроение, 1987. - 256 с.]. Все перечисленные способы получения отливок предусматривают следующую типовую последовательность операций: 1) плавление металлургической шихты (в вагранках, дуговых, индукционных и др. печах); 2) слив шлака и заливка металла в ковш; 3) перемещение металла к формам; 4) разливка металла по формам.In foundry, the main methods for producing castings are: - casting: in sand and shell molds, - investment casting and gasified casting, - chill casting, - injection molding and centrifugal casting [Foundry: textbook for metallurgical specialties of universities / Ed. . A.M. Mikhailova. - M.: Mechanical Engineering, 1987. - 256 p.]. All of the above methods for producing castings provide the following typical sequence of operations: 1) melting of the metallurgical charge (in cupolas, arc, induction, and other furnaces); 2) discharge of slag and pouring metal into the bucket; 3) the movement of metal to the molds; 4) metal casting in molds.
Общим недостатком известных способов является то, что перечисленные операции требуют увеличения перегрева расплавленного металла, при этом повышается вероятность окисления расплавленного металла кислородом из атмосферного воздуха и усложняется процесс получения отливок из сплавов имеющие узкий температурный интервал между ликвидусом и солидусом. Кроме того, длительность типовых операций и контактирование металла с воздухом ограничивают получение качественных отливок из сплавов с высоким содержанием активных легирующих элементов (Cr, Ni, Mn, Mo, V) и модификаторов (Ti, Al, В, N и др.). Поэтому желательно исключить или минимизировать по времени операции заливки жидкого металла в ковш и разливки по формам.A common disadvantage of the known methods is that the above operations require an increase in overheating of the molten metal, while the likelihood of oxidation of the molten metal by oxygen from atmospheric air increases and the process of producing castings from alloys having a narrow temperature interval between liquidus and solidus is complicated. In addition, the duration of standard operations and metal contacting with air limit the production of high-quality castings from alloys with a high content of active alloying elements (Cr, Ni, Mn, Mo, V) and modifiers (Ti, Al, B, N, etc.). Therefore, it is desirable to eliminate or minimize in time the operation of pouring liquid metal into the ladle and casting in molds.
Для минимизации времени от стадии расплавления металла до его разливки по формам, из известного уровня развития литейного производства, известен способ выплавки стали в индукционной печи, снабженной съемным переносным металлическим тиглем (аналог). Съемный тигель выполнен из чугуна или жаропрочной стали в виде корпуса, в котором выполнена ванна для шихты или расплава, и снабжен петлевидными ручками для его переноса [Фарбман С.А., Колобнев И.Ф. Индукционные печи для плавки металлов и сплавов. - М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1958. - 705 с. - С. 356.].To minimize the time from the stage of melting the metal to its casting in molds, from a known level of development of foundry, there is a method of steelmaking in an induction furnace equipped with a removable portable metal crucible (analog). The removable crucible is made of cast iron or heat-resistant steel in the form of a body in which a bath for a charge or a melt is made, and is equipped with loop-shaped handles for its transfer [Farbman SA, Kolobnev I.F. Induction furnaces for melting metals and alloys. - M .: State scientific and technical publishing house of literature on ferrous and non-ferrous metallurgy, 1958. - 705 p. - S. 356.].
Однако недостатком этого способа является ограниченная сфера использования съемного тигля, обусловленная невозможность расплавления в нем сплавов с температурой плавления более 1100°C, например сталей, так как расплавляемый металл нагревается от корпуса тигля, который, в свою очередь, разогревается вихревыми токами, а тепловая стойкость материала самого тигля не превышает 1100°C. Кроме того, обслуживание съемного тигля характеризуется повышенной трудоемкостью захвата за петлевидные ручки тигля, его переноса и, особенно, поворота при разливке металла по формам.However, the disadvantage of this method is the limited scope of use of the removable crucible, due to the impossibility of melting alloys with a melting point of more than 1100 ° C, for example, steels, since the molten metal is heated from the crucible body, which, in turn, is heated by eddy currents, and heat resistance material of the crucible itself does not exceed 1100 ° C. In addition, servicing a removable crucible is characterized by increased laboriousness of gripping the loop-shaped handles of the crucible, its transfer and, especially, turning when casting metal in molds.
Недостатки этого способа устраняются при получении отливок с использованием другого аналога - тигля индукционной плавильной печи по [Авт. свид. №645012 SU. МПК2 F27B 14/10. Заявл.: 12.04.76. Опубл. 30.01.79. Бюл. №4.]. Тигель по этому аналогу выполнен несъемным, в виде емкости, окруженной индукционной катушкой и имеющей в донной части заглушаемый керамический сливной стакан, концентрично с которым в зоне действия электромагнитного поля индуктора расположена втулка из тугоплавкого электропроводного материала. Использование керамического тигля с донным сливом расширяет сферу его использования, так как позволяет осуществлять в нем плавку различных сплавов, в том числе чугунов и сталей с температурой плавления 1300-1550°C, и производить разлив металла по формам без дополнительных операций перемещения.The disadvantages of this method are eliminated when receiving castings using another analogue - the crucible induction melting furnace according to [Auth. testimonial. No. 645012 SU. IPC 2 F27B 14/10. Declared: 12.04.76. Publ. 01/30/79. Bull. No. 4.]. The crucible according to this analogue is made non-removable, in the form of a container surrounded by an induction coil and having a sealed ceramic drain cup in the bottom part, concentric with which a sleeve of refractory electrically conductive material is located in the zone of action of the electromagnetic field of the inductor. The use of a ceramic crucible with bottom discharge expands the scope of its use, as it allows it to melt various alloys, including cast irons and steels with a melting point of 1300-1550 ° C, and to cast the metal into molds without additional movement operations.
Однако, получение качественных отливок из сплавов с высоким содержанием активных легирующих элементов с использованием индукционной печи и описанного выше тигля по-прежнему ограниченно. Кроме того, изготовление тигля с вмонтированным (зафутерованным) в него индуктором, керамическим стаканом и втулкой в донной части является трудоемким и неэкономичным, так как количество тепловых смен тигля ограниченно.However, obtaining high-quality castings from alloys with a high content of active alloying elements using an induction furnace and the crucible described above is still limited. In addition, the manufacture of a crucible with a built-in (lined) inductor, a ceramic cup and a sleeve in the bottom is laborious and uneconomical, since the number of thermal shifts of the crucible is limited.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемого способу - прототипом, является получение отливок (заготовок) в индукционных вакуумных электрических печах (ИВЭП), снабженных тиглем с донным сливом, пробкой и изложницей [Лейканд М.С. Конструкции индукционных вакуумных электропечей и их узлов. - М.-Л.: Госэнергоиздат, Сер.: библиотека электротермиста; Вып. 4., 1960. - 95 с. - С. 34-37]. Получение отливок (заготовок) в ИВЭП по прототипу заключается в последовательном приготовлении и плавлении металлургической шихты в тигле, удалении (расплавлении) пробки, и сливе готового металла в изложницу (форму) через донное отверстие тигля с получением готового слитка. Расположение тигля и изложницы в едином вакуумном пространстве печи позволяет получать отливки из сплавов с высоким содержанием активных легирующих элементов без существенного изменения их химического состава, с низкой трудоемкостью и высокой экономичностью.The closest in technical essence to the proposed method, the prototype, is the production of castings (billets) in induction vacuum electric furnaces (IVEP), equipped with a crucible with bottom discharge, cork and mold [Leykand MS Designs of induction vacuum furnaces and their components. - M.-L.: Gosenergoizdat, Ser .: library of an electrothermist; Vol. 4, 1960 .-- 95 s. - S. 34-37]. The preparation of castings (billets) in IVEP according to the prototype consists in the sequential preparation and melting of the metallurgical charge in the crucible, removal (melting) of the cork, and the discharge of the finished metal into the mold (mold) through the bottom opening of the crucible to obtain the finished ingot. The location of the crucible and the mold in a single vacuum space of the furnace allows to obtain castings from alloys with a high content of active alloying elements without a significant change in their chemical composition, with low labor intensity and high efficiency.
Недостатком прототипа является сложное аппаратурное оформление способа, необходимость использования вакуумной печи и дополнительных устройств для создания и поддержания вакуума, отсутствие возможности переноса тигля для его загрузки шихтой и разливки расплава за пределами печи, специальные требования к конструкции для фиксирования плавящейся пробки, а также конструкции тигля и печи (наличие в дне тигля удлиненного сливного носка для установки плавящаяся пробки, наличие в сливном отверстии тигля кольца из электропроводного тугоплавкого материала, наличие в печи специального индуктора, расплавляющего пробку) и др. Кроме того, существует возможность попадания твердых частей расплавленной пробки в затвердевающий металл и изменение его химического состава, что приводит к снижению качества отливки.The disadvantage of the prototype is the complex hardware design of the method, the need to use a vacuum furnace and additional devices to create and maintain a vacuum, the inability to transfer the crucible to load the mixture and pour the melt outside the furnace, special design requirements for fixing the melting plug, as well as the design of the crucible and furnace (presence of an elongated drain sock in the bottom of the crucible for installation of a melting plug, presence of a ring from an electrically conductive refractory in the drain hole of the crucible material, the presence in the furnace of a special inductor melting the cork), etc. In addition, there is the possibility of solid parts of the molten cork getting into the hardened metal and changing its chemical composition, which leads to a decrease in the quality of casting.
Задачей настоящего изобретения является упрощение аппаратурного оформления способа и повышение качества получаемых отливок.The objective of the present invention is to simplify the hardware design of the method and improve the quality of the obtained castings.
Настоящая задача решается тем, что в способе получения отливок в индукционной печи, включающем приготовление, загрузку и расплавление шихты в тигле с донным сливом, расплавление пробки, слив металла в расположенную под тиглем форму и получение слитка, шихта состоит из металлической части, ферросилиция и бескислородного флюса; пробка изготавливается из материала с температурой плавления на 100-200°C выше, чем металлическая часть шихты; расплавление пробки осуществляется вместе с расплавлением шихты, тигель и форма помещаются в единый охватывающий индуктор, причем шихта имеет следующий состав, мас. %:The present problem is solved in that in a method for producing castings in an induction furnace, which includes preparing, loading and melting a mixture in a crucible with bottom discharge, melting the cork, draining the metal into a mold located under the crucible and obtaining an ingot, the mixture consists of a metal part, ferrosilicon and oxygen-free flux; the cork is made of a material with a melting point 100-200 ° C higher than the metal part of the charge; melting the cork is carried out together with the melting of the charge, the crucible and the mold are placed in a single covering inductor, and the charge has the following composition, wt. %:
а после загрузки шихты в тигель дополнительно добавляют бескислородный флюс в количестве 10÷15% от массы.and after loading the mixture into the crucible, oxygen-free flux is additionally added in an amount of 10-15% by weight.
Металлическая часть задается из 3-х компонентов в пропорции, необходимой для получения отливки заданного состава: сплавы, содержащие легирующие элементы; сплав, содержащий металлическую основу; материал, содержащий модификаторы.The metal part is set from 3 components in the proportion necessary to obtain a casting of a given composition: alloys containing alloying elements; an alloy containing a metal base; material containing modifiers.
Бескислородный флюс содержит следующие ингредиенты, мас. %:Oxygen-free flux contains the following ingredients, wt. %:
Масса и состав материала пробки учитывается в металлической части шихты. Объем литейной формы устанавливается меньшим объема металлической части шихты на величину объема пробки.The mass and composition of the cork material is taken into account in the metal part of the charge. The volume of the mold is set smaller than the volume of the metal part of the mixture by the volume of the cork.
Техническим результатом реализации изобретения является упрощение аппаратурного оформления способа, так как изготовление отливок осуществляется не в ИВЭП, а в специальной оснастке - сборке тигель с донным сливом/литейная форма, установленной в охватывающем индукторе, подключенном к инвертору или ТВЧ-генератору. Процесс расплавления пробки и слив металла происходят одновременно и под слоем специального бескислородного флюса, то есть без контакта с воздухом. Качество отливок повышается комплексом мероприятий: составлением металлической части шихты из нескольких компонентов, раскислением металла ферросилицием с высоким содержанием кремния, учетом состава и количества материала пробки в шихте, а также выполнении литейной формы меньшим объемом, чем объем расплавляемого металла.The technical result of the implementation of the invention is to simplify the hardware design of the method, since the manufacture of castings is carried out not in IWEP, but in special equipment - assembling a crucible with bottom discharge / casting mold installed in a covering inductor connected to an inverter or a high-frequency generator. The process of melting the cork and draining the metal occurs simultaneously under a layer of a special oxygen-free flux, that is, without contact with air. The quality of castings is improved by a set of measures: composing the metal part of the charge from several components, deoxidizing the metal with ferrosilicon with a high silicon content, taking into account the composition and amount of cork material in the charge, and also making the mold smaller in volume than the volume of the molten metal.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.
Пример 1. Приготовление бескислородного флюсаExample 1. Preparation of oxygen-free flux
Для приготовления флюса берут глинозем металлургический марки Г-0 (ГОСТ 30558-98), концентрат плавиковошпатовый металлургический марки ФК-95А (ГОСТ 29220-91) и криолит искусственный технический марки КА, первый сорт (ГОСТ 10561-80). Все компоненты флюса высушивают при температуре 95-110°C в течение 1,0-2,0 ч, измельчают на шаровой мельнице и просеивают через сито 0,5 мм. Готовые компоненты загружают в шаровую мельницу без мелющих тел в следующей пропорции, мас. %: глинозем 10÷12, плавиковый шпат 7÷10, криолит - остальное, так, чтобы ее объем был заполнен н.б. чем на 1/3 и перемешивают в течение 0,5-1,0 ч. Готовый порошок бескислородного флюса хранят в герметично закрытой емкости.To prepare the flux, they take alumina from the metallurgical grade G-0 (GOST 30558-98), concentrate fluor-spar metallurgical grade FK-95A (GOST 29220-91) and cryolite artificial technical grade KA, first grade (GOST 10561-80). All flux components are dried at a temperature of 95-110 ° C for 1.0-2.0 hours, ground in a ball mill and sieved through a 0.5 mm sieve. Finished components are loaded into a ball mill without grinding media in the following proportion, wt. %:
Пример 2. Изготовление тигля, литейной формы и оснастки для реализации способаExample 2. The manufacture of the crucible, mold and tooling for implementing the method
Сначала приготавливают футеровочную смесь, состоящую, мас. %: кварцевый песок 90-92; отмытая глина 2-4, прокаленная бура 1,5-2,5, вода - остальное. Затем смесь хорошо промешивают, увлажняют стенки специальной стальной пресс-формы, помещают в нее смесь и уплотняют прессованием пуансоном, придающим тиглю заданные форму и размеры, излишки смеси снимают, сырую заготовку тигля извлекают из формы и выполняют в центре ее донной части отверстие, диаметром 6 мм.First prepare the lining mixture, consisting, wt. %: silica sand 90-92; washed clay 2-4, calcined borax 1.5-2.5, water - the rest. Then the mixture is well mixed, the walls of a special steel mold are moistened, the mixture is placed in it and compacted by pressing with a punch that gives the crucible the desired shape and size, the excess mixture is removed, the crude crucible billet is removed from the mold and a hole with a diameter of 6 is made in the center of its bottom mm
Литейную форму выполняют из той же смеси, что и тигель, в той же пресс-форме, уменьшая ее объем на 10-15%, за счет уменьшения высоты стенок.The mold is made from the same mixture as the crucible in the same mold, reducing its volume by 10-15%, by reducing the height of the walls.
Затем тигель и форму помещают в печь где производят их сушку при 110-120°C в течение 0,5-1,5 ч, а затем обжиг при температуре 850-870°C в течении 4,5-5,0 ч.Then the crucible and the mold are placed in a furnace where they are dried at 110-120 ° C for 0.5-1.5 hours, and then fired at a temperature of 850-870 ° C for 4.5-5.0 hours.
Окончательно собирают оснастку, для чего в отверстие донной части готового тигля с помощью огнеупорной глины устанавливают расплавляющуюся пробку, объем которой берут равным либо большим, чем разница объемов металлической части шихты и формы (получающейся отливки).Finally, the equipment is assembled, for which a melting plug is installed in the hole of the bottom of the finished crucible using refractory clay, the volume of which is taken equal to or greater than the difference in the volumes of the metal part of the charge and the shape (resulting casting).
Пробку выполняют из материала с температурой плавления на 100-200°C выше, чем металлическая часть предполагаемой шихты, диаметром 6 мм.The cork is made of material with a melting point of 100-200 ° C higher than the metal part of the proposed charge, with a diameter of 6 mm
Поверхность формы припудривают литейным графитом или сажей.The surface of the mold is dusted with foundry graphite or soot.
Затем устанавливают тигель на форму, замазывая образующиеся щели огнеупорной глиной или футеровочной смесью. После чего оснастку подвергают сушке в печи при 110-120°C в течение 0,2-0,5 ч.Then set the crucible on the mold, covering the resulting cracks with refractory clay or a lining mixture. After that, the equipment is dried in an oven at 110-120 ° C for 0.2-0.5 hours
Пример 3. Получение отливки из стали 50ГExample 3. Obtaining castings from steel 50G
Рассчитывают по углероду и легирующей системе металлическую часть шихты, которую в примере задают ломом стали 65Г (сплав, содержащий легирующие элементы - Mn) и ломом стали 20 (сплав, содержащий железную основу), взятыми в соотношении 0,7:0,3 мас. доли.The metal part of the charge is calculated from carbon and the alloying system, which in the example is specified by scrap steel 65G (alloy containing alloying elements — Mn) and scrap steel 20 (alloy containing iron base), taken in a ratio of 0.7: 0.3 wt. share.
Отверстие в тигле закрывают пробкой из стали Ст2КП (сталь, близкая по химическому составу к стали 20 и имеющая на 100-200°C более высокую температуру плавления, чем необходимая нам сталь 50Г), которую взвешивают и считают частью массы лома стали 20, входящей в выбранное соотношение. Объем пробки подбирают равным либо большим разницы объемов металлической части шихты и получающейся отливки.The hole in the crucible is closed with a stopper made of St2KP steel (steel close in chemical composition to steel 20 and having a melting temperature 100-200 ° C higher than the steel we need 50G), which is weighed and considered to be part of the mass of scrap of steel 20 included in selected ratio. The volume of the cork is selected equal to or greater than the difference in the volumes of the metal part of the charge and the resulting casting.
Завалку, состоящую из металлической части шихты и раскислителя - ферросилиция марки ФС65 помещают в тигель, туда же (сверх завалки) помещают и бескислородный флюс, приготовленный по примеру 1, причем задают следующий состав шихты для плавки, мас. %:The filling, consisting of the metal part of the charge and deoxidizer - ferrosilicon grade FS65 is placed in a crucible, and oxygen-free flux prepared according to Example 1 is placed there (over filling), and the following composition of the charge for melting, wt. %:
Форму с установленным на ней тиглем помещают в охватывающий медный водоохлаждаемый индуктор инвертора ЭЛСИТ - 100/20-70, и осуществляют нагрев всей оснастки током высокой частоты, частотой 60-70 кГц, мощностью 75-85 кВт.A mold with a crucible mounted on it is placed in an ELSIT-100 / 20-70 inverter enclosing a water-cooled copper inverter, and the entire equipment is heated with a high-frequency current, a frequency of 60-70 kHz, and a power of 75-85 kW.
После расплавления шихты в тигле (1-1,5 мин), продолжают плавку еще в течение 1-2 мин, после чего мощность поднимают до 95-100 кВт. Через 0,5-1 мин происходит расплавление пробки, слив металла в форму а расплав флюса остается в тигле. После этого мощность вновь убавляют до 75-85 кВт, продолжая плавку еще в течение 1-2 мин. По достижении общего времени плавки 3,5-6,5 мин ток выключают, дают металлу закристаллизоваться а оснастке остыть, после чего всю сборку извлекают из индуктора и разбирают. Стояк, образованный металлом, застывшим в сливном отверстии тигля и связывающим отливку с остатками металла и шлаком удаляют болгаркой.After melting the mixture in the crucible (1-1.5 min), continue melting for another 1-2 minutes, after which the power is raised to 95-100 kW. After 0.5-1 min, the plug melts, the metal is drained into the mold, and the flux melt remains in the crucible. After that, the power is again reduced to 75-85 kW, continuing melting for another 1-2 minutes. Upon reaching the total melting time of 3.5-6.5 min, the current is turned off, the metal is allowed to crystallize and the equipment is cooled, after which the entire assembly is removed from the inductor and disassembled. The riser formed by the metal frozen in the crucible drain hole and connecting the casting with the metal residues and slag is removed by a grinder.
Химический состав материала отливки устанавливают неразрушающим методом на атомно-эмиссионом спектрометре Foundry-Master UVR (OXFORD Instruments, Великобритания).The chemical composition of the casting material is established by a non-destructive method on a Foundry-Master UVR atomic emission spectrometer (OXFORD Instruments, UK).
Пример 4. Приготовление отливки из стали 50ХГАExample 4. Preparation of casting from steel 50XGA
По углероду и легирующей системе рассчитывают металлическую часть шихты, которую в примере задают ломом стали 65Г, ломом стали 30X5 (сплавы, содержащие легирующие элементы - Mn, Cr) и ломом стали 35 (железная основа), которые берут в соотношении 0,6:0,2:0,2 мас. доли. Кроме того, сверх полученной смеси в мас. доле 0,05 берут силикокальций марки СК20 (материал, содержащий модификаторы - Са). Ферросилиций в завалку берут марки ФС90.The metal part of the charge is calculated from carbon and the alloying system, which in the example is specified by 65G steel scrap, 30X5 steel scrap (alloys containing alloying elements - Mn, Cr) and 35 steel scrap (iron base), which are taken in a ratio of 0.6: 0 2: 0.2 wt. share. In addition, in addition to the resulting mixture in wt. a fraction of 0.05 take SK20 grade silicocalcium (a material containing modifiers — Ca). Ferrosilicon in the filling take the FS90 brand.
Далее поступают аналогично примеру 3, с той разницей, что отверстие в тигле закрывают пробкой из стали Ст3ПС, а состав шихты для плавки задают следующий, мас. %:Then proceed analogously to example 3, with the difference that the hole in the crucible is closed with a stopper made of St3PS steel, and the composition of the charge for melting is set as follows, wt. %:
Плавку осуществляют также аналогично примеру 3, общее время плавки составляет 4-7 мин. Химический состав материала отливки также устанавливают неразрушающим методом.Melting is also carried out analogously to example 3, the total melting time is 4-7 minutes The chemical composition of the casting material is also determined by a non-destructive method.
Пример 5. Приготовление отливки из стали 38ХС.Example 5. Preparation of steel casting 38XC.
Рассчитывают металлическую часть шихты, которую в примере задают ломом стали 30X5, ломом стали 2311 или 2312 (сплавы, содержащие легирующие элементы - Cr, Si) и ломом стали У10 или У12 (железная основа), которые берут в соотношении 0,5:0,2:0,3 мас. доли. Кроме того, сверх полученной смеси в мас. доле 0,05 берут алюминид титана TiAl, полученный при взаимодействии прессованной эквимолярной смеси порошков алюминия марки ПА-1 и титана марки ПТМ-1 в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (материал, содержащий модификаторы - Al, Ti). Используют ферросилиций марки ФС75.The metal part of the charge is calculated, which in the example is specified by scrap steel 30X5, scrap steel 2311 or 2312 (alloys containing alloying elements — Cr, Si) and scrap steel U10 or U12 (iron base), which are taken in a ratio of 0.5: 0. 2: 0.3 wt. share. In addition, in addition to the resulting mixture in wt. a fraction of 0.05 is taken from titanium aluminide TiAl obtained by the interaction of a pressed equimolar mixture of powders of aluminum grade PA-1 and titanium grade PTM-1 in the mode of self-propagating high-temperature synthesis (material containing modifiers - Al, Ti). Ferrosilicon grade FS75 is used.
Далее поступают аналогично примеру 3, а состав шихты для плавки задают следующий, мас. %:Then proceed analogously to example 3, and the composition of the mixture for melting is set as follows, wt. %:
Плавку осуществляют также аналогично примеру 3, общее время плавки составляет 5-6 мин. Химический состав материала отливки также устанавливают неразрушающим атомно-эмиссионым методом.Melting is also carried out analogously to example 3, the total melting time is 5-6 minutes The chemical composition of the casting material is also determined by the non-destructive atomic emission method.
Пример 6. Приготовление отливки из заэвтектического чугуна ЧХ30ГС2Н2.Example 6. Preparation of castings from hypereutectic cast iron CHH30GS2N2.
По легирующей системе рассчитывают металлическую часть шихты, которую в примере задают ломом износостойкого чугуна Сормайт1 и ломом стали 65Г (сплавы, содержащие легирующие элементы - Cr, Ni, Mn и железную основу), которые берут в соотношении 0,5:0,5 мас. доли и карбидом бора (материал, содержащий модификатор - В) который берут в мас. доле 0,1 сверх соотношения сталей. Используют ферросилиций марки ФС75.According to the alloying system, the metal part of the charge is calculated, which in the example is specified by scrap of wear-resistant cast iron Sormait1 and scrap steel 65G (alloys containing alloying elements - Cr, Ni, Mn and an iron base), which are taken in a ratio of 0.5: 0.5 wt. share and boron carbide (a material containing a modifier - B) which is taken in wt. a fraction of 0.1 in excess of the ratio of steels. Ferrosilicon grade FS75 is used.
Далее поступают аналогично примеру 3, с той разницей, что пробку выполняют из стали 20, а состав шихты для плавки задают следующий, мас. %:Then they proceed analogously to example 3, with the difference that the cork is made of steel 20, and the composition of the charge for melting is set as follows, wt. %:
Получаемая по примеру отливка имеет форму пластины, размером 52,5×11,5×5,5 мм (с учетом прибылей), предназначенной после механической обработки для напайки на долото сеялки Primera DMC-9000, которое работает в условиях интенсивного абразивного и ударно-абразивного изнашивания.The casting obtained according to the example has the form of a plate measuring 52.5 × 11.5 × 5.5 mm (taking into account profits), designed after machining for soldering on the drill bit of the Primera DMC-9000 seeder, which operates in conditions of intense abrasive and impact abrasive wear.
Плавку осуществляют аналогично примеру 3, общее время плавки составляет 6-7 мин.Melting is carried out analogously to example 3, the total melting time is 6-7 minutes
Количество расплавляемого металла задают на 5-7% больше, чем необходимо по расчету для получения отливки в форме пластинки, излишек металла оставляют в отверстии тигля с учетом его диаметра и высоты и, частично, в донной части тигля вместе со шлаком, что в совокупности позволяет получить отливку без усадочной раковины.The amount of molten metal is set to 5-7% more than is necessary by calculation to obtain a casting in the form of a plate, the excess metal is left in the crucible hole taking into account its diameter and height and, partially, in the bottom of the crucible together with slag, which together allows get a cast without a shrink shell.
Масса отливки, полученной по настоящему примеру, составила 34-35 гр.The mass of the casting obtained according to the present example was 34-35 g.
Химический состав материала отливки также устанавливают аналогично примеру 3, неразрушающим атомно-эмиссионым методом.The chemical composition of the casting material is also established analogously to example 3, non-destructive atomic emission method.
Изобретение иллюстрируется также следующими материалами.The invention is also illustrated by the following materials.
На Фиг. 1 а и б показаны плавящаяся пробка из стали Ст2КП и тигель с донным в отверстие которого устанавливается пробка.In FIG. Figures 1a and 1b show a melting plug made of St2KP steel and a crucible with a bottom in the opening of which a plug is installed.
На Фиг 2 а и б показаны тигель с загруженной шихтой и литейная форма для получения отливки в форме пластинки, предназначенной для пайки на долото сеялки Primera DMC-9000 по примеру 6.Figs 2 a and b show a crucible with a loaded charge and a casting mold for producing a casting in the form of a plate intended for soldering onto a drill bit of a Primera DMC-9000 seeder according to Example 6.
На Фиг. 3 показана готовая оснастка, подготовленная для получения отливки по примеру 6, установленная в охватывающий индуктор.In FIG. 3 shows the finished tooling prepared to receive the casting according to example 6, installed in the surrounding inductor.
На Фиг. 4 показан процесс плавления шихты в тигле и слив металла в форму.In FIG. 4 shows the process of melting the mixture in a crucible and draining the metal into a mold.
На Фиг. 5 показана готовая отливка в форме пластинки, предназначенной для пайки на долото сеялки Primera DMC-9000, с удаленным стояком.In FIG. Figure 5 shows the finished casting in the form of a plate intended for soldering onto the chisel of the Primera DMC-9000 seeder, with the riser removed.
На фиг. 6 приведен химический состав металлической части шихты и полученных отливок, показывающий высокую степень усвоения углерода и легирующих элементов при выплавке сталей предлагаемым способом.In FIG. 6 shows the chemical composition of the metal part of the charge and the obtained castings, showing a high degree of assimilation of carbon and alloying elements in steelmaking by the proposed method.
Для пояснения технической сущности предлагаемого изобретения приводятся следующие данные.To clarify the technical nature of the invention, the following data.
Известно, что сплавы на основе железа начинают активно взаимодействовать с кислородом воздуха при температурах выше 900-950°C. Далее, при расплавлении, перегреве и разливке металла в форму, температура поднимается еще выше, что приводит к увеличению окисления. Поэтому для повышения качества слитка (сохранения его заданного химического состава), в предлагаемом способе проводят не только его раскисление высококремнистым ферросилицием (ФС 75-90), но и осуществляют защиту металла от кислорода в тигле специальным бескислородным флюсом, а также учитывают состав и массу материала пробки. Также уменьшают площадь зеркала расплавленного металла при его сливе и затвердевании в форме, что достигается применением тигля с донным сливом и герметичностью применяемой оснастки - сборки тигель с донным сливом/литейная форма. Аппаратурное оформление способа упрощается за счет отказа от использования индукционной вакуумной печи, и применением специального индуктора, охватывающего тигель с подставленной под него формой для получения отливки.It is known that iron-based alloys begin to actively interact with atmospheric oxygen at temperatures above 900–950 ° C. Further, during the melting, overheating and casting of the metal into a mold, the temperature rises even higher, which leads to an increase in oxidation. Therefore, to improve the quality of the ingot (preserving its predetermined chemical composition), the proposed method not only deoxidizes it with high-silicon ferrosilicon (FS 75-90), but also protects the metal from oxygen in the crucible with a special oxygen-free flux, and also takes into account the composition and weight of the material traffic jams. Also, the mirror area of the molten metal is reduced when it is drained and solidified in a mold, which is achieved by using a crucible with a bottom drain and the tightness of the equipment used - assembling a crucible with a bottom drain / mold. The hardware design of the method is simplified by eliminating the use of an induction vacuum furnace, and by using a special inductor that encloses the crucible with the mold placed under it to obtain a casting.
Качество отливки улучшается не только за счет учета в шихте массы и состава материала плавкой пробки, но и за счет изменения характера металлургических процессов, осуществлением их в бескислородной среде при индукционном нагреве, и введением легирующих элементов и углерода в получаемый сплав не в форме ферросплавов, а в составе специально подобранных компонентов (сталей, чугунов), где они уже находятся в виде родственных, металлогенных форм, в составе различных эвтектик, растворов, металлических, интерметаллических и неметаллических фаз. Способствует повышению качества и низкий угар элементов в индукционных печах (2-3 мас. %).The quality of the casting is improved not only by taking into account the mass and composition of the material of the fusible plug in the charge, but also by changing the nature of metallurgical processes, implementing them in an oxygen-free environment during induction heating, and introducing alloying elements and carbon into the resulting alloy not in the form of ferroalloys, but in the composition of specially selected components (steels, cast irons), where they are already in the form of related, metallogenic forms, in the composition of various eutectics, solutions, metallic, intermetallic and nonmetallic phases . Contributes to improving the quality and low waste of elements in induction furnaces (2-3 wt.%).
Выбор компонентов шихты, флюса и их концентрационные пределы в предлагаемом способе являются оптимальными, так как компоненты металлической части (90-95%) и их соотношение задают химический состав получаемого слитка и температуру плавки, ферросилиций (3-5%) осуществляет раскисление ванны и компенсирует угар элементов при индукционной плавке, а бескислородный флюс, взятый в избытке 10-15% сверх завалки, обеспечивает гарантированную защиту выплавляемого металла и отливки от кислорода воздуха в течение всей плавки.The choice of the components of the charge, flux and their concentration limits in the proposed method are optimal, since the components of the metal part (90-95%) and their ratio determine the chemical composition of the obtained ingot and the melting temperature, ferrosilicon (3-5%) provides deoxidation of the bath and compensates fumes of elements during induction melting, and oxygen-free flux taken in excess of 10-15% over filling provides guaranteed protection of the melted metal and casting from oxygen in the air throughout the entire melting process.
Так, снижение содержания металлической части в шихте ниже 95 мас. % не обеспечивает задаваемый рассчитанный химический состав отливки, за счет снижения степени усвоения легирующих элементов и углерода, а ее увеличение выше 97 мас. % не позволяет вводить минимальные количества ферросилиция, раскисляющего ванну и компенсирующего угар.So, the decrease in the content of the metal part in the charge below 95 wt. % does not provide a predetermined calculated chemical composition of the casting, by reducing the degree of assimilation of alloying elements and carbon, and its increase above 97 wt. % does not allow to enter the minimum amount of ferrosilicon, deoxidizing the bath and compensating for fumes.
Снижение содержания ферросилиция в шихте ниже 3 мас. % не обеспечивает необходимого раскисления металлургической ванны и компенсации угара элементов. Повышение содержания ферросилиция выше 5 мас. % вызывает трудно учитываемое увеличение содержания кремния в отливке.The decrease in the content of ferrosilicon in the mixture below 3 wt. % does not provide the necessary deoxidation of the metallurgical bath and compensation of the waste elements. The increase in ferrosilicon content above 5 wt. % causes a difficult to account for the increase in silicon content in the casting.
Снижение содержания бескислородного флюса, взятого сверх завалки, ниже 10 мас. % не обеспечивает гарантированного покрытия его расплавом всех исходных расплавляемых компонентов и защиты от кислорода воздуха металла и отливки. Повышение содержания флюса выше 15 мас. % ведет к его перерасходу, увеличении времени расплавления и повышенному расходу электроэнергии.The decrease in the content of oxygen-free flux taken over filling, below 10 wt. % does not provide guaranteed coverage with a melt of all the initial molten components and protection against metal oxygen and castings from oxygen. The increase in flux content above 15 wt. % leads to its cost overrun, increased melting time and increased energy consumption.
Использование марок ферросилиция с содержанием кремния ниже 63-68% (как, например, в марке ФС50) повышает его плотность выше 4,5-5,0 г/см3 и понижает верхнюю границу температуры его плавления ниже 1300°C, что вызывает его неравномерное распределение в массе расплавленного металла, повышенный угар кремния, снижение раскисляющей способности и снижение степени усвоения легирующих элементов и углерода в отливке.The use of ferrosilicon grades with a silicon content below 63-68% (as, for example, in the FS50 grade) increases its density above 4.5-5.0 g / cm 3 and lowers the upper limit of its melting temperature below 1300 ° C, which causes it uneven distribution in the mass of molten metal, increased fumes of silicon, a decrease in deoxidizing ability and a decrease in the degree of assimilation of alloying elements and carbon in the casting.
Использование бескислородного флюса указанного состава объясняется перекрыванием им и его компонентами всего интервала температур от начала окисления сталей, чугунов и ферросплавов при 900-950°C, до температур их расплавления при 1100-1350°C.The use of oxygen-free flux of this composition is explained by the overlapping by him and his components of the entire temperature range from the onset of oxidation of steels, cast irons and ferroalloys at 900-950 ° C, to their melting temperatures at 1100-1350 ° C.
Так, чистый криолит плавится при 980-1010°C, фторид кальция (плавиковый шпат) - при 1418°C, а глинозем - при 2072°C. Также известно, что 10-12% глинозема образует с криолитом эвтектику с температурой плавления 968-980°C, 7-10% плавикового шпата образует эвтектику с криолитом с температурой плавления около 900°C, а в системе криолит-глинозем-плавиковый шпат образуется тройная эвтектика, состав которой, мас. %: 75,9 Na3AlF6, 10,5 Al2O3 и 13,6 CaF2 с температурой плавления 923°.So, pure cryolite melts at 980-1010 ° C, calcium fluoride (fluorspar) at 1418 ° C, and alumina at 2072 ° C. It is also known that 10-12% of alumina forms a eutectic with cryolite with a melting point of 968-980 ° C, 7-10% of fluorspar forms a eutectic with cryolite with a melting point of about 900 ° C, and in the cryolite-alumina-fluorspar system triple eutectic, the composition of which, wt. %: 75.9 Na 3 AlF 6 , 10.5 Al 2 O 3 and 13.6 CaF 2 with a melting point of 923 °.
Таким образом, задавая изначально и поддерживая во время всего процесса плавки шихты состав бескислородного флюса по компонентам, с учетом их возможного разложения и испарения, близкий к следующему, мас. %: глинозем 10-12, плавиковый шпат 10-15, криолит - остальное, удается защитить расплавленный металл от кислорода воздуха, что и позволяет получать предлагаемым способом отливки из большинства известных чугунов и сталей, содержащих в своем составе активные легирующие элементы (Cr, Mo, V, Ti, Al, В и др.).Thus, setting initially and maintaining during the entire process of melting the mixture the composition of oxygen-free flux by components, taking into account their possible decomposition and evaporation, is close to the following, wt. %: alumina 10-12, fluorspar 10-15, cryolite - the rest, it is possible to protect the molten metal from atmospheric oxygen, which makes it possible to obtain the proposed method of casting from most known cast irons and steels containing active alloying elements (Cr, Mo , V, Ti, Al, B, etc.).
Объем литейной формы берется на 5-7% меньшим, чем объем расплавляемого металла, что необходимо для обеспечения получения отливки без усадочных раковин, так как избыток металла в виде стояка, повторяющего форму и объем пробки (5-7%), должен остаться в отверстии тигля с учетом его толщины и, частично, в донной части тигля вместе со шлаком.The volume of the mold is taken 5-7% less than the volume of the molten metal, which is necessary to ensure casting without shrinkage, since the excess metal in the form of a riser, repeating the shape and volume of the cork (5-7%), must remain in the hole crucible taking into account its thickness and, partially, in the bottom of the crucible together with slag.
Температурный интервал плавления пробки на 100-200°C ниже, чем температура плавления металлической части шихты устанавливается в зависимости от состава (марки) выплавляемого металла.The melting temperature range of the cork is 100-200 ° C lower than the melting temperature of the metal part of the charge is set depending on the composition (grade) of the smelted metal.
Так, например, при выплавки высоколегированного хромистого чугуна марки ПГ-УС25 с температурой начала плавления 1280°C, пробку изготавливают из стали 20 с температурой начала плавления 1480°C, а при плавки доэвтектического чугуна марки СЧ30 имеющую температуру плавления 1360°C - пробку изготавливают из стали 1X18H9 с температурой плавления 1460°C.So, for example, when smelting high-alloy chromium cast iron of the PG-US25 grade with a melting point of 1280 ° C, the cork is made of steel 20 with a melting point of 1480 ° C, and when melting pro-eutectic cast iron of the SCh30 grade having a melting point of 1360 ° C, the cork is made from steel 1X18H9 with a melting point of 1460 ° C.
Фиг. 6.FIG. 6.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016111537A RU2626114C1 (en) | 2016-03-28 | 2016-03-28 | Production method of castings in induction furnace |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016111537A RU2626114C1 (en) | 2016-03-28 | 2016-03-28 | Production method of castings in induction furnace |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2626114C1 true RU2626114C1 (en) | 2017-07-21 |
Family
ID=59495696
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016111537A RU2626114C1 (en) | 2016-03-28 | 2016-03-28 | Production method of castings in induction furnace |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2626114C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU645012A1 (en) * | 1976-04-12 | 1979-01-30 | Предприятие П/Я А-3573 | Induction melting furnace crucible |
US4487401A (en) * | 1981-12-08 | 1984-12-11 | Societe De Vente De L'aluminum Pechiney | Device for heating, mixing and/or transferring metals in the liquid state |
DE4209964C2 (en) * | 1992-03-27 | 2000-11-02 | Ald Vacuum Techn Ag | Device for the production of metals and metal alloys of high purity |
RU2184327C2 (en) * | 2000-06-26 | 2002-06-27 | Коршунов Евгений Алексеевич | Unit for preparing liquid metal to ingot and blank casting |
-
2016
- 2016-03-28 RU RU2016111537A patent/RU2626114C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU645012A1 (en) * | 1976-04-12 | 1979-01-30 | Предприятие П/Я А-3573 | Induction melting furnace crucible |
US4487401A (en) * | 1981-12-08 | 1984-12-11 | Societe De Vente De L'aluminum Pechiney | Device for heating, mixing and/or transferring metals in the liquid state |
DE4209964C2 (en) * | 1992-03-27 | 2000-11-02 | Ald Vacuum Techn Ag | Device for the production of metals and metal alloys of high purity |
RU2184327C2 (en) * | 2000-06-26 | 2002-06-27 | Коршунов Евгений Алексеевич | Unit for preparing liquid metal to ingot and blank casting |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
FI83540B (en) | YMPNINGSMEDEL FOER GRAOTT GJUTJAERN. | |
CN103834876B (en) | A kind of austenitic heat resistant cast steel exhaust manifold and casting technique thereof | |
CN104532102A (en) | Novel manufacturing technology of large-sized carburized bearing steel G20Cr2Ni4A for wind electricity | |
NO152628B (en) | GAS TURBINE COMBUSTION FOR STEP FUEL EXPLANATION AND PROCEDURES IN OPERATION OF THE COMBUSTOR | |
JP2017537224A (en) | Process for producing chromium and niobium-containing nickel-base alloys with low nitrogen and substantially no nitride, and the resulting chromium and nickel-base alloys | |
KR20180132857A (en) | Gray cast iron inoculant | |
EP0526159A1 (en) | Method for melting titanium aluminide alloys | |
MXPA04005128A (en) | Gray cast iron for cylinder heads. | |
US4121924A (en) | Alloy for rare earth treatment of molten metals and method | |
RU2626114C1 (en) | Production method of castings in induction furnace | |
RU2590772C1 (en) | Method for production of aluminium cast iron | |
CN113718160B (en) | Directional solidification high-boron high-vanadium high-speed steel and preparation method thereof | |
RU2141885C1 (en) | Method for making wear resistant percussion action members | |
RU2315815C1 (en) | Method for producing of vermiculate graphite cast-iron | |
RU2641204C2 (en) | Method for producing alloyed cast iron for wear-resistant parts | |
SU1323227A1 (en) | Method of producing castings | |
White | Production of Ductile Iron Castings | |
VV et al. | Effect of Process Parameters on In-situ Reduction of Chromium Oxide during Electro Slag Crucible Melting of Cu–Cr Alloy | |
RU2263560C1 (en) | Electric slag chill casting process | |
SU801977A1 (en) | Method of producing bearing steel tube blanks | |
US2870005A (en) | Process for heating the head of an ingot of molten ferrous material | |
CN1331351A (en) | Process for smelting high-grade manganese blocks directly from electrolytic manganese as raw material | |
SU530923A1 (en) | Modifier | |
CN118371658A (en) | Anode steel claw production method | |
SU585220A1 (en) | Method of refining metal melts |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190329 |