Способы вторичного переплава слитков

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание:

Введение

1. Способы вторичного переплава слитков, повышающие их качество

1.1 Обработка металла синтетическим шлаком

1.2 Вакуумная дегазация стали

1.3 Электрошлаковый переплав

1.4 Вакуумно-дуговой переплав

2. Эскиз детали

2.1 Эскизы элементов литейной формы

2.2 Модели стержневого ящика

2.3 Собранная литейная форма в разрезе

3. Последовательность изготовления формы методом ручной формовки

Заключение

Список литературы

Введение

Металлургическое производство возникло на заре развития человеческого общества. Такие металлы, как железо, медь, серебро, золото, ртуть, олово и свинец, нашли свое применение еще до нашей эры.

Металлы относятся к числу наиболее распространенных материалов, которые человек использует для обеспечения своих жизненных потребностей. В наши дни трудно найти такую область производства, научно-технической деятельности человека или просто его быта, где металлы не играли бы главенствующей роли как конструкционный материал.

Металлы разделяют на несколько групп: черные, цветные и благородные. К группе черных металлов относятся железо и его сплавы, марганец и хром. К цветным относятся почти все остальные металлы периодической системы Д.И. Менделеева.

Железо и его сплавы являются основой современной технологии и техники. Еще в середине 70х годов прошлого столетия академик Патон Б.Е. назвал двадцатый век «железным», не согласиться с ним невозможно. В ряду конструкционных металлов железо стоит на первом месте и не уступит его еще долгое время, несмотря на то, что цветные металлы, полимерные и керамические материалы находят все большее применение. Железо и его сплавы составляют более 90 % всех металлов, применяемых в современном производстве.

Самым важнейшим из сплавов железа является его сплав с углеродом. Углерод придает прочность сплавам железа. Эти сплавы образуют большую группу чугунов и сталей.

Современный высокий уровень металлургического производства основан на глубоких теоретических исследованиях, крупных открытиях, сделанных в разных странах мира, и богатом практическом опыте.

Развитие металлургии идет по пути дальнейшего совершенствования плавки и разливки металла, механизации и автоматизации производства, внедрения новых прогрессивных способов работы, обеспечивающих улучшение технико-экономических показателей плавки и качества готовой продукции.

Способы вторичного переплава слитков, повышающие их качество, факторы, способствующие повышению качества слитков в каждом способе, последовательность изготовления формы методом ручной формовки, я постараюсь раскрыть в этой работе.

металл переплав формовка слиток

1. Способы вторичного переплава слитков, повышающие их качество

Разработан ряд новых и эффективных способов повышения качества стали непосредственно в металлургическом производстве. Эти способы основаны, во-первых, на более полном удалении из сталей газов и вредных неметаллических включений и, во-вторых на изменении химического состава сталей за счет ввода в них специальных легирующих элементов, улучшающих различные свойства сталей.

В выплавленной стали всегда содержится определенное количество газов и неметаллических включений. Содержание газов даже в сотых и тысячных долях процента существенно снижает механические и другие свойства стали.

Неметаллическими включениями, содержащимися в стали, являются соединения железа, кремния, марганца и др. Основными металлургическими способами снижения содержания газов и неметаллических включений в стали являются: электрошлаковый ее переплав, рафинирование синтетическим шлаком, вакуумная дегазация, вакуумно-дуговой переплав, переплав в электроннолучевых печах и др. Снижение в стали неметаллических включений достигается также изменением сочетания и последовательности введения раскислителей.

1.1 Обработка металла синтетическим шлаком

Перемешивание металла со специально приготовленным (синтетическим) шлаком позволяет интенсифицировать переход в шлак тех вредных примесей (серы, фосфора, кислорода), которые удаляются в шлаковую фазу. В тех случаях, когда основная роль в удалении примеси принадлежит шлаковой фазе, скорость процесса пропорциональна площади межфазной поверхности. Если основной задачей является удаление из металла неметаллических включений определенного состава, то соответственно подбирают состав синтетического шлака (например, металл, выплавленный в кислой печи обрабатывают основным шлаком; металл, выплавленный в основной печи, - кислым). Если необходимо снижение содержания серы в металле, то подбирают шлак с максимальной активностью СаО и минимальной активностью FeO и т.п. Во многих случаях задача заключается, во-первых, в получении шлака заданных состава и температуры, и, во-вторых, в разработке способа получения максимальной поверхности контакта шлаковой и металлической фаз. При этом должны быть обеспечены условия, необходимые для последующего отделения шлака от металла. Обработка стали в ковше жидкими синтетическими шлаками как способ удаления из металла от нежелательных примесей была предложена в 1925 г. советским инженером Д.С. Точинским; в 1933 г. способ обработки металла жидкими кзвестково-глиноземистыми шлаками был запатентован французским инженером Р. Перреном.

Практическую проверку прошел ряд разновидностей способа обработки металла шлаками различного состава: 1) жидкими известково-железистыми шлаками для дефосфорации; 2) кислым шлаком для снижения содержания кислорода и оксидных неметаллических включений; 3) жидкими известково-глиноземистыми шлаками для десульфурации и раскисления металла; 4) шлаками различного состава во время разливки и кристаллизации металла для удаления вредных примесей и получения хорошей поверхности слитка.

В 1927 г. А.С. Точинский впервые в мире провел промышленные эксперименты по дефосфорации бессемеровской стали известково-железистым шлаком, а в 1928--1929 гг. рафинировал основную мартеновскую сталь кислым шлаком для раскисления (содержание кислорода в металле удавалось снизить на 30--55 %). Позднее известково-железистые шлаки (60--65 % СаО и 20--35 % оксидов железа) неоднократно применяли для обработки конвертерной стали, получая высокую степень дефосфорации. Так, содержание фосфора в томасовской стали удавалось снизить с 0,06 до 0,01 %, а в рельсовой бессемеровской стали с 0,05-0,09 до 0,01-0,03%. Однако опыт показал, что обработка известково-железистым шлаком углеродистого металла приводит, вследствие протекания реакции (FеО) + [С] = СО_г + Fе_ж к бурному вскипанию и выбросам. Кроме того, обработка железистым шлаком затрудняет проведение операции раскисления металла. Метод обработки стали известково-глиноземистым шлаком, начиная с 1959 г., исследовался ЦНИИЧМ и рядом заводов. В соответствии с разработанной технологией шлаки с высоким содержанием СаО и Добавками А1₂, (для снижения температуры их плавления и обеспечения необходимой. жидкотекучести) расплавляют в специальной электропечи и заливают в сталеразливочный ковш при выпуске стали из сталеплавильной печи или из конвертера. При сливе металла на находящийся в ковше синтетический шлак обе взаимодействующие фазы (сталь и шлак) Интенсивно перемешиваются, шлак эмульгирует в металле и в какой-то степени эмульгирует металл в шлаке с последующим разделением фаз. Интенсивность и, глубина протекания процесса определяются высотой падения струи металла и шлака, физическими характеристиками и составом шлака и др. Основной целью является обеспечение в процессе обработки максимальной межфазной поверхности. Наибольшее влияние при этом имеет высота падения струи металла, а также вязкость шлака.

Содержащаяся в металле сера взаимодействует с СаО шлака и переходит в шлак. Поскольку синтетический шлак содержит обычно ничтожно малые количества таких оксидов, как FеО и МnО, то обработка шлаком сопровождается снижением окисленности металла; в шлак переходит также некоторое количество таких оксидных включений, которые хорошо смачиваются синтетическими шлаком или взаимодействуют с ним.

Разновидностью метода обработки стали жидкими синтетическими шлаками является совмещенный процесс (или так называемый метод смещения), когда в сталеразливочном ковше одновременно смешиваются и сталь, и синтетический шлак, и жидкая лигатура (расплавленные ферросплавы). Использование этой технологии позволяет, например, смешивать металл из 100-т мартеновской плавки и лигатуру, полученную в 20-т дуговой электропечи и получать 120 т высококачественной стали электропечного сортамента. Метод смещения был разработан в 1970-1975 гг. на ИжМЗ.

Методы смешения и совмещенный позволяют в необходимых случаях обеспечить получение в мартеновском или конвертерном цехе высококачественной стали с использованием относительно простого оборудования. Во всех случаях при обработке металла синтетическим шлаком возможно достижение стандартного состава и более стабильных показателей качества от плавки к плавке. Расход синтетического шлака относительно невелик: 3-5 % от массы металла. При относительно малом количестве шлака легче обеспечить стандартность его состава и свойств. На основе разработок ЦНИИЧМ метод обработки металла синтетическим шлаком получил в СССР широкое распространение

К основным требованиям, предъявляемым к синтетическим известково-глиноземистым шлакам относятся минимальная окисленность (это обеспечивает хорошие условия для раскисления стали и ее десульфурации) и максимальная активность СаО (это обеспечивает хорошие условия для десульфурации стали). В связи с этим синтетические известково-глиноземистые шлаки не должны содержать оксидов железа, а содержание кремнезема должно быть минимальным. Присутствие фосфора в таких шлаках исключается, чтобы не допустить его переход в металл при обработке. В тех случаях, когда в шихте, из которой плавят шлак, содержится некоторое количество кремнезема, в состав шлака вводят MgO, который образует силикаты магния и уменьшающую, таким образом, вредное воздействие кремнезема, снижающего активность СаО. Обычный состав синтетического шлака, используемого на заводах СССР, следующий, %: СаО 50-55; А1₂.

43; Si0₂7 (в некоторых случаях Si0₂ до 10-15; MgO 7). Температура плавления шлака в зависимости от состава изменяется от ~ 1400 (в шлаке 50-55% СаО; 38-43 %А1₂0₃ и 4,0% Si0₂) до ~1300°С (в шлаке 6-7% Si0₂ и 6-7% MgO).

При обработке металла синтетическим шлаком такого состава (высокая основность и низкая окисленность) протекают процессы:

Десульфурации.

Раскисления. В соответствии с законом распределения

Удаления неметаллических включений.

Достоинством такого технологического приема, как обработка стали синтетическим шлаком, является ее кратковременность. Вся операция полностью осуществляется за время выпуска (слива) металла из агрегата в ковш, т.е. за несколько минут: производительность агрегатов при этом не только не уменьшается, но даже возрастает, так как такие технологические операции, как десульфурация и раскисление, переносятся в ковш. '

При проведении операции обработки металла шлаком приходится учитывать ряд моментов: 1) нежелательность попадания в ковш, в котором производится обработка, вместе с металлом также и шлака из печи или конвертера; 2) необходимость введения в ковш помимо синтетического шлака также и раскислителей (а при выплавке легированных сталей также и легирующих материалов); 3) изменение в процессе обработки состава шлака. Практически трудно осуществима операция отсечки шлака при выпуске металла. Обработка синтетическим шлаком позволяет несколько уменьшить окисленность металла, однако не настолько, чтобы полностью отказаться от применения раскислителей, поэтому помимо шлака в ковш вводится необходимое количество раскислителей. Учитывая низкую плотность ферросилиция, необходимое его количество загружают на дно ковша еще до заливки в ковш синтетического шлака. После выпуска плавки на струю падающей в ковш стали присаживают такие материалы, как ферромарганец и феррохром, затем -- сплавы, содержащие титан, ванадий, цирконий и т.п. Алюминий вводят вглубь ковша на штангах или в виде проволоки после окончания выпуска плавки.

В процессе перемешивания металла со шлаком состав шлака претерпевает определенные изменения. Эти изменения связаны со следующим:

При перемешивании шлак взаимодействует с футеровкой ковша, часть футеровки переходит в шлак.

Из металла удаляется и переходит в шлак сера.

Вводимые в ковш раскислители частично окисляются, образующиеся оксиды переходят в шлак.

4. Часть конечного шлака обычно попадает в ковш, содержащиеся в конечном шлаке оксиды железа затрудняют протекание процессов раскисления.

Особенно опасно попадание в ковш конечного шлака из-за содержащегося в нем фосфора: в процессе раскисления почти весь фосфор, содержащийся в конечном шлаке, восстанавливается и переходит в металл. Разбавление синтетического шлака в результате всех этих процессов может достигать 30-40 %.

Следует иметь в виду, что метод обработки металла синтетическим шлаком в обычных условиях обеспечивает стандартные результаты десульфурации до известных пределов (обычно не более чем до 0,005-0,007 %). В тех случаях, когда необходимо устойчиво получать более низкие концентрации серы, используют другие способы (основная футеровка ковшей, интенсивное перемешивание шлака с металлом, аргоном и др.).

1.2 Вакуумная дегазация стали

Схема обработки жидкой стали вакуумом была предложена еще Г. Бессемером. Практическое использование метода внепечного рафинирования для повышения качества металлопродукции относится к началу 50-х годов. В СССР работы по исследованию влияния понижения давления на процессы газовыделения были начаты в конце 30-х годов, а первая промышленная установка обработки стали вакуумом в ковше опробована на Енакиеском металлургическом заводе по инициативе ученых ИМет АН СССР А.Самарина и Л.Новика в 1952-1954 гг. Ковш со сталью опускали в камеру, которую затем плотно закрывали крышкой и из закрытой таким образом камеры откачивали воздух.

В настоящее время в промышленно развитых странах успешно работают сотни установок внепечного вакуумирования различной конструкции. Схемы наиболее распространенных конструкций представлены на рис. 1. Самым простым способом является способ вакуумирования стали в ковше.

Рисунок 1. Конструкции вакуумных камер

Недостатком вакуумирования в ковше является невысокая эффективность метода при вакуумировании относительно больших масс металла (> 50 т) и неравномерность состава стали в ковше после ввода раскислителей и легирующих вследствие слабого перемешивания всей массы металла. Этого можно избежать в том случае, когда предусматривается продувка стали в ковше инертным газом или электромагнитное перемешивание.

При продувке металла инертным газом к обычным потерям тепла при выпуске и выдержке в ковше добавляются потери тепла на нагрев газа, продуваемого через сталь. При электромагнитном перемешивании этот недостаток ликвидируется, однако электромагнитное перемешивание требует более сложного и дорогостоящего оборудования. В настоящее время наиболее распространены следующие способы вакуумирования стали в ковше:

1. Ковш со сталью помешают в вакуумную камеру, организуют перемешивание металла инертным газом, раскислители вводят в ковш из бункера, также находящегося в вакуумной камере. Этот метод часто называют ковшевым вакуумированием.

Рисунок 2. Установка вакуумирования стали в ковше: 1 -- вакуум-крышка; 2 -- теплозащитный экран; 3 -- сталеразливочный ковш; 4 -- вакуум-камера

2. Сталь вакуумируют при переливе из ковша в ковш или из ковша в изложницу, т.е. обработке вакуумом подвергается струя металла (метод называют струйным вакуумированием или вакуумированием струи).

3. Сталь под воздействием ферростатического давления засасывается примерно на 1,48 м в вакуумную камеру, которую через определенные промежутки времени поднимают, но так, чтобы конец патрубка все время оставался опущенным в сталь в ковше. Сталь из камеры сливается по патрубку в ковш, затем камеру опускают и под действием разрежения в нее засасывается очередная порция металла (метод называют порционным вакуумированием стали). В некоторых случаях поднимают и опускают не вакуумную камеру, а ковш со сталью, а камера остается неподвижной.

Этот способ часто называют также способом DH -- по первым буквам предприятия Dortmufld-Horder, ФРГ, где он был осуществлен впервые.

4. Два патрубка вакуумной камеры погружают в сталь; при вакуумировании порция металла засасывается в вакуумную камеру (рис. 2 правая схема). В один из патрубков начинают подавать инертный газ, в результате чего сталь в этом патрубке направляется вверх, в вакуум-камеру, а по другому - стекает вниз, в ковш. Происходит циркуляция металла через вакуум-камеру. Способ этот называют циркуляционным вакуумированием стали (или RH-процессом -- по первым буквам предприятия Ruhrstahl-Hereus, ФРГ, где

Заслуживает особого упоминания метод непрерывного (поточного) вакуумирования стали при разливке, разработанный в Липецком политехническом институте под руководством проф. Г.А.Соколова и внедренный на НЛМК. В основу метода положен принцип вакуумной дегазации струи и слоя стали в проточной камере, расположенной между сталеразливочным и промежуточным ковшами. Рафинированная сталь поступает в промежуточный ковш по металлопроводу, погруженному под уровень металла.

Достоинствами метода непрерывного вакуумирования стали является одновременное решение проблем:

· вакуумирования в потоке;

· защиты струи от вторичного взаимодействия с атмосферой;

· повышение эффективности вакуумирования стали в результате движения струи через вакуумированное пространство, при котором происходит ее раскрытие и раздробление на капли, а также увеличение поверхности контакта сталь -- газовая фаза (вакуум).

Рисунок 4. Метод пульсационного перемешивания металла в ковше

Методы вакуумной обработки стали непрерывно совершенствуются, предлагаются новые решения, позволяющие получать металлопродукцию и металлопрокат высокого качества с использованием более простых методов. Примером может служить разработанный на одном из японских металлургических заводов метод, названный методом РМ (Pulsation Mixing -- пульсирующее перемешивание стали), схема которого показана на рис. 4. На установке такого типа обрабатывают 100-т плавки конвертерной стали. Сущность метода заключается в переменном включении и выключении подачи аргона и вакуумного насоса, вследствие чего сталь в цилиндре (и в ковше) интенсивно пульсирует, что обеспечивает высокую степень ее рафинирования. Достоинство установки -- возможность высокоэффективной работы без глубокого вакуума.

1.3 Электрошлаковый переплав

Электрошлаковый переплав (ЭШП) является вторичным процессом рафинирования металлов. Он применяется для дальнейшей очистки после завершения первичных операций по удалению примесей и рафинированию. В качестве исходного материала обычно применяется сплошной расходуемый электрод из первичного металла, который может быть литым, полученным обработкой давлением или состоящим из лома. Шлаковая ванна, содержащаяся в охлаждаемом кристаллизаторе, нагревается и расплавляется электрическим током (электросопротивлением), текущим между электродом и охлаждаемым поддоном (рис. 1).

Рис.1.Схема электрошлакового переплава:

(1--трансформатор; 2--медный водоохлаждаемый кристаллизатор, 3-- шлаковая ванна; 4--жидкий металл; 5 -- затвердевший металл; б -- слой твердого шлака; 7 -- водоохлаждаемый поддон

Когда температура шлаковой ванны превышает температуру плавления металла, электрод начинает оплавляться; капли, стекающие с конца электрода, падают в шлаковую ванну, образуя на поддоне металлическую ванну, которая постепенно затвердевает. Электрод подают в шлаковую ванну, при этом слиток, служащий вторым электродом, постепенно растет. Жидкий шлак таким образом непрерывно перемещается кверху. Там, где поднимающийся шлак встречается со стенками охлаждаемого кристаллизатора, он затвердевает, что обеспечивает наличие сплошной корочки твердого шлака между кристаллизатором и затвердевающим слитком. При раздевании слитка она шелушится с поверхности, характеризующейся прекрасным качеством.

Процесс во многом аналогичен вакуумно-дуговому переплаву (ВДП): сплошной слиток образуется в результате постепенного затвердевания металла в вертикальном направлении. При соответствующем снижении силы тока к концу операции обеспечивается полное отсутствие усадочной раковины и осевой пористости.

Рафинирование осуществляется вследствие реакции между металлом и шлаком, происходящей в три стадии:

а) при образовании капли на конце электрода;

б) при прохождении отдельной капли через шлак;

в) после накопления жидкого металла в ванне, образующейся па верхней части слитка.

При соответствующем выборе шлаков химическая реакция может быть усилена. Возможно, например, снижение содержания серы до очень низкого уровня. Удалению неметаллических включений может способствовать их флотация и химическая реакция со шлаком. Шлаки могут быть подобраны также таким образом, чтобы воспрепятствовать удалению элементов, которые нужно сохранить.

Имеется много методов работы, которые будут описаны ниже. В основном же для осуществления процесса нужны трансформатор, охлаждаемый кристаллизатор и устройство для подачи и управления электродом.

Преимущества электрошлакового переплава:

В настоящее время установлены следующие преимущества электрошлакового переплава перед другими способами получения стали:

Хорошее качество слитка, отсутствие усадочной раковины и пористости.

Меньшее количество и меньший размер включении.

Однообразность структуры и химического состава.

Отсутствие слоистости и зональной ликвации.

Высокий выход годного из исходного жидкого металла до готовой продукции.

Возможность регулируемого снижения содержания таких нежелательных элементов, как сера, кислород, а в некоторых условиях и азот; возможность сохранения легирующих элементов, которые могут быть окислены, таких как кремний и титан.

Возможность корректирования состава металла путем применения соответствующего флюса.

Общее улучшение характеристик пластичности и ударной вязкости.

Значительное улучшение свойств в поперечном направлении.

10.Улучшение свойств при повышенных температурах.

11.Улучшение свариваемости.

12.Обеспечение такого качества поверхности, которое исключает необходимость в зачистке поверхности при горячей обработке.

13.Превосходные характеристики горячей обработки.

14.Уменьшение объема горячей обработки, требующейся для достижения заданной металлургической структуры в центральной части готового продукта.

15.Облегчение условий отливки электродов по сравнению с разливкой слитков для непосредственной прокатки.

16.Возможность управления направлением и скоростью затвердевания. Возможность регулирования крупности зерен и величины карбидов, особенно в быстрорежущих инструментальных сталях.

18.Улучшение коррозионной стойкости.

19.Расплавленный металл защищен от атмосферного окисления.

Такое большое число преимуществ процесса ЭШП является следствием большого числа степеней свободы, свойственного этому процессу. Важность степеней свободы в технологии стала приобретать все большее значение по мере усложнения требований к современным продуктам.

Сравнение со степенями свободы, свойственными другому основному конкурирующему процессу вторичного рафинирования -- процессу ВДП. показывает, что ЭШП обладает большим числом степеней свободы, чем ВДП, и, следовательно, способен решать больше проблем и обеспечивать значительно больше преимуществ готовому продукту.

1.4 Вакуумно-дуговой переплав

Принцип переплава металлов в вакууме с использованием в качестве высокотемпературного источника тепла электрической дуги, был использован уже после успешной плавки стали в дуговых электрических печах. Вначале этот процесс применяли для получения в литом виде различных тугоплавких металлов (тантала, молибдена, титана, циркония). Именно соединение дугового разряда, как источника тепла с высокой температурой, с глубоким вакуумом, который, обеспечивал отсутствие взаимодействия легкоокисляющихся металлов с атмосферой, обеспечивало получение слитков этих тугоплавких и высокореакционных металлов.

В начале 50-х годов XX в., в связи с быстрым развитием ракетной техники и реактивной авиации, вакуумно-дуговой переплав (ВДШ начали применять для переплава электродов для из жаропрочных сплавов. Предпосылкой для развития технологии ВДП применительно к получению слитков и сплавов на основе железа и кобальта, а также нержавеющих жаропрочных и других сплавов послужило значительное улучшение служебных свойств специальных сталей и сплавов после их переплава в вакууме. Поэтому ВДП нашел широкое применение при получении металлов и сплавов с высокими физико-химическими свойствами эксплуатируемых в условиях высоких температур, знакопеременных нагрузок, жесткого рентгеновского излучения и др.

В промышленных условиях методом ВДП получают средне и высоколегированные стали, а также сплавы на основе никеля, кобальта и титана.

В настоящее время созданы и работают установки ВДП, позволяющие получать высококачественные слитки массой до 60 т. Из таких слитков получают крупные поковки исключительно высокого качества. Однако большинство установок ВДП, работающих на металлургических заводах, имеют емкость печей (массу слитка), обычно не превышающую 10-12 т. Наибольшее распространение получили печи ВДП 2-6 т.

Существуют два принципиально отличных типа вакуумных дуговых печей: с расходуемым и нерасходуемым электродом. (Рис.1).

Рис.1. Вакуумные дуговые печи с расходуемым (а) и нерасходуемым (б) электродами:

I - вакуумная камера; 2 - расходуемый электрод;

3 - кристаллизатор; 4 - наплавлявши слиток;

5 - питатель для подачи шихты; 6 - тугоплавкая насадка нерасходуемого электрода.

В печах с расходуемым электродом (рис. 1 а) дуга горит между переплавляемым электродом и поверхностью ванны жидкого металла, а в печах с нерасходуемым электродом (рис.1 6) - между графитовым пли металлическим (из тугоплавкого металла) электродом и расплавленным металлом. В обоих случаях переплав ведется в вакуумной камере. В случае использования нерасходуемого электрода (рис.1 б), последний участвует в процессе только как проводник тока. При ведении плавки с нерасходуемым электродом существует опасность загрязнения переплавляемого металла материалом электрода вследствие его электрической эрозии и возможности откалывания частиц электрода.

Общим элементом вакуумных дуговых печей является медный водоохлаждаемый кристаллизатор, в котором расплавленный металл скапливается, затвердевает и постепенно принимает форму слитка.

Принципы ВДП определяют основные особенности конструкции установок ЗДП. Схема установки ВДП для переплава расходуемых электродов показана на рис. 2.

Расходуемый электрод (7) с помощью электродержателя (5) крепится к штоку (2), к которому подсоединен отрицательный полюс источника постоянного тока. Расходуемый электрод подключают к отрицательному полюсу источника питания (прямая полярность) для повышения энергетической эффективности переплава. Шток электрода через скользящее вакуумное уплотнение (3) вводится в вакуумную камеру (4). Медный кристаллизатор (8) охлаждается водой, которая подается в окружающий его кожух. В рабочей камере поддерживают разрежение 0,1 - 1,5 Па с помощью системы вакуумных насосов.

Электрическая дуга горит между торцом электрода и поверхностью металлической ванны, соединенной с положительным полюсом источника тока по цепи слиток-кристаллизатор. Место подсоединения токоведущих шин к кристаллизатору тлеет большое значение. При неблагоприятной схеме подключения электромагнитное взаимодействие тока дуги и тока, проходящего через жидкий металл, вызывает вращение ванны, нестабильность горения дуги и ее смещение относительно устойчивого положения. Это приводит к ухудшению качества слитка и опасности переброса дуги на стенку кристаллизатора и его прожога. Поэтому обычно организуют коаксиальный токоподвод и равномерное распределение тока по контакту верхнего фланца кристаллизатора с камерой печи (рис.2).

Рис.2. Схема конструкции вакуумной дуговой печи с расходуемым электродом:

1- механизм перемещения электрода; 2- шток; 3- вакуумное уплотнение; 4- вакуум-камера; 5- электродержатель; 6- головка электрода; 7- расходуемый электрод; 8- кристаллизатор; 9- слиток; 10- подвод и отвод охлаждающей воды; 11- к системе вакуумных насосов.

Рабочая камера (4) представляет собой сварной цилиндр из немагнитной стали. Сверху имеется крышка, в центре которой расположено скользящее вакуумное уплотнение. Здесь же расположены гляделки с перископами, через которые виден кольцевой зазор между электродом и стенкой кристаллизатора. Рабочая вакуумная камера имеет два лика: один для соединения с вакуумной системой, другой - для обслуживания (очистки внутренней поверхности камеры от налетов конденсата. Рабочая камера соединена с кристаллизатором с помощью водоохлаждаемого фланца и резиновой прокладки.

Кристаллизатор (8) - медный, водоохлаждаемый. Он обеспечивает не только отвод тепла при затвердевании наплавляемого слитка, но и проводит электрический ток. Чтобы исключить коробление, толщина медных стенок кристаллизатора составляет 10-40 мм. Сечение кристаллизатора - круглое, внутренний диаметр от 160 до 1800 мм.

Медная гильза кристаллизатора вставлена в кожух из немагнитной стали. В пространство между шили подают воду для охлаждения. Часто поверх кожуха наматывают соленоид, по которому пропускают ток. Создается продольное (аксиальное) магнитное поле, которое компенсирует внешние магнитные поля (от рабочего тока) и уменьшает движение металла в жидкой ванне. Кроме того, обеспечивается сжатие дуги и уменьшается возможность разряда на стенку. Шток (2), к которому прикреплен расходуемый электрод (7), поднимается с помощью тросов, а опускается под действием силы тяжести и атмосферного давления. Вакуумно-дуговые печи специализируют для переплава конкретного материала (титана, ниобия, стали, тугоплавких металлов). Условная маркировка таких печей для переплава:

титана - ДТВ

ниобия - ДНВ

стали и сплавов на основе никеля -ДСВ

тугоплавких металлов - ДДВ

Общая компоновка основных узлов установки ВДП приведена на рис.З.



Рис.3. Компоновочная схема установки ВДП:

I - рабочая камера; 2 - кристаллизатор; 3 - поддон;

4 - механизм подъема электрода; 5 - вакуумная система;

6 - узел крепления электрода к штоку; 7 - шток электротолкателя; 8 - подвеска штока.

2. Эскиз детали

2.1 Эскизы элементов литейной формы

2.2 Эскиз модели стержневого ящика

2.3 Эскиз собранной литейной формы в разрезе

1- полости формы; 2- стержень; 3- формовочная смесь; 4- нижняя опока; 5- верхняя опока; 6- питатель; 7- шлакоуловитель; 8- стояк; 9- литниковая чаша; 10- выпор; 11- газоотводящие каналы;

3. Последовательность изготовления формы методом ручной формовки

Технологический процесс ручного изготовления литейных форм характеризуется рядом специфических операций. Наиболее важными являются операции заполнения формовочной смесью опоки и уплотнения смеси. Уплотнение смеси должно быть проведено равномерно по всему ее объему. Правильно изготовленная литейная форма должна сохранять свои размеры и конфигурацию, а в процессе заливки расплавленным металлом не затруднять выхода пара и газов и легко разрушаться после охлаждения отливок.

В зависимости от конфигурации отливок, их размеров и сложности, а также условий и характера производства формовку производят:

- по неразъемной, цельной, модели;

- по разъемной модели;

- по модели со сложными разъемами (с подрезкой, перекидным болваном и др.)

Формовка по цельной модели применяется в производстве простых отливок, без внутренних полостей и конструктивных выступов на поверхности.

В производстве сложных отливок обычно форму изготавливают по разъемной модели с последующей простановкой стержней.

Формовка это технологический процесс изготовления из формовочных и стержневых смесей по модельным комплектам форм и стержней с последующей сборкой их под заливку металлом. Формовка включает уплотнение формовочной смеси, позволяющее получить точный отпечаток модели в форме и придать необходимую прочность смеси; устройство в форме вентиляционных каналов для выхода из полости формы образующихся газов и пара при заливке расплавленного металла; извлечение моделей из формы; отделку и сборку формы.

2.1 Основные операции ручной формовки

Операции ручной формовки	Эскиз
1. Подготовка модели к формовке (осмотр) и установка ее на подмодельную плиту. Если модель разъемная, то устанавливается разъемом на плиту нижняя половина модели и нижняя опока. Модель обдувается сжатым воздухом и для предотвращения прилипания формовочной смеси припыливается ликоподием, серебристым графитом или мелким сухим песком. 2. При ручной формовке на модель наносится через сито слой облицовочной смеси толщиной 15-25 мм и уплотняется на модели обжатием руками. 3. Порционно засыпается и уплотняется с помощью ручной или пневматической трамбовки наполнительная смесь. (При машинной формовке уплотнение смеси производится формовочной машиной). 4. С помощью линейки-счищалки удаляется по верхнему ладу опоки излишек смеси и душником накалываются вентиляционные каналы (духа). Количество наколов в зависимости от площади опоки колеблется от 5 до 15 на дм2. 5. Нижняя полуформа поворачивается на 1800. При машинной формовке модель механически удаляется, при ручной - на половину модели, находящуюся в нижней полуформе, накладывается вторая половина модели со спаривающимися шипами. На нижнюю опоку по спаривающим штырям устанавливают верхнюю опоку. Устанавливают модели шлакоуловителя, стояка, выпоров. Поверхность полуформы по разъему посыпается разделительным песком и производится набивка верхней опоки формовочной смесью. При этом повторяются те же операции, что и при набивке нижней опоки. 6. Удаляются модели стояка и выпоров, накалываются вентиляционные каналы. 7. Верхняя полуформа снимается с нижней и переворачивается на 1800. Извлекаются модели (собственно модель, модель шлакоуловителя и питателей). С помощью гладилки и других инструментов отделываются поврежденные места формы. В нижнюю полуформу ставятся стержни. Форма обдувается сжатым воздухом для удаления сора и пыли. 8. Нижняя полуформа осторожно по спаривающим штырям накрывается верхней полуформой. Для предупреждения подъема верхней опоки в период заливки обе половинки скрепляются скобками или на верхнюю опоку перед заливкой становится груз определенного веса.



а б

Рис.2. Формовка по неразъемной модели:

а - литейная форма в сборе; б - отливка с литниковой системой

а б

Рис.3. Формовка по разъемной модели:

а - литейная форма в сборе; б - отливка с литниковой системой

Список литературы:

1. Казачков Е.А., Чепурной А.Д. Вакуумно-дуговой переплав. М.: Мариуполь ММИ,1992.С.3-8.

2.Медовар Б.Н. Электрошлаковый переплав. М.: Металлургиздат,1963,С.7-10.

3. Парцевский А.Б.Электрошлаковый переплав М.: Москва,1973.С.7-10.

4. Кудрин В.А. Внепечная обработка чугуна и стали М.: Москва, 1992.С.150-155.

5. Дальский А.М., Арутюнова И.А., Барсукова Т.М. и др. Технология конструкционных материалов М.: Машиностроение,1985.С.45-48.

Размещено на Allbest.ru

...