способ получения отливок из предварительно обработанного расплава металла

Формула изобретения

1. Способ получения отливок из расплава металла, в частности из ковкого чугуна с компактным графитом, включающий заливку в печь для кондиционной обработки, имеющей впускной и выпускной каналы, предварительно обработанного расплавленного металла, разливку металла из печи через выпускной канал, отличающийся тем, что после простоя в производстве отливок расплав металла из выпускного канала вытесняют в печь путем снижения уровня расплава металла в выпускном канале до уровня ниже уровня металла в печи, добавляют в печь модификатор структуры и/или образования центров кристаллизации для восстановления требуемого содержания модификатора(ов) в расплаве и возобновляют разливку расплава.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют, по существу, закрытую печь для кондиционной обработки.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве модификатора структуры используют магний.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что снижение уровня расплава в выпускном канале осуществляют путем создания вакуума в закрытой печи.

5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что снижение уровня расплава в выпускном канале осуществляют путем создания избыточного давления над расплавом в выпускном канале или воздействия на расплав электромагнитных сил.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что отверстие выпускного канала, расположенное внутри печи, размещают выше отверстия впускного канала, расположенного внутри печи.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что расплав металла вытесняют из выпускного канала в печь и операцию по восстановлению центров кристаллизации и /или содержания модификатора в расплаве осуществляют только в конце простоя, в частности, в течение последних 30 с до возобновления разливки.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что расплав металла вытесняют из выпускного канала в печь и операцию по восстановлению центров кристаллизации и/или содержания модификатора в расплаве повторяют перед возобновлением разливки, в частности, от 2 до 5 раз.

9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что повторное восстановление центров кристаллизации и/или содержания модификатора в расплаве осуществляют только путем повторного смешивания расплава из выпускного канала с расплавом печи, в частности, от 2 до 5 раз.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения предварительно обработанного расплава металла для разливки металла.

В патенте Швеции N 9304347-9 описан способ непрерывного или полунепрерывного литья чугуна с уплотненным графитом (CGI), в котором в расплав чугуна добавляют модификатор структуры перед подачей в закрытую печь для кондиционирующей обработки с впускным и выпускным каналами, например, герметичную раздаточную печь. В процессе работы количество расплава чугуна поддерживают в заданных пределах путем периодической замены выпускаемого из печи для кондиционирующей обработки компенсирующим количеством расплава чугуна из реактора. В расплав чугуна в реакторе и необязательно в печи для кондиционирующей обработки в качестве модификатора структуры добавляют магний. Предпочтительный вариант этого известного способа изображен на фиг. 1.

Избыточное давление в печном пространстве 16 можно регулировать для обеспечения регулирования потока расплава через выпускное отверстие 13, выполненное в желобе 9. В случае продолжительных остановок избыточное давление снимается с тем, чтобы расплав 5 в желобе 9 втягивался обратно в печь 16 и уровень расплава во впускном и выпускном каналах сохранялся таким же, как уровень расплава в камере печи 16, как показано пунктирной линией на фиг. 1. При этом скорость потери магния снижается. Потери магния из расплава в камере печи могут быть рассчитаны и компенсированы путем загрузки магниевого прутка 6 через вентиль для загрузки магния 19 перед повторным запуском печи.

Однако расплав в выпускном канале будет относительно быстро терять магний вследствие испарения и окисления, поскольку выпускной канал открыт в атмосферу. Кроме того, в расплав в выпускном канале нельзя повторно загрузить магний. Вследствие этого первые отливки, полученные после остановки, должны отбраковываться, поскольку они не имеют требуемой структуры.

Из патента SE-328673 известен способ защиты расплава в выпускном и впускном отверстиях путем продувки инертным газом. Однако этот способ только до некоторой степени снижает потери магния и не обеспечивает возможность получения хороших первых CGI отливок.

Задачей настоящего изобретения является решение проблемы, касающейся потери (снижения содержания) модификаторов структуры и/или образования центров кристаллизации в выпускном канале печи для кондиционирующей обработки, а также повышение выхода отливок со структурой модифицированного расплава металла.

Характеристика изобретения дана в пункте 1 формулы изобретения, и в пунктах 2-8 даны характеристики предпочтительных вариантов изобретения.

В соответствии с настоящим изобретением поставленная задача решается тем, что в способе получения отливок из расплава, включающем заливку в печь для кондиционной обработки, имеющей впускной и выпускной каналы, предварительно обработанного расплавленного металла, разливку металла из печи через выпускной канал, после простоя в производстве отливок расплав металла из выпускного канала вытесняют в печь путем снижения уровня расплава металла в выпускном канале до уровня ниже уровня металла в печи, добавляют в печь модификатор(ы) структуры и/или образования центров кристаллизации для восстановления требуемого содержания модификатора(ов) в расплаве и возобновляют разливку расплава.

Для осуществления настоящего изобретения на практике могут использоваться различные типы печей для кондиционирующей обработки. В том случае, когда расплав защищен шлаковым слоем или атмосферой экранирующего инертного газа, печь может быть открытого типа. В соответствии с одним из предпочтительных вариантов настоящего изобретения используется закрытая печь для кондиционирующей обработки, которая предпочтительнее также оборудована объединенным средством для создания повышенного давления и вакуума. Печь для кондиционирующей обработки предпочтительнее также оборудована индукционным нагревателем и средством для изменения или определения уровня расплава в выпускном канале.

Способ настоящего изобретения описан ниже более подробно со ссылкой на приложенные чертежи.

Фиг. 1 является изображением схемы известного способа и печного агрегата, пригодного для осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2а, б является изображением печи для кондиционирующей обработки, в которой показаны уровни расплава металла во время простоев в соответствии с настоящим изобретением в сравнении с уровнями расплава металла во время простоя в известном решении.

В случае варианта известного способа, представленного на фиг. 1, сначала приготавливают расплав чугуна 1 в печи 2. В этом случае расплав получают из железного скрапа. Углеродный эквивалент расплава регулируют в печи 2 путем добавления в расплав углерода и стали, как показано на позиции 25. Затем расплав передают в ковш 3, в котором расплав подвергают основной обработке, заключающийся в добавлении магния 11 в чистой форме, включая добавление магния 11 в любой пригодной форме.

После этой основной обработки удаляют из расплава шлак, и расплав транспортируют к печи для кондиционирующей обработки 4 и загружают его в печь, при этом в печи поддерживается атмосфера нагнетаемого под давлением инертного газа; печи такого типа, называемого PRESS-POUR тип, продаются фирмой ABB (например, изделие номер LFR 5 CTO, LFR 10 CTO или LFR 20 CTO). Расплав выпускается из печи регулируемым образом либо путем регулирования избыточного давления в печном пространстве 16 посредством плоского клапана 17 на питающем газопроводе 18, либо посредством стопорного стержня 12, вводимого в выпускное отверстие 13 в желобе 9, либо посредством комбинации этих способов регулирования.

Затем расплав 5 нагревают посредством индукционного нагревательного элемента 22, посредством которого расплав также в некоторой степени перемешивается. Порция чугуна загружается в печь для кондиционирующей обработки 4 и смешивается с уже присутствующим в ней расплавом 5. В случае непрерывного процесса используется около 75% максимальной вместимости печи. Затем по необходимости в печь 4 подается магний.

Магний либо в виде магниевого прутка в стальной оболочке, или в виде стержня 6 загружается в печь 4 через запирающееся отверстие 7, выполненное в кожухе 8 печи. Как и в случае других присадок, добавку магния регулируют по результатам термического анализа отливки чугуна с уплотненным графитом.

Отверстие 7 снабжено плоским клапаном 19. Устройство также включает вытяжную трубу 20, через которую вытягиваются MgO и пары Mg и которая также снабжена клапаном 21, установленным в кожухе 8. В процессе работы клапан 17 открыт для непрерывной подачи газа, тогда как клапаны 19 и 21 заперты.

Когда в печь необходимо ввести Mg пруток 6, давление в печи сначала снижают путем запирания клапана 17 (посредством чего прекращают подачу газа). После этого уровень расплава в желобе 9 опускается до уровня, показанного пунктирной линией. Эта операция занимает около 10 с. Затем открываются клапан 21 в вытяжной трубе 20 и клапан для подачи магния 19, что занимает еще 5 с. Магниевый пруток загружается в печь в течение 30 с. Затем клапаны 19 и 21 запираются, что занимает еще 5 с. Наконец, клапан 17 открывается, и давление повышается до его нормального рабочего уровня, что занимает еще около 20 с. В сумме время, необходимое для загрузки магниевого прутка 6 в печь для кондиционирующей обработки, составляет, следовательно, около 70 с.

Инокулятор 10 подается в желоб 9 печи в соответствии с вышеупомянутыми принципами регулирования сразу же после выпуска металла. Выпуск металла из печи 4 регулируется посредством стопорного стержня 12.

Технологическая цепочка способа заканчивается взятием пробы 14 для термического анализа посредством пробоотборника 23, подробно не описанного в настоящем описании. В иллюстрируемом случае пробу берут в литнике или в стояке литниковой системы 15 литейной формы 14. Для того чтобы результаты анализа характеризовали действительные содержания реагентов в печи, после каждого пополнения печи перед взятием пробы пропускают 4-5 литейных форм. Пробу анализируют посредством компьютера 24, не описанного подробно в настоящем описании; стрелки из пунктирных линий указывают пути информации к компьютеру 24 и от него.

Добавки модификаторов структуры в систему регулируются любым пригодным способом в соответствии с принципами, описанными в патенте Швеции 9304347-9.

На фиг. 2 показаны уровни расплава металла во время более длительных простоев или остановок в процессе разливки, где ₀ характеризует уровень металла в печи для кондиционирующей обработки и h₁ характеризует уровень металла в выпускном канале. В известном способе (фиг. 2а) h₁ = h₀ достигается путем снятия избыточного давления с печной камеры, при этом перед возобновлением работы расплав в выпускном канале не может быть реактивирован. Как видно из фиг. 2б, согласно изобретению, h₁ меньше, чем h₀, то есть расплав, находящийся в желобе и в выпускном канале, оттесняется обратно в печь для кондиционирующей обработки. Следовательно, он может быть реактивирован путем повторной загрузки требуемого количества модификатора структуры и/или образования центров кристаллизации, например, магния, перед возобновлением операций разливки.

В случае, когда печь является закрытой печью, имеющей объединенные средства создания вакуума и избыточного давления, как схематично показано на фиг. 2б, в печной камере может создаваться вакуум для всасывания расплава из выпускного канала в печь. За счет размещения внутреннего отверстия выпускного канала выше внутреннего отверстия впускного канала, последний также будет действовать в качестве жидкостного затвора у нижнего уровня металла (h₁) в выпускном канале. Расплав, всасываемый обратно в печь из выпускного канала, также может использоваться для передачи поступающего тепла объему металла.

Способ особенно удобен для получения обработанного магнием чугуна, в частности, чугуна с уплотненным графитом (CGI), имеющим более низкое содержание модификатора структуры, чем ковкий чугун. Если планируются слишком длительные простои, для реактивации расплава достаточно осуществить способ в конце остановки как раз перед началом работы.

Для регулирования высоты уровня расплава металла в выпускном канале можно использовать большинство обычно используемых методик определения уровня металла. Кроме того, давление вакуума может быть использовано не только для регулирования уровня металла, но и для определения самого нижнего допустимого уровня расплава в выпускном канале, например, когда h₁ равно высоте уровня выпускного отверстия в печи, и в печь будет всасываться воздух.