способ получения отливки

Формула изобретения

Способ получения отливки в виде композиционного изделия для загрузки в вагранку, включающий загрузку в форму твердых тел с образованием зазоров между ними и без перемещения твердых тел в форме, заливку жидкого материала в форму, заполнение им свободного пространства между твердыми телами и затвердевание материала, отличающийся тем, что форму выполняют в виде обратного усеченного конуса, в форму загружают в качестве твердых тел куски кокса, закрывают форму крышкой с выполненной в ней литниковой системой и заливают в форму в качестве жидкого материала чугун, связывающий куски кокса с образованием разнородного композиционного изделия.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемый способ относится к металлургии и может быть применен для получения разнородных отливок.

Известны способы получения отливок из однородных материалов (Литейное производство. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1987, с.85-121). В собранную форму заливают расплавленный материал, который может быть чугуном, сталью, сплавом цветных металлов, а после затвердевания материала в форме производят удаление отливки из формы, очистку отливки и, при необходимости, термообработку. Недостатками этих способов является повышенная трудоемкость изготовления отливок, большие требования к качеству, однородности и прочности материала отливок, сложность получения отливок из композиционных материалов.

Известны способы получения металлов и сплавов, армированных волокнами (Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. 2-изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1980, с.429-431). Изготовление металлических композиционных материалов осуществляется пропиткой волокнистых упрочнителей расплавом матричного материала. Использование армированных сплавов в качестве матрицы композиционных материалов с армированием стальной проволокой, борволокном и углеволокном - особая область применения алюминиевых сплавов (Промышленные алюминиевые сплавы: Справ. изд. / Алиева С.Г., Альтман М.Б., Амбарцумян С.М. и др. 2-е изд., перераб. и доп. М-.: Металлургия, 1984, с.505-506).

К таким изделиям предъявляют жесткие требования: стойкость и надежность в эксплуатации, стабильность технологического процесса изготовления, отсутствие пор, щелей и неблагоприятных интерметаллидов, защита торцов и отверстий под крепеж. Способы получения композиционных материалов дорогие, трудоемкие, малопроизводительные.

Ближайшим аналогом является способ получения отливки, включающий загрузку в форму до заливки жидкого материала твердых тел с образованием зазоров между ними (свободного пространства), заливку жидкого материала в форму, заполнение материалом зазоров (свободного пространства) между твердыми телами, затвердевание материала и создание заданного разнородного композиционного изделия (JP 51-19808, B22D 19/08, 21.06.1976, реферат).

Однако по этому способу не решается проблема получения разнородных композиционных изделий на основе чугун-кокс для загрузки в вагранку, использование малоценных отходов кокса для эффективного использования их при плавке чугуна.

Техническим результатом предлагаемого способа является эффективное использование отходов, снижение энергозатрат при получении разнородной отливки, получение отливки в виде композиционного изделия на основе отходов кокса для загрузки в вагранку.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что разработан способ получения отливки в виде композиционого изделия для загрузки в вагранку, включающий загрузку в форму твердых тел с образованием зазоров между ними и без перемещения твердых тел в форме, заливку жидкого металла в форму, заполнение им свободного пространства между твердыми телами и затвердевание материала, отличающийся от известных тем, что форму выполняют в виде обратного усеченного конуса, в форму загружают в качестве твердых тел куски кокса, закрывают форму крышкой с выполненной в ней литниковой системой и заливают в форму в качестве жидкого материала чугун, связывающий куски кокса с образованием разнородного композиционного изделия.

Предложенный способ может использоваться для получения разнородных композиционных изделий чугун-кокс, причем кокс загружают в форму в виде кусков. Но геометрическая форма твердых тел, загружаемых в форму, может быть различной, например в виде шаров, цилиндров, трубок, конусов, пирамид, параллелепипедов, кубов, многогранников, колец, шаровых секторов, сегментов, одинаковых и разных по форме и размерам, в требуемом сочетании и расположении. Твердые тела, загружаемые в форму, могут быть неправильной, случайной геометрической формы, например в виде кусков с требуемыми габаритными размерами. Тела с правильной геометрической формой могут сочетаться с телами в виде кусков. Загружаемые в форму твердые тела, в зависимости от назначения получаемых разнородных отливок, могут быть углеродсодержащими, из огнеупорных, теплоизоляционных, стеклянных изделий и кусков, раздробленных изделий. Расплавленный жидкий материал, заливаемый в форму, может быть чугуном, сталью, сплавами цветных металлов. Формы могут быть разрушаемыми после затвердевания отливки и неразрушаемыми, постоянными.

Способ осуществляется следующим образом. В форму, которая может быть песчаной (разрушаемой после получения отливки) или постоянной (металлической, неметаллической, керамической), загружают твердые тела правильной геометрической формы или в виде кусков твердых, плотных, монолитных или пористых, вспененных материалов (пемзы). Загрузка этих тел в форму может производиться вручную с расположением тел в случайном порядке или путем укладки тел в требуемом порядке. Загружать форму телами можно и с помощью механизированных устройств (дозаторов, вибролотков, манипуляторов). Твердые тела загружают и располагают в форме так, чтобы между этими телами образовывались зазоры и создавалось бы свободное пространство (пустоты), что достигается путем подбора формы и размеров твердых тел, сочетания разнообразных тел, например тел правильной геометрической формы и неправильной (в виде кусков твердых материалов), требуемой укладки твердых тел в форме. Твердые тела размещают в форме так, чтобы при заливке жидкого материала в форму тела не могли бы изменять свое расположение, перемещаться, уменьшать свободное пространство в форме. Объем пустот между твердыми телами в форме должен быть от 5 до 60%. При объеме пустот в форме меньше 5% жидкий материал не связывает все твердые тела и не получается сплошная композиционная отливка, а при объеме больше 60% трудно подобрать такие твердые тела по форме и размерам, чтобы эти тела не перемещались в форме при заливке жидкого материала. Объемы пустот могут быть одинаковыми и различными в разных частях формы. После загрузки твердых тел в форму производят сборку формы и в форму заливают расплавленный жидкий материал. Этим жидким материалом, который должен иметь требуемый состав, высокую жидкотекучесть, повышенную температуру (на 50-200 градусов выше, чем для случая получения плотной отливки), заливают заполненную твердыми телами форму. Жидкий материал заполняет свободное пространство между твердыми телами, связывает твердые тела. После затвердевания залитого в форму материала получают разнородное композиционное изделие, которое используется после извлечения из формы.

Сочетание новых признаков с известными позволяет упростить процессы и оборудование по сравнению с прототипом, уменьшить в 3-4 раза трудоемкость, повысить в 2,5-6 раз производительность, уменьшить в 2-3,5 раза стоимость, эффективно использовать отходы, снизить в 1,8-4,5 раза энергозатраты при получении предложенным способом разнородной отливки по сравнению с известными способами.

Пример осуществления способа

В металлическую, чугунную форму, выполненную в виде обратного усеченного конуса, загрузили кусочки кокса так, что между этими кусочками кокса образовалось свободное пространство, но эти кусочки не могли перемещаться в форме. Форму закрыли чугунной крышкой, в которой была выполнена литниковая система, а затем в форму залили жидкий чугун, который заполнил свободное пространство между кусочками кокса, связал твердые кусочки, затвердел и образовал разнородное композиционное изделие. В качестве твердых тел, загружаемых в форму, использовался отсев ваграночного кокса, который обычно был отходом производства, а заливаемый в форму жидкий чугун был остатком в ковшах, который выливали в изложницы для последующей переплавки в вагранке. Полученные разнородные отливки из кокса, облитого чугуном, предназначались для загрузки в вагранку вместе с ваграночным коксом. В зоне плавления вагранки чугун разнородных отливок оплавлялся, а кокс сгорал по мере оплавления отливки, при этом не образовывалось коксовой пыли, а в связи с уменьшением пор и повышением плотности топлива в отливке горение кокса происходило полнее, что способствовало повышению температуры в вагранке на 50-150 градусов и термического коэффициента полезного действия плавильного агрегата на 10-15%. Улучшались экологические условия в связи с уменьшением пыли и угарного газа в ваграночных газах. Эффективность также достигалась в связи с полезным использованием отсевов ваграночного кокса.

Предложенный способ может быть использован и для получения разнородных материалов холостой огнеупорной колоши газовой вагранки. Куски кокса, боя графитовых электродов, высокоглиноземистых и шамотных огнеупоров после загрузки в форму и облива расплавленными шлаком или чугуном становятся изделием с заданными формой и размерами для ведения оптимального ваграночного процесса на газообразном топливе. Использование отходов для загрузки в форму и полезное применение полученных разнородных литых изделий делает ваграночный процесс экономичнее на 20-30%.

При загрузке в форму кусков шамота-легковеса и облива их жидким чугуном получали прочные, но обладающие теплоизоляционными свойствами изделия для строительных сооружений.

Предлагаемый способ можно применять для получения отливок строительного, теплозащитного, инструментального, художественного назначения.

При загрузке в форму кусков, разбитых, не применяемых в производстве, изношенных наждачных кругов и изделий, и заливке в форму чугуна или расплава неметаллических материалов получаются износостойкие изделия. Загрузка в форму битых керамических изделий и естественных камней и облив их расплавленным алюминиевым сплавом позволяет получать литье с повышенными теплостойкостью, изоляционными свойствами, износостойкостью.

Во всех случаях применения предложенного способа достигается простота, дешевизна, универсальность, разнообразие, высокая производительность (на 30-50%), безопасность по сравнению с существующими способами.

Предлагаемый способ обеспечивает технический эффект и может быть осуществлен с помощью известных в технике средств.