Производство отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом

Чугунные печи, мангалы, камины и барбекю из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом для  каминов и печей является конструкционным материалом сочетающим в себе ценные свойства углеродистой стали и чугуна. Технологическия производства печей, каминов, барбекю и мангалов из высокопрочного чугуна с шаровидным графи­том заключается во вводе в жидкий чугун магния или его сплавов.

Прочность такого чугуна в 1,5…2 раза выше прочности се­рого чугуна. В отличие от серого и модифицированного чугу­нов, чугун с шаровидным графитом определенных марок обладает довольно высокими пластическими свойствами. Поэтому чугунные печи из такого чугуна отличаются повышенными характеристиками служебных свойств.

Высокопрочный чугун, получаемый на заводе, имеет вы­сокие устойчивые показатели механических свойств, отвечаю­щие требованиям ГОСТа 7293—54. Поэтому камины и элементы барбекю, выполненные из такого чугуна служат более 50 лет. Предел прочности при рас­тяжении чугуна в литом состоянии, в подавляющем большин­стве случаев, составляет 52…58 кг/мм², достигая в отдельных случаях 70 кг/мм², а чугуна, подвергнутого термической обра­ботке, 40…53 кг/мм², достигая в отдельных случаях 58 кг/мм². Относительное удлинение чугуна с шаровидным графитом со­ставляет: в литом состоянии 1,5…4%, в отдельных случаях 9%, в отожженном состоянии 8…16%, достигая макси­мума 24%.

Ударная вязкость достигает величины 1,5…5 кгм/см², в от­дельных случаях 12…18 кгм/см².

На Ново-Краматорском машиностроительном заводе изго­товление отливок из высокопрочного чугуна началось в 1950 г. Совместно с ЦНИИТМАШ освоено производство отливок из высокопрочного чугуна черновым весом от 10 кг до 12 т, с толщиной стенок от 15 до 300 мм.

Как показал опыт завода, детали из высокопрочного чу­гуна во многих случаях весьма эффективно заменяют сталь­ные литые и даже кованые детали.

Конструкторы проектируют изготовление из высокопроч­ного чугуна деталей ковочных машин, углеразмольных мель­ниц, экскаваторов, прокатного, горнорудного оборудования и конечно же камины, печи и мангалы. Так, отливаются из высокопрочного чугуна ранее изготов­лявшиеся из стали зубчатые венцы углеразмольных мельниц, колеса, барабаны экскаватора ЭШ 4-40. Из высокопрочного чугуна отливаются восьмиметровые балки коробчатого сече­ния весом 5, 1 г, плитовины весом 9 т, рамы весом 4 т, тор­мозные шкивы весом 1 г, диски весом 0,75 г и много других деталей.

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом для печей и барбекю получают обработкой исходного жидкого чугуна чистым магнием в ко­личестве 0,3…0,7% и 75%-ным ферросилицием в количестве 0,5…0,7 % от веса жидкого металла. Исходный чугун должен иметь следующей химический состав: С 3,2…3,6 %; Si 2,0…2,8 %; Мn 0,4…0,8%; Р < 0,10%; S < 0,15%.

В условиях НКМЗ для производства печей и каминов освоены следую­щие марки высокопрочного чугуна:

В случае, если производятся мангалы, химический состав чугуна марки ВЧ 50-1,5 в зависимости от толщины стенки отливки должен быть, согласно заводской нормали, следующий:

Химический состав чугуна марок ВЧ 45-5 и ВЧ 40-10 в за­висимости от толщины стенки отливки должен быть, по завод­ской нормали, следующий:

Состав применяемой шихты при выплавке исходного (для последующего модифицирования) чугуна (в %):

Лом для производства чугунных печей и каминов должен быть с низким содержанием фосфора и мар­ганца.

Важнейшим условием получения в чугуне шаровидного графита, а, следовательно, и стабильных высоких механиче­ских свойств чугуна является правильный выбор способа ввода магния в жидкий металл, от которого в значительной мере зависят степень усвоения магния металлом, количе­ство остаточного магния, потери тепла чугуна и т. п. От спо­соба ввода магния, кроме того, зависит вопрос создания без­опасных условий работы обслуживающему персоналу и всем работающим в цехе.

Купить чугунные печи для бани, чугунные мангалы, элементы барбекю и камины вы можете на сайте raslovo-kladka.ru

Ранее при производстве таких изделий, как чугунные банные печи, мангалы, элементы камина или барбекю использовали несколько способов ввода магния в жидкий чугун.

Изначально магний вводили в открытый ковш, помещенный в камере. Однако, такая технология не позво­ляет значительно расширить производство чугунных печей из высокопрочного чу­гуна этим способом. Большая затрата времени на транспорти­ровку ковша в камеру и обратно приводит к значительным потерям тепла чугуна, что затрудняло заливку тонкостенных деталей, котороми насыщены чугунные печи и камины. В печном литье, произведенном таким образом, наблюдались дефекты в виде спаев и усадочных раковин. Кроме того, вследствие незначительного усвоения магния чугуном графит, наряду с шаровидной фор­мой, имел смешанную и пластинчатую форму, в результате чего механические свойства чугуна печей, каминов и  барбекю были низкими и не всегда отвечали требованиям заводской нормали. Процесс модифи­цирования сопровождался большими выбросами металла из ковша, выделением газов и значительным световым эффектом, что помимо нарушения правил техники безопасности, затруд­няло выдачу ковша из камеры я выводило из строя механизм поворота ковша.

Чугунная банная печь "Гефест"  - пример выполненногоиз подобного высокопрочного чугуна изделия. .

Банная чугунная печь "Гефест-01"	Банная чугунная печь "Гефест-02"	Банная чугунная печь "Гефест-03"	Банная чугунная печь "Гефест-01" вид сверху	Банная чугунная печь "Гефест-03" схема сборки

Постепенно произошел отказ от этого способа и переход на другой способ ввода магния в жидкий чугун — непосредствен­но в копильник вагранки (по опыту Сызранского завода тя­желого машиностроения).

Для этого в чугунолитейном цехе "Раслово-Кладка" были оборудованы спе­циальными приспособлениями четыре копильника вагранок производительностью 6; 10 (две вагранки) и 15 т/час. Коли­чество обрабатываемого магнием чугуна в копильнике состав­ляет соответственно 3; 7 и 10 т. Приспособление представляет собой смонтированную над копильником вагранки телескопи­ческую трубу диаметром 400 мм, служащую для направления колокола и отвода образующихся газов в шахту вагранки выше завалочного окна. Внизу труба заканчивается конусной крышкой с жестко прикрепленной к ней штангой с колоколом. Подъем и опускание приспособления осуществляются элекцротельфером. Управление производится с безопасного места. Копильник вагранки закрыт стационарной крышкой, имею­щей в центре отверстие для ввода колокола. Во время обыч­ной плавки это отверстие закрывается съемной футерованной крышкой, которая перед модифицированием снимается кран-балкой и отводится в сторону. При обычной плавке приспособ­ление находится в крайнем верхнем положении на упорах, в рабочем состоянии оно находится в крайнем нижнем положе­нии, при этом колокол опускается до дна копильника, а ко­нусная крышка закрывает отверстие.

Во время реакции имеют место значительные выбросы ме­талла из копильника и выделение газов, так как указанная конструкция приспособления не обеспечивает необходимой герметичности копильника. Это не дает возможности про­водить многократную обработку чугуна магнием в течение смены.

Попытки создать герметичность копильника путем увели­чения веса крышки, уменьшения количества обрабатываемого чугуна и проведения других мероприятий не привели к поло­жительным результатам.

	Чугунная печь под казан

Таким образом, в условиях чугунолитейного цеха "Раслово-Кладка" способ обработки чугуна магнием в копильнике вагранки при производстве чугунных печей, каминов, барбекю и мангалов огра­ничивает возможности увеличения выпуска литья из высоко­прочного чугуна.

В настоящее время, наряду со способом обработки чугуна магнием в копильнике вагранки, специалисты "Раслово-Кладка" применяется но­вый способ производства чугунных печей и барбекю. По этому способу обработку чугуная производят без при­менения колокола в герметически закрытом ковше под дав­лением паров магния, образующихся при взаимодействии маг­ния с расплавленным металлом. Новый способ ввода магния значительно упрощает и удешевляет производство высокопрочного чугуна, обеспечивает спокойный ход реакции без выпле­скивания чугуна, без светового эффекта и выделения дыма.

При этом способе жидкий чугун через горловину заливают в полость ковша до определенного уровня. Металлический магний укладывают в стакан, при­крепляемый к корпусу ковша и прижимаемый для создания герметичности специальными зажимами. Полость стакана сое­диняют с полостью ковша специальным каналом. После наполнения ков­ша жидким чугуном на горловину устанавливают крышку, для герметичности закрепляемая специальными зажимами. Контакт между жидким чугуном и магнием осуществляется через канал при повороте ковша в рабочее положение.

Под влиянием высокой температуры жидкого чугуна маг­ний расплавляется и испаряется, пары магния проходят через толщу металла и создают в свободном от металла объеме ков­ша избыточное давление, являющееся одним из необходимых условий для более спокойного протекания процесса и повы­шенного усвоения магния жидким чугуном.

При модифицировании чугуна для печей и барбекю в закрытом герметизирован­ном ковше на первой стадии неустановившегося давления про­цесс протекает аналогично процессу в открытом ковше. Но ввиду ограниченного свободного от металла объема ковша даже в первый момент не происходит разбрызгивания метал­ла и выделения дыма. Вследствие отсутствия свободного до­ступа воздуха горение магния и образование дыма при сгора­нии его паров незначительны. Вскоре в ковше устанавливает­ся давление, образуемое скопившимися над поверхностью жидкого чугуна парами магния. Давление на поверхности жидкого чугуна вызывает повышение температуры кипения магния, в результате чего замедляются процессы нагревания магния до новой повышенной температуры кипения, а также парообразования и дальнейшего перегрева паров магния при прохождении через толщу чугуна. Поэтому происходит более спокойное протекание процесса модифицирования.

Все это позволяет значительно уменьшить количество расходуемого для производства мангалов и барбекю магния и тем самым снизить потери тепла чугуна на расплавление и испарение избытка магния. Кроме того, умень­шается количество образующихся газов (в основном взвеси окиси магния). Оставшееся небольшое количество взвеси оки­си магния успевает осесть в шлак до открывания крышки ковша, вследствие чего совершенно не требуется устройства для отвода газов.

В настоящее время в чугунолитейном цехе "Раслово-Кладка" для производства чугунных печей и каминов используют герметизированные ковши емкостью 1700 кг и 5000 кг. Необходимо указать, что номинальная емкость этих ковшей соответственно 1200 кг и 3000 кг при футеровке шамотным кирпичом в два ряда. Производственные плавки с проведением замеров давления в ковшах (обычно давление 2,5…3,5 ат) показали возмож­ность безопасной работы ковшей, футерованных шамотным кирпичом в один ряд (65 мм), что и позволило увеличить их емкость.

Производственная эксплуатация ковшей показала, что футеровка работает надежно и может выдержать большое количество плавок. Выход из строя футеровки ковша происходит вслед­ствие его зашлакования Обычно, при соблюдении темпе­ратурного режима (обработка чугуна при температуре не ниже 1350…1370°) и тщательной очистке от шлака поверх­ности металла перед вводом магния и перед (разливкой в фор­мы ковш работает в течение 20…30 плавок без заметного зашлакования.

Стаканы футеруются вставными стержнями, изготовлен­ными из стержневой смеси следующего состава (в весовых ча­стях): кварцевый песок — 88, уголь АШ молотый — 12, жидкое стекло (удельный вес 1,47…1,50, модуль 2,2…2,5) — 7,5.

Физико-механические свойства указанной смеси должны удовлетворять следующим требованиям:

• прочность на сжатие в сыром состоянии 0,10…0,15 кг/см²;
• прочность на разрыв в сухом состоянии не менее 8 кг/см²;
• влажность 4,4…5,5%.

Крышка горловины футеруется огнеупорным раствором, применяемым при кладке ковша.

Для получения высокопрочного чугуна с шаровидным гра­фитом в герметизированных ковшах применяется исходный ваграночный чугун того же состава, что и применяемый при получении высокопрочного чугуна в копильнике вагранки. Ре­комендации, относящиеся к подбору шихтовых материалов по содержанию фосфора и марганца, а также углерода и крем­ния, в зависимости от толщины стенки отливаемых деталей и марки получаемого чугуна полностью относятся и к новому способу модифицирования в герметизированных ковшах.

Анализ производственных плавок чугуна для печей и каминов с обработкой его в герметизированных ковшах показывает значительные пре­имущества способа обработки чугуна магнием в герметизиро­ванных ковшах по сравнению с обработкой его в открытых ковшах и копильниках:

1. значительно повышается процент усвоения магния жидким чугуном, который составляет 40…70% вместо 10…25% (при вводе магния в колоколах в открытый ковш н в копильник);
2. меньше снижается температура жидкого чугуна при об­работке магнием в герметизированном ковше; снижение со­ставляет лишь 50…60° вместо 60…100° при вводе магния в открытый ковш и в копильник;
3. достигаются устойчивые результаты обработки чугуна магнием;
4. устраняются выбросы металла, выделение дыма и га­зов, обеспечиваются санитарно-гигиенические условия работы в цехе без применения специальных защитных или вентиляционно-вытяжных устройств;
5. в 1,5…2 раза снижается расход магния (применяется 0,25…0,35% от веса жидкого металла вместо ранее применяв­шихся 0,5…0,7%);
6. отпадает необходимость изготовления и применения сварных, литых из стали, штампованных колоколов;
7. возможна многократная обработка чугуна в течение смены.

Предварительные экономические подсчеты показывают возможность снижения себестоимости тонны годного литья из высокопрочного чугуна при переходе со способа ввода магния в копильник на новый способ ввода магния в герметизирован­ных ковшах на 100…170 руб.

В настоящее время проводится работа по освоению произ­водства шаботов и других крупных отливок из высокопрочного чугуна. Для этого изготовляются герметизированные ковши емкостью 10 и 30 г.

Многолетний опыт завода позволяет сделать следующие выводы:

1. модифицирование 75%-ным ферросилицием является простым и надежным способом повышения качества чугуна;
2. высокопрочный чугун с шаровидным графитом, соче­тающий высокие прочностные и пластические свойства, позво­ляет заменять целый ряд стальных литых и кованых деталей;
3. наиболее эффективным способом обработки чугуна маг­нием в настоящее время является способ обработки чугуна в герметизированных ковшах.

ЛИТЕРАТУРА

1. А. А. Василенко, И. С. Григорьев. Модифицирование чу­гуна. Киев, 1950.
2. Н. Г. Гиршович. Чугунное литье. Металлургиздат, 1949.
3. Б. С. Мильман. Высококачественный модифицированный чугун. Машгиз, 1945.