Литейная форма с термитной прибылью

Изобретение относится к литейному производству. Литейная форма содержит литниково-питающую систему с прибылью, в которой размещена металлотермическая шихта. Металлотермическая шихта спрессована до плотности 2300-4000 кг/м3. Прессовка имеет форму трапеции и установлена в полости прибыли меньшим основанием к ладу литейной формы. В прессовке выполнено вертикальное отверстие, составляющее 30-50% от ее объема. При заливке стали в форму происходит сгорание металлотермитной смеси. Образующаяся жидкая термитная сталь требуемого химического состава смешивается со сталью, залитой в форму, и питает отливку. Образующиеся газы удаляются из формы через отверстие и выпор. Обеспечивается сокращение расхода жидкой стали на прибыли и повышение выхода годного литья. 1 ил.

 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к литниковым системам для заливки форм, и может быть использовано в машиностроительной отрасли.

По авт. св. СССР №588054 известна литейная форма, в которой термитной смесью заполнено 60-70% объема огнеупорной оболочки, установленной в прибыльной части верхней полуформы литейной формы. Нижняя часть огнеупорной оболочки выполнена в виде разделительной пластины, изготовленной из смеси с повышенной огнеупорностью. В разделительной пластине имеется питающее отверстие для сообщения с тепловым узлом отливки, перекрытое стальной пластиной толщиной 0,5-1,0 мм. В процессе заливки литейной формы жидкий металл прожигает стальную пластину, и в результате контакта с жидким металлом термитная смесь сгорает, производя перегрев поступившего в прибыль жидкого металла, а образовавшийся термитный металл, смешиваясь с поступившим в прибыльную зону жидким металлом, питает отливку. При этом термитный шлак, всплывший на поверхность жидкого металла в прибыли, образует теплоизоляционный слой.

Реализация данного изобретения позволяет уменьшить расход смеси термита с металлом.

Однако рассматриваемый аналог имеет ряд недостатков, препятствующих получению требуемого технического результата.

Литейная форма по аналогу снабжена огнеупорной оболочкой, состоящей из набора элементов, требующих материальных и временных затрат для их изготовления и простановки в форму, существенно осложняя конфигурацию последней. Термит присутствует в форме в виде смеси, что может привести к механическому засору литейной формы компонентами смеси.

Наиболее близким по технической сути к достигаемому результату является литейная форма [В.А.Новохацкий, А.А.Жуков, Ю.И.Макарычев. Малоотходная технология производства стальных отливок с экзотермическими прибылями. - М.: Машиностроение, 1986. С.16-24], принятая за прототип. Форма предназначена для получения стальных отливок с использованием прибылей с высоким температурным градиентом. Литейная форма включает полость прибыли, в которую засыпают специальную металлотермическую шихту, состоящую из железоалюминиевого термита (22% алюминиевого порошка, 52% окалины, 2% плавикового шпата, 19% молотого шамота, 5% формовочной глины), ферросплавов и других материалов. Для того чтобы частицы металлотермической шихты не осыпались в полость формы, прибыльная часть формы с металлотермической шихтой отделена от полости формы разделительной металлической пластиной. Расплав жидкой стали поступает в полость формы через литниково-питающую систему и вступает в контакт с разделительной металлической пластиной, в результате чего последняя нагревается и посредством теплопроводности передает тепло металлотермической шихте. Температура расплава жидкой стали, поступающей в форму, позволяет воспламенить металлотермическую шихту прибыли; начавшееся горение протекает быстро, в течение нескольких секунд распространяясь на весь объем термитной смеси, и проходит по реакции:

2Аl+Fе2О3=2Fe+Al2О3+Q'p, Q'p=854 кДж

При сгорании этой смеси (т.е. прохождении окислительно-восстановительной реакции) образуется жидкая термитная сталь требуемого химического состава с температурой выше 2400 К, которая расплавляет разделительную металлическую пластину, смешивается со сталью, поступающей в прибыль при заливке формы, перегревает и питает отливку.

Практическое использование этой литейной формы позволяет: сократить расход жидкой стали на прибыли и повысить выход годного литья; рационально использовать железную окалину, являющуюся технологическим отходом металлургического производства.

Однако рассматриваемый прототип литейной формы с использованием прибылей с высоким температурным градиентом имеет ряд недостатков, препятствующих получению требуемого технического результата.

Реализация прототипа требует значительной емкости прибыли для засыпки термитной смеси, что увеличивает объем формы; наличия в форме разделительной металлической пластины. В случае отсутствия или неполного прохождения термической реакции термитная смесь, попадая в жидкий металл после расплавления разделительной металлической пластины, может привести к структурным различиям тела отливки и подприбыльной зоны, механическому засору формы, возможному появлению усадочных дефектов, что снижает качество литья.

Эти недостатки устраняются предлагаемым техническим решением. Задача, решаемая заявленным изобретением, заключается в возможности использования в литейной форме прибыли, полученной прессованием термитной смеси, что сокращает объем прибыльной части формы, при этом устанавливать в форму огнеупорную оболочку с разделительной металлической пластиной не требуется, поэтому термическая реакция активируется при непосредственном контакте материала прибыли с расплавленным металлом, поступающим в форму, что снижает вероятность отсутствия термической реакции. При этом устраняется возможность появления засора, что приводит к повышению качества литья.

Сущность заявленного изобретения заключается в том, что литейная форма содержит прибыль, выполненную прессованием металлотермической шихты до плотности 2300-4000 кг/м3, в которой выполнено вертикальное отверстие, составляющее 30-50% от ее объема и имеющее в вертикальном сечении вид трапеции, расположенной меньшим основанием к ладу формы.

Указанный технический результат достигается заявленным изобретением, включающим литниково-питающую систему с прибылью из термитной смеси, устанавливаемую в соответствующую полость литейной формы, выполненную прессованием металлотермической шихты до плотности 2300-4000 кг/м3, имеющую в вертикальном сечении вид трапеции, расположенной меньшим основанием к ладу формы, в прибыли выполнено вертикальное отверстие, составляющее 30-50% от объема прибыли.

Причинно-следственная связь между существенными признаками и достигаемым техническим решением обеспечивается посредством получения прибыли прессованием термитной смеси и более стабильным прохождением термитной реакции, в результате которой образуется расплав стали. В данном случае исключается возможность неполного прохождения окислительно-восстановительной реакции и появления структурных различий тела отливки и подприбыльной зоны, а также брака отливок в результате механического засора формы. Экономичность процесса обеспечивается снижением объемов форм за счет сокращения емкости прибыли до 7 раз, при этом конструкция прибыли не предусматривает выполнения знаковых частей.

Получение прибыли плотностью более 4000 кг/м3 нецелесообразно, т.к. такая прибыль имеет сколы поверхности, образующиеся вследствие высоких внутренних напряжений. Получение прибыли прессованием порошка термитной смеси до плотности 2300 кг/м3 нецелесообразно вследствие низкой прочности такой прессовки. Объем образующегося в результате термической реакции шлака из материала прибыли определяет диаметр вертикального отверстия для отвода газов и шлака, составляющий 30-50% от объема прибыли. Выполнение вертикального отверстия объемом менее 30% от объема прибыли существенно затруднит отвод газов и шлака, образующихся в результате реакции. Выполнение отверстия объемом более 50% от объема прибыли приведет к снижению стабильности прохождения термитной реакции.

Литейная форма с термитной прибылью поясняется чертежом. На чертеже показано вертикальное сечение формы.

Литейная форма состоит из нижней 1 и верхней 2 полуформ, литниково-питающей системы 3, образующей отливку полости формы 4, полости прибыли 5, прессованной прибыли 6 с сечением в виде трапеции с вертикальным отверстием 8, составляющим 40% от объема прибыли и выпора 7. Прибыль формы получена прессованием до плотности 3100 кг/м3 металлотермической шихты, образованной в результате механического смешивания железоалюминиевого термита (22% алюминиевого порошка, 52% окалины, 2% плавикового шпата, 19% молотого шамота, 5% формовочной глины), ферросплавов и других материалов, необходимых для получения отливки требуемого химического состава.

Литейную форму с термитной прибылью применяют следующим образом.

Прибыль трапециевидного сечения 6 устанавливают на модельной плите и заформовывают верхнюю полуформу 2, при этом прибыль располагают меньшим основанием к ладу формы. Такое расположение прибыли 6 в форме 4 обусловлено необходимостью увеличения потребления тепла телом отливки, образующейся в форме 4 при затвердевании расплава жидкого металла. Собранную форму с заформованной прибылью заливают расплавом стали. Контакт расплава жидкой стали, поступающего в полость формы 4 через литниково-питающую систему, осуществляется с нижней частью прибыли 6. Температура расплава жидкой стали, поступающей в форму 4, позволяет воспламенить прессованную металлотермическую прибыль 6; начавшееся горение протекает быстро, в течение нескольких секунд распространяясь на весь объем прибыли 6, и проходит по реакции:

2Аl+Fе2O3=2Fe+Аl2О3+Q'p, Q'p=854 кДж

При сгорании материала прибыли 7 (т.е. прохождении окислительно-восстановительной реакции) образуется жидкая термитная сталь требуемого химического состава с температурой выше 2400 К, которая смешивается со сталью, поступающей из формы 4 при заливке, перегревает и питает отливку. Образующиеся в результате термитной реакции газы и шлак удаляются из формы 4 через отверстие прибыли 8 и выпор 7.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получать отливки с прогнозируемой структурой при сокращении габаритов формы и емкости формовочных материалов, что достигается посредством использования прибыли, получаемой прессованием металлотермической шихты, состоящей из железоалюминиевого термита (22% алюминиевого порошка, 52% окалины, 2% плавикового шпата, 19% молотого шамота, 5% формовочной глины), ферросплавов и других материалов, из которых изготавливается прибыль формы плотностью 2300-4000 кг/м3. Конструкция литейной формы не допускает неполного прохождения термической реакции, так как термитная смесь находится в спрессованном состоянии, структурные различия тела отливки и подприбыльной зоны, механический засор формы и усадочные дефекты отсутствуют, что повышает качество литья. Выполнения знаков для крепежа прибыли в верхней полуформе не требуется.

Промышленная применимость разработанной литейной формы с термитной прибылью обуславливается использованием малогабаритных прибылей, состоящих из отходов металлургического производства, исключением затрат на исправление брака отливок; простотой осуществления технологической операции установки прибыли в форму, рациональным использованием отходов производства.

Заявленное изобретение обеспечивает получение дополнительного результата, который заключается в снижении себестоимости литья за счет сокращения объемов формы в результате сокращения объема полости прибыли до 7 раз, а также за счет полноты прохождения окислительно-восстановительной реакции, что устраняет появление брака отливок по недоливу и механическому засору формы.

Литейная форма, содержащая литниково-питающую систему с прибылью и металлотермическую шихту, отличающаяся тем, что металлотермическая шихта спрессована до плотности 2300-4000 кг/м3 и в виде прессовки в форме трапеции установлена в полости прибыли меньшим основанием к ладу литейной формы, при этом прессовка выполнена с вертикальным отверстием, составляющим 30-50% от ее объема.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области литейного производства. .

Изобретение относится к литейному производству, в частности к отливке стальных деталей в разовых песчано-глинистых формах. .

Изобретение относится к литейному производству. .

Изобретение относится к литейному производству. .

Изобретение относится к области металлургии. .

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при литье по выплавляемым моделям. .

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при изготовлении отливок из черных и цветных сплавов. .

Изобретение относится к металлургии цветных и черных металлов и может быть использовано для рафинирования расплавленного металла от газообразных и твердых неметаллических примесных включений.

Изобретение относится к литейному производству. .

Изобретение относится к литейному производству и касается изготовления элементов литниковой системы форм. .

Изобретение относится к области литейного производства

Изобретение относится к области литейного производства

Изобретение относится к литейному производству

Изобретение относится к литейному производству

Изобретение относится к литейному производству

Изобретение относится к металлургии, к литейному производству, в частности к очистке металла от неметаллических включений при производстве отливок из черных сплавов

Изобретение относится к литейному производству. Литниковая система содержит литниковую чашу, вертикальный стояк, зумпф, шлакоуловитель с питателями, дроссель и зумпф-вставку. Зумпф-вставка изготовлена из стержневой смеси и размещена под вертикальным стояком в нижней полуформе. Зумпф-вставка имеет П-образную форму и состоит из центральной и боковых частей. В центральной части зумпф-вставки выполнен зумпф, а с обеих сторон зумпфа на трех внутренних поверхностях зумпф-вставки размещены два дросселя. Дросселя имеют вид треугольных призм и выполняют функцию концентраторов напряжения. Боковые части зумпф-вставки являются частью шлакоуловителя. Вертикальный стояк размещен по центру формы над шлакоуловителем, расположенным по обе стороны вертикального стояка симметрично его оси. Обеспечивается облегчение разделения литниковой системы на части на выбивной решетке. 1 ил.

Изобретение относится к области литейного производства. Литниковая система содержит центральный стояк с расширяющейся нижней частью, горизонтальные литниковые ходы, вертикальный литниковый ход, литниковые питатели отливки, центральный металлоприемник, горизонтальный кольцевой коллектор. Центральный металлоприемник выполнен в форме квадрата и расположен в нижней части литниковой системы. В углах центрального металлоприемника располагаются горизонтальные литниковые ходы, соединяющиеся с вертикальным литниковым ходом. Литниковая система содержит по крайней мере не менее 4 литниковых питателей отливки, расположенных в горизонтальной плоскости под углом от 90 до 0 градусов относительно вектора скорости центробежного вращения формы. Обеспечивается повышение качества пропускной способности металлоприемника и движение расплава без дополнительного сопротивления. 8 ил., 2 табл.

Изобретение относится к литейному производству. Литниковая система содержит приемную чашу 1, вертикальный колодец 2 с дросселирующим элементом 3 и зумпфом 4. От вертикального колодца 2 отходят нижние 5 и верхние 7 питатели, соединенные кольцевыми коллекторами 8. Нижние питатели 5 направлены под углом до 15 градусов к горизонтали, что обеспечивает равномерную скорость заполнения и затвердевания отливок, расположенных вертикально. Верхние питатели 7 обеспечивают выход газов при заполнении и подпитку прибылей отливок горячим сплавом. Обеспечиваются равные условия заполнения и затвердевания каждой лопатки в блоке для получения плотных отливок. 4 ил.

Изобретение относится к литейному производству

Наверх