Металлургические технологии 03 (1)

1.

Металлургические технологии
1

2.

Чайниковый сталеразливочный ковш с верхней разливкой
2

3.

Чайниковый сталеразливочный ковш с нижней разливкой
3

4.

Конструкция сталеразливочного ковша
1 - цапфы; 2 - продольные и поперечные ребра жесткости; 3 - носок; 4 - стопор;
5 - кольцевые ребра жесткости.
4

5.

Конструкция сталеразливочного ковша
1 - крышка фурмы; 2 - шлаковый пояс; 3 - стены; 4 - днище; 5 - арматурный слой;
6 - теплоизоляционный слой; 7 - фурма; 8 - гнездовой блок; 9 - стартовая смесь;
10 - сталеразливочный стакан; 11 - щиберная плита; 12 - стакан-коллектор 5

6.

Внешний вид заливочного ковша
6

7.

Внутренняя поверхность ковша
7

8.

Стопорный механизм (а) и установка в сталеразливочном ковше (б, в)
1 - стопор; 2 - вилка; 3 - ползун; 4 - направляющая; 5 - рычаг; 6 - пружина; 7,8- арматурный
и рабочий слои футеровки соответственно; 9 - стакан; 10 - футеровка дна ковша;
11 - гнездовой кирпич; 12 - упорная шайба; 13 - стержень; 14 - шамотная трубка;
8
15 - пробка

9.

Шиберный затвор в открытом (а) и закрытом (б) положении
1 - гнездовой кирпич; 2 - разливочвый стакан; 3 - неподвижная огнеупорная плита;
4 - подвижная огнеупорная плита; 5 - стакан-коллектор; 6 - шток гидроцилиндра;
9
7 - направляющая рамка; 8 - подвижный шибер; 9 - неподвижный корпус

10.

Основные типы стаканов-дозаторов ковшей
10

11.

Схема устройства для замены стакана-дозатора
11

12.

Схема зарастания канала шиберного затвора в процессе разливки
12

13.

Транспортировка ковша
13

14.

Стенды разогрева ковшей завода «Серп и молот»
14

15.

Стенды разогрева ковшей завода «Серп и молот»
15

16.

Слив шлака
16

17.

Шлаковый желоб
17

18.

Ковш для шлака
18

19.

Слив шлака
19

20.

Схема разливки стали сверху
1 - сталеразливочный ковш; 2 - изложница; 3 - поддон; 4 - стопор
20

21.

Разливка стали из ковша
21

22.

22

23.

Внешний вид изложниц без прибыльной надставки
23

24.

Разливка стали сверху через промежуточные устройства
а - через промежуточный ковш; б - через промежуточную воронку
1 - сталеразливочный ковш; 2 - промежуточный ковш; 3 - стакан; 4 - прибыльная
24
надставка; 5 - изложница; 6 - промежуточная воронка; 7 - подставка

25.

Промежуточный ковш
1 - стопор; 2 - окно для наполнения металлом; 3 - крышка; 4 - корпус ковша
25

26.

Схема сифонной разливки стали
1 - сталеразливочный ковш; 2 - центровая; 3 - прибыльная надставка; 4 - изложница;
5 - поддон; 6 - сифонный кирпич; 7 - стопор
26

27.

27

28.

Преимущества разливки сверху:
─ Меньшая стоимость разливки, упрощенный процесс подготовки оборудования
к разливке
─ Отсутствие потерь металла на литники
─ Пониженная температура металла при разливке
Недостатки разливки сверху:
─ Более низкое качество поверхности из-за наличия плен
─ Большая продолжительность разливки
─ Пониженная стойкость футеровки ковша из-за большей длительности
разливки
28

29.

Преимущества сифонной разливки:
Меньшая длительность разливки из-за одновременной отливки нескольких
слитков
─ Меньшая скорость подъема металла в изложнице, что положительно
сказывается на качестве слитков
─ Отсутствие поверхностных дефектов, вызванных разбрызгиванием струи
металла при ударе о дно изложницы или поддона (отсутствие плен)
Недостатки сифонной разливки:
─ Сложность и повышенная стоимость разливки (расход сифонного кирпича,
необходимость установки дополнительного оборудования - центровых,
затраты труда на сборку центровых и поддонов)
─ Дополнительные потери металла в виде литников (0,7-2,5% от массы стали)
─ Необходимость нагрева металла до более высоких температур, так как сталь
дополнительно охлаждается в футерованных каналах
Выбор того или иного способа разливки, в основном, определяется маркой стали.
Для рядовых марок сталей применяют разливку сверху из-за дешевизны и простоты
способа. Для качественных марок сталей применяют сифонную разливку в связи с
повышенными требованиями к качеству поверхности слитков. Потери металла в виде
скрапа и недоливов при использовании обоих способов составляют 0,6-1,9% от массы
стали. Кроме того, как уже упоминалось выше, при сифонной разливке дополнительно
29
теряется 0,7-2,5% в виде литников

30.

Формы поперечного сечения изложниц
30

31.

Изложницы для кузнечных слитков
Материал - чугун с шаровидным графитом
31

32.

Различные типы слитков
Нормальные слитки имеют форму усеченной пирамиды, поперечное сечение которой
имеет форму в виде 4х, 6ти, 8ми, 12ти многогранника. Из-за условий кристаллизации
крупных слитков сечения могут иметь и большее число граней, вплоть до 24х.
Слитки вакуумно-дугового и электрошлакового переплава имеют круглую или квадратную
(со сглаженными углами) форму поперечного сечения.
32

33.

Примеры слитков
33

34.

Отношение наибольшей длины тела
нормального
слитка
к
среднему
диаметру не превышает 2,5. Однако
слитки большой массы от 300 т. до 500 т.
и более могут иметь это соотношение
меньше 2х и даже до 1го.
Слиток массой 420 тонн (Ижорские заводы)
Конусность нормальных слитков достигает 5 - 70 градусов. Металлургические отходы
таких слитков составляют: с донной части 5 - 8 %, с прибыльной части 18 - 22%. Для
34
легированных сталей соответственно: 7-10% и 20 - 30 %.

35.

35

36.

Для получения длинномерных изделий в
промышленности используются удлиненные
слитки с соотношением длины к диаметру
сечения от 3 до 5. Отходы при отделение от
слитка прибыльной части составляет около
12%, а донной в пределах 1 - 3 %. Химический
состав металла удлинённых
слитков
однороднее, чем у нормальных слитков, из-за
интенсивного теплоотвода при кристаллизации
металл имеет большую плотность, что
позволяет уменьшить уровень деформации для
закрытия пустот и несплошностей слитка. В
отечественной
промышленности
освоена
отливка удлинённых слитков массой до13 тонн.
36

37.

Малоприбыльные или бесприбыльные слитки, отливающиеся в стандартные
изложницы с меньшей на номер прибыльной надставкой или без неё, используются для
получения полых поковок. При этом увеличивается выход годного металла на 7 - 12%.
Полые слитки массой до 120 тонн
используются для получения полых
поковок
типа
тонкостенных
труб,
барабанов, длинномерных втулок и т. д.
Эти слитки получают разливкой в
обычные изложницы, в которые по центру
устанавливаются холодильник с размерами
внутреннего отверстия поковки. С целью
качественной кристаллизации металла
слитка соотношение его длинны к толщине
стенки не должно превышать 4.
Слитки специальной формы позволяют управлять макроструктурой металла ещё
на стадии кристаллизации. Массового распространения не получили в виду
дороговизны оснастки.
Формы поперечных сечений кузнечных слитков
37

38.

Схема процесса кристаллизации
Оси кристаллизации
m – первичная
n – вторичная
k - третичная
Схема роста кристаллов у
стенки изложницы
Схема роста крупного кристалла (дендрита) в центре слитка
38

39.

Этапы формирования слитка
Строение слитка
а – начальное осаждение
кристаллов;
б – образование нижней части
конуса осаждения;
в – завершение формирования
конуса осаждения и образование
зоны внецентренной ликвации;
г – образование зоны V-образной
неоднородности
1 – усадочная раковина;
2 – усадочная рыхлость;
3 – зона плотного зернистого строения;
4 – 5 – зоны мелких и крупных столбчатых кристаллов,
ориентированных перпендикулярно к стенкам изложницы;
6 – зона крупных дендритов, наклонённых
к стенкам изложницы;
7 – зона средних и крупных дендритов,
различно ориентированных;
39
8 – часть слитка с плотным зернистым строением;

40.

Строение слитка спокойной стали
1 - зона мелких равноосных кристаллов; 2 - зона столбчатых кристаллов;
3 - зона крупных равноосных кристаллов; 4 - усадочная раковина
40

41.

Строение слитков кипящей стали
а - механически закупоренного
б - химически закупоренного
1 - наружная корка; 2 - зона сотовых пузырей; 3 - промежуточная плотная зона; 4 - зона
вторичных пузырей; 5 - скопление пузырей; 6 - скопление пузырей и усадочных пустот;
41
7 - «мост» плотного металла

42.

Строение слитков полуспокойной стали
1 - наружная корка слитка; 2 - зона сотовых пузырей; 3 -усадочная раковина; 4 подусадочная рыхлость; 5 - «мост» плотного металла
42

43.

43

44.

Моделирование кристаллизации слитка
44

45.

Непрерывное литьё заготовок
45

46.

Схема машины непрерывного литья заготовок
1 - ковш подачи жидкого металла; 2 - промежуточный ковш; 3 – кристаллизатор;
4 – погружной стакан; 5 – зона вторичного охлаждения; 6 – газовый резак; 7 - тянущие
ролики; 8 - мениск жидкой стали; 9 - защитно-смазывающая шлакообразующая смесь
46

47.

Внешний вид машины непрерывного литья заготовок
47

48.

Разливка через промежуточный ковш
48

49.

49

50.

Внешний вид машины непрерывного литья заготовок
50

51.

51

52.

52

53.

Участок резки машины непрерывного литья заготовок
53

54.

Темплет непрерывнолитой заготовки с осевой пористостью и
ликвацией
54

55.

Схема МНЛЗ с блоком мягкого обжатия
55

56.

Технология «мягкого обжатия» непрерывнолитых слябов
56

57.

57

58.

Схема затвердевания полосы в валковом кристаллизаторе
58

59.

Способы литья
59

60.

Формы для отливки бронзовых ваз
бронзовая скульптура, сделанная методом
литья по выплавляемым моделям около ок.
2300–1750 гг. до н.э. в городе цивилизации
долины Инда Мохенджо-Даро
каменные формы для литья, древний
Китай
60

61.

Литые бронзовые мечи
61

62.

Развитие литейных технологий
62

63.

Технологические свойства материалов
Жидкотекучесть – способность расплавленного металла заполнять полость
литейной формы. Показатель жидкотекучести Кж.т определяется отношением
значений жидкотекучести данного материала и эталона, за который принята сталь
30Л
Усадка – уменьшение объема отливки при охлаждении расплава в форме до
температуры окружающей среды. Существует линейная и объемная усадка,
измеряемые в процентах. Так для серого чугуна линейная усадка наименьшая
(0,9–1,3 %). Стали имеют усадку 0,8–2,5 %.
В результате неравномерного охлаждения и возникающего механического
торможения усадки возникают напряжения – причина горячих трещин
Газопоглощение – способность литейных сплавов в расплаве растворять газы
Высокое газопоглощение приводит к образованию в отливках газовых раковин и
пор. Для их устранения применяют плавление в вакууме и т. д.
Ликвация – неоднородность химсостава в различных частях отливки. Зависит от
63
химсостава сплава и условий образования отливки

64.

Одним из немаловажных свойств материалов при обработке давлением является
технологическая пластичность – это способность металла изменять форму при
обработке давлением без нарушения целостности. Она зависит от
условий обработки
Обрабатываемость – свойство металла поддаваться обработке резанием
Хорошая обрабатываемость обеспечивает высокое качество обработки
Большую часть отливок ~ 75 % изготавливают из чугуна. Чугуны всех марок
хорошо обрабатываются, но плохо свариваются. Их свойства определяют
назначение чугунов от умеренно нагруженных (СЧ) до вибронагруженных
Чугун – железоуглеродистый нековкий литейный материал, содержащий свыше 2
% (до 3–3,5 %) углерода, до 4,5 % кремния, до 1,5 % марганца, до 1,8 % фосфора,
до 0,08 % серы
Эксплуатационные свойства чугуна зависят от его прочности, твердости,
пластичности, а также от формы, размеров и расположения углеродных
включений в его структуре
64

65.

Графитовые включения в чугуне
пластинчатые
шаровидные
хлопьевидные
65

66.

Классификация литейных сплавов
66

67.

Классификация способов литья
67

68.

Основные виды литья заготовок
• в песчано-глинистые формы (самые дешёвые формы, выдерживающие высокие
температуры. Обычно для отливок из чугуна). Форму подготавливают с
помощью деревянного или другого шаблона;
• в кокиль (металлическую форму). Применяют для легкоплавких материалов
(алюминий, магний, пластмассы);
• в оболочковые формы (связующим вместо глины служит смола, песок
обеспечивает жаростойкость). Позволяют повысить точность отливки из более
тугоплавких материалов (сталь, чугун);
• стержневые формы (разновидность песчано-глинистых, позволяющая
получить внутренние полости в заготовке);
68

69.

• по выплавляемым моделям. Особенностью является повышенная точность отливки, с
высокой температурной стойкостью. Отливки из стали, чугуна, цветных металлов и
сплавов. Во многих случаях позволяет избежать мехобработки части поверхностей;
Часто применяется для получения деталей сложной формы (судовые винты, колокола
соборов), уникальных или малосерийных деталей;
• под давлением. То же, что литьё в кокиль, но для ускорения заполнения формы
используют давление газа. Легкоплавкие материалы. Позволяет получить более чистую
поверхность по более высокому классу точности, во многих случаях не нуждающуюся в
обработке;
• центробежным литьём.(разновидность литья в кокиль, заполнение формы ускоряется за
счёт вращения её вокруг оси). Пустотелые заготовки из легкоплавких материалов;
• электрошлаковое литьё, литьё под вакуумом позволяют получить более чистые по
неметаллическим включениям и газам заготовки-отливки, а тем самым более высокую
вязкость и пластичность материала. Стволы артиллерийских орудий, броневые листы,
крыльчатки газовых турбин, и подобные детали
69

70.

Классификация способов ручной формовки
70

71.

Литьё колоколов
1 - изготовление основы болвана с топкой внутри для сушки, 2 - изготовление лица
болвана шаблоном, 3 - изготовление тела колокола, 4 - изготовление кожуха (верхней
71
опоки), 5 - удаление тела колокола с болвана, 6 - сборка формы перед литьем.

72.

Литьё колоколов
Литьё колоколов. Михаил Яковлевич Виллие
Царь-колокол, 1735 год, масса ~ 200 т
72

73.

Литьё орудий
73

74.

Способ «быстрого литья» пушек
Форма для литья 20-дюймовой чугунной
пушки по способу Родмана (с
74
водоохлаждаемым стержнем)

75.

Царь-пушка, 1586г., лафет 1859г.
75

76.

Структурно-логическая схема технологической линии изготовления
отливок
76

77.

Литье в песчано-глинистые формы
77

78.

Почвенная формовка
а
в
б
а, б – открытая, в – закрытая;
1 – постель; 2 – земля; 3, 4 – вентиляционные каналы; 5 – литниковая система; 6 – модель;
7 – опока
78

79.

Оборудование для подготовки формовочных материалов
а) – щековые дробилки
1 – неподвижная; 2 – подвижная щека;
3 – эксцентриковый вал; 4 – распорная плита
б) – молотовые дробилки
1 – воронка; 2 – корпус дробилки; 3 – ротор;
эксцентриковый вал; 4 – шарнир; 5 – молотки;
6 – износостойкие плиты; 7 – колосниковая решетка
в) – валковые дробилки
1 – бункер; 2,5 – валки; 3 – пружина; 4 – прокладки
г) – роторные дробилки
1 – ротор; 2 – билы; 3 – отбойные плиты
д) – вибрационные дробилки
1 – бункер; 2 – вращающиеся эксцентрики;
3 – сетка
е) – шаровая мельница
з) – сита барабанные полигональные
1 – смесь; 2 – просеянная смесь; 3 – окно
и) – плоские вибрационные сита
1 – эксцентриковый вибратор; 2 – разминающие
кольца; 3 – башмаки
к) – установка сушки в кипящем слое
1 – трубы для горячего газа; 2 – сушильная решётка; 3
– патрубок; 4 – воронка; 5 – труба для смеси
л) – барабанные сушила
1 – горелки; 2 – лоток; 3 – барабан; 4 – продольные
полки; 5 – патрубок для вентилятора; 6 – разгрузочная
камера; 7 – поддерживающие ролики; 8 – привод
79

80.

Маховик. Стальная
отливка диаметром 8640
мм и толщиной 1100 мм
80

81.

Отливка бойка для копра
1 – боёк, 2 – прибыль
81

82.

Дефекты отливок в песчано-глинистые формы
Грубая поверхность отливки
Горячая трещина
Усадочная раковина
и слоистость в отливке
Газовая пористость на
внутренней поверхности
отливки
Газовая пористость на
внешней поверхности
отливки
Газовая раковина
82

83.

Литьё в оболочковые формы
2-й этап
1-й этап
3-й этап
1 – модель; 2 – элементы литниковой системы;
3 – подмодельная плита; 4 – печь; 5 –
формовочная смесь; 6 – поворотный бункер.
4-й этап
83

84.

6-й этап
5-й этап
7-й этап
8-й этап
1 – пружинные толкатели.
84

85.

9-й этап
10-й этап
85

86.

Литьё в кокиль
1 – стержень, 2 – кокиль, 3 – отливка
86

87.

Нанесение защитного состава на поверхность кокиля
87

88.

Установка неметаллического стержня

89.

Подготовка к заливке расплавленного металла
89

90.

Заливка металла в кокиль
90

91.

Извлечение отливки
91

92.

92

93.

93

94.

94

95.

95

96.

Литьё по газифицируемым моделям
96

97.

97

98.

Центробежное литьё
1 – расплав;
2 – желоб;
3 – ковш;
4 – отливка;
5 – форма;
6 – шпиндель;
7 – электродвигатель.
а – вокруг горизонтальной оси; б – вокруг вертикальной оси
98

99.

Изготовление толстостенных трубных заготовок производится на
машине центробежного литья РМЦ1000
Заливка металла производится из ковшей емкостью 10т, 20т, 30т в зависимости от
размера получаемой отливки
Выпускаемая продукция: крупногабаритные толстостенные трубные заготовки с
наружным диаметром от 700 мм до 1000 мм и толщиной стенки до 250 мм
Длина заготовки составляет 2740 мм
99

100.

100

101.

Литьё под давлением
101

102.

Основной принцип литья под давлением заключается в том, что металл
заполняет форму принудительно под поршневым или газовым давлением до 80
МПа.
Процесс осуществляется только на специальных машинах с гидравлическим
приводом.
Машины литья под давлением имеют вертикальную или горизонтальную
камеру прессования
Горизонтальная камера
прессования
Вертикальная камера
прессования
102

103.

Заливка металла
1 – заливочный ковш;
2 – жидкий металл;
3 – поршень;
4 – полость формы;
5 – стержень.
103

104.

Создание давления
1 – стержень
104

105.

Получение отливки
105

106.

106

107.

Машина для литья под давление
107

108.

108

109.

109

110.

Благодаря давлению:
увеличивается плотность заготовки;
улучшаются механические характеристики отливки;
исключается образование усадочных дефектов;
повышается качество отливки;
снижается риск появления брака;
растет чистота поверхности металлической детали
Усилие прессования определяется в зависимости от требований, предъявляемых к
прочностным характеристикам детали: чем выше второй параметр, тем больше
должно быть давление. Данный показатель также зависит от типа сплавов:
алюминиевые прессуются под давлением 40 - 200 МПа;
на основе магния — 40 - 180 МПа;
цинковые — 10 - 50 МПа
Чем толще стенка изготавливаемой детали, тем выше должно быть давление при
кристаллизации
110

111.

Перед подачей расплава пресс-форма нагревается до температуры, определяемой в
зависимости от типа сплава и толщины стенок:
цинковые — 120-160° градусов;
на основе магния — 200-240° градусов;
алюминиевые — 180-250° градусов;
на основе стали — 200-280° градусов;
латунные — 280-320° градусов
При изготовлении деталей с тонкими стенками пресс-форма прогревается до верхней
границы указанных диапазонов, с толстыми — до нижней. Это обусловлено тем, что в
первом случае такой подход позволяет предупредить затвердевание металла до
заполнение формы, во втором — увеличить скорость застывания материала
К достоинствам литья под давлением относится следующее:
детали получаются с низкой шероховатостью и высокой точностью исполнения;
детали не требуют механической обработки после окончания прессовки;
процесс можно полностью автоматизировать;
процесс отличается высокой производительностью
К недостаткам данной технологии относят сложность и высокую стоимость
оборудования, необходимого для литья под давлением. Поэтому этот метод
изготовления деталей не применяется при мелко- и среднесерийном производстве.
Также данную технологию не используют при литье тугоплавких металлов (плавятся
при температуре выше, чем сталь). Кроме того, такой метод не подходит для создания
111
крупных отливок из-за неравномерного затвердевания материала

112.

Сравнительные характеристики различных методов литья
Способ литья Материал
отливок
Форма и размеры
Литье в
песчаноглинистые
формы
Чугун, сталь,
редкоцветные
металлы
Крупногабаритные,
сложной формы
Литье в
оболочкоые
формы
Литье в
кокиль
То же
Масса менее 1т, размеры
и форма ограничены
Алюминиевые
и медные
сплавы
Масса до 250 кг, форма
ограничена условиями
извлечения отливки из
кокиля
Масса до 200кг, форма
ограничена условиями
раскрытия прессформы
Форма не ограничена,
масса до 10кг, в худож.
литье не ограничена
Литье под
давлением
Алюминиевые,
цинковые, реже
медные сплавы
Литье по
Сталь, спец.
выплавляесплавы,
мым моделям медные сплавы
Точность
Области применения
(квалитеты)
шероховатость
(Rz,мкм)
Грубее 14 кв.,; Все отрасли
300
машиностроения , от
массового до
единичного
производства
То же
Серийное и массовое
производство
12..14 кв, Rz
>40
Серийное и массовое
производство
7...12 кв.,
Rz=0,63...40
Крупносерийное и
массовое производство
10...14кв., Rz
=2,5...40
Серийное производство
сложных по форме
изделий, в том числе из
тугоплавких сплавов
112