Введение к работе
Актуальность темы- Чугун с шаровидным графитом счшгэ является одним из перспективных конструкционных материалов. Он сочетает высокие показатели механических характеристик с хорошими литейными свойствами. Поэтому устойчивой тенденцией развития литейного производства является прогрессивное расширение объема и номенклатуры производства отливок из ЧШГ.
Особенностью технологии получения ЧШГ является необходимость обработки расплава чугуна сфероидизирующими модификаторами, в качестве которых используют магний. РЗМ и содержащие их сплавы. Эле-менты-сфероидизаторы сМд. РЗМ> являются сильными раскислителями и десульфураторами. Их сфероидизирующее воздействие проявляется после раскисления и десульфурации чугуна. Поэтому при модифицировании расплав неизбежно загрязняется'оксидными и сульфидными включениями. При высоком содержании серы в модифицируемом расплаве включения в отливке выделяются в виде скоплений, которые в изломах выяв-ляются'в виде пятнистых дефектов, получивших название "чёрных' пятен". Причем загрязнённость чугуна такими дефектами возрастает эквивалентно увеличению исходного содержания серы.
Получение отливок из ЧШГ без указанных дефектов возможно при использовании чистых по сера шихтовых материалов. В. связи с их дефицитностью исходный расплав подвергают печной и внепечной обессеривающей обработке. Однако это связано с дополнительным расходом материальных и энергетических ресурсов, а также ухудшением экологических условий производства отливок. При относительно невысоких исходных содержаниях серы задачу предупреждения образования "черных пятен" решают путем обработки расплава криолитом в процессе сфероидизирующего модифицирования, однако возможности отого приема также ограничены. Вместе с тем возрастающие требования к качеству отливок из ЧШГ, часто используемых вместо стальных, обус-
-4-лавливают поиск методов обеспечения гарантированного стабильного
их уровня. Для этой цели в промышленно развитых странах применяют эффективный способ внепечной обработки - фильтрационное рафинирование расплава в литейной форме. В качестве рафинирующей среда используют тканые, пенокерамические и ячеистые канальные фильтры.
"Однако в литературе отсутствуют сравнительные данные о рафинирующей способности различных фильтров и обоснованные рекомендации по их применению при различной исходной загрязнённости чугуна. Кроме того, фильтры не всегда обеспечивают полную очистку чугуна от скоплений неметаллических включений и получение отливок без пятнистых дефектов. Не ясна причина такой низкой эффективности фильтрования. Крупные схопленая неметаллических включений легко . доставляются к поверхности фильтра, но они могут и легко смываться с этой поверхности при слабом адгезионном взаимодействии неметаллической частицы и материала фильтра. В начальный период фильтрования на поверхности фильтра мохет формироваться затвердевший слой фильтруемого сплава, который препятствует прямому контакту неметаллической частицы с материалом фильтра. Роль этих факторов совершенно не исследована. Изучение этих вопросов является актуальным* и представляет как научный, так и практический интерес.
Цель работы. Исследование факторов, лимитирующих процесс фильтрационного рафинирования расплава ЧШГ. разработка методов повышения ее эффективности z сравнительная оценка рафинирующей способности различных фильтров.
Научная новизна- Выявлены лимитирующие факторы процесса фильтрационного рафинирования расплава ЧШГ. На начальном этапе фильтрования низкая эффективность рафинирования обусловлгта формирова-.вием твердой корки чугуна на поверхности фильтра, которая препят-! ствуат прямому контакту неметаллической частицы с материалом фильтра, для оценки полноты участия поверхности фильтра в процессе рафинирования предложен коэффициент, который численно равен отно-
-5-шешго общего фактического времени контакта элементарных участков
с расплавом к теоретически возможному. Выявлена экспоненциальная зависимость коэффициента осаждения неметаллических частиц на фильтре от коэффициента эффективного использования поверхности фильтра. Разработана методика расчета этого коэффициента и установлены закономерности его изменения в зависимости от технологических факторов - начальной температуры фильтра, толщины фильтрующего. слоя, скорости фильтрации и др. На основе физической модели прохождения струйки расплава через фильтр, включающей пять, вариантов возможного их теплового взаимодействия, разработаны численная и математическая модели расчета коэффициента эффективного использования поверхности фильтра.
Практическая значимость и реализация результатов работы- С учетом тугоплавкости материала фильтра и неметаллической фазы, образующейся в расплаве чугуна, предложен метод-усиления адгезионного взаимодействия неметаллической частицы с поверхностью фильтра путём формирования на ней "мягкой" подложки.., На этой основе разработаны элементы зернистых фильтров в виде гранул огнеупорных материалов, плакированных легкоплавкими фторидами, в частности фторидом кальция или криолитом, и способ их получения.
Для количественной оценки роли фильтрования в устранении дефектности отливок по пятнистым включениям предложен коэффициент относительного изменения содержания серы, который по физическому смыслу соответствует коэффициенту проскока избыточного количества серы. [
Выполнена сравнительная оценка рафинирующей способности различных типов фильтров - тканых, пенокерамических и зернистых плакированных при фильтровании расплава ЧИГ. При низкой загрязненности исходного чугуна cshcx<0,04 -> для получения отливок без'пятнистых дефектов могут быть рекомендованы все типы фильтров, но предпочтительнее применение тканых и пенокерамических ках более
технологичных. При высокой загрязненности исходного чугуна cshc3>0,04 *о отливки без пятнистых дефектов могут быть получены лишь при использовании пенокерамических и зернистых плакированных фильтров, причем преимущество последних проявляется полнее по мере увеличения содержания серы в исходном чугуне.
>" Разработанные фильтрующие элементы опробованы в условиях Московского завода "Станколит". Использование указанных фильтруодих элементов позволяет устранить образование в отливках из ЧШГ "черных пятен" и, кроме того, повысить предел прочности чугуна при растяжении на 10 - 20 «, дополнительно снизить содержание серы в чугуне на 15 - 25 я.
Апробация результатов работы. Материалы диссертации были доложены и обсуждены на Советско-Чехословацкой научно-технической конференции "Полифосфатные холоднотвердеющие смеси и отливки из высокопрочногочугуна'.' с г. Липецк. 1989 5
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 3 статьи. I тезис докладов, получено I авторское свидетельство..
рбьёи работы. Диссертация состоит из 6 глав, заключения, списка литературы из 78 источников.
Работа изложена на/.^страницах машинописного текста и иллюстрирована ' Зїрисунками и //таблицами.