Виды и факторы разрушения кокиля, ремонт, изготовление

 

Виды разрушений. Принято различать следующие виды разрушений: сквозные трещины (трещины первого рода), ориентированные трещины (трещины второго рода), сетка разгара (трещины третьего рода), размыв рабочей поверхности и приваривание к ней сплава, коробление и механические повреждения.

Трещины первого рода появляются при первых заливках со стороны наружной поверхности стенки кокиля под действием растягивающих термических напряжений. Такие трещины обычно возникают в кокиле, изготовленном из хрупкого сплава, то есть из серого чугуна различных марок, а также при наличии на наружных поверхностях кокиля концентраторов напряжений (раковин, острых углов).

Трещины второго рода, образующиеся на рабочей поверхности кокиля, по мере увеличения числа теплосмен расширяются и удлиняются в направлении наружной поверхности кокиля. В первую очередь они появляются на участках, где имеются концентраторы напряжений, а также на поверхностях каналов литниковой системы, которые соприкасаются с расплавом, имеющим максимальную температуру.

Трещины третьего рода расположены на рабочей поверхности кокиля и представляют собой густую сеть мелких по глубине трещин. Они ухудшают извлечение отливки из кокиля и часто являются причиной образования газовых поверхностных раковин и пор.

Размыв рабочей поверхности кокиля и приваривание к ней сплава связаны с высокотемпературным эрозионным воздействием струи расплава. Такое воздействие возрастает по мере повышения температуры расплава при отсутствии или недостаточной толщине теплоизоляционного покрытия.

Коробления кокиля увеличивается по мере его эксплуатации и связано с необратимыми пластическими деформациями. Причиной коробления прежде всего являются неравномерный по толщине нагрев стенок кокиля и обусловленные этим остаточные напряжения. Следует отметить, что кокили из чугуна с увеличением числа теплосмен увеличиваются в размерах («растут»).

По мере коробления кокиля уменьшается размерная точность получаемых отливок, увеличиваются заливы по разъему, а также повышается трудоемкость их обрубки.

Механические повреждения кокиля появляются в результате нарушений технологии его эксплуатации и, особенно при затрудненной выбивке отливок. Механические повреждения являются источником и концентраторами напряжений, на месте которых могут появиться различные трещины.

 

Диаграмма преобладающих факторов разрушения кокиля и их взаимные связи

 

Изготовление кокильного литья из серого чугуна

 

Входной контроль исходных материалов для приготовления кокильных покрытий.

1. Для защиты кокилей от теплового воздействия жидкого металла и увеличения срока их службы, а также для улучшения качества поверхности получаемых отливок, применяются кокильные краски (покрытия) на основе материалов с низкой теплопроводимостью.

. Входному контролю подлежат ниже перечисленные материалы для приготовления кокильных красок:

мармаллит (пылевидный кварц);

бентонит (глины формовочные бентонитовые);

стекло жидкое;

графит черный.

.Исходные материалы поступают на завод в готовом виде, хранить исходные материалы необходимо в закрытых емкостях, исключающих возможность контакта с водой и другими жидкостями.

Приготовление и нанесение на рабочие поверхности кокилей специальных покрытий. Подготовка кокиля к заливке.

1.При производстве кокильного литья из чугуна применяют теплоизоляционное покрытие кокилей и противопригарную краску.

.Теплоизоляционное покрытие целесообразно наносить в качестве облицовочного слоя на рабочие поверхности кокилей один - два раза в смену.

.Противопригарная краска наносится на рабочую поверхность кокилей перед каждой заливкой металла.

.Теплоизоляционное покрытие и противопригарная краска наносится на рабочую поверхность кокилей инжекционным воздушным распылителем (пульверизатором).

.Приготовление теплоизоляционного покрытия и противопригарной краски, нанесение их на рабочие поверхности кокиля:

.Состав теплоизоляционного покрытия:

пылевидный кварц - 50% (42 кг.);

бентонит - 25% (21кг.);

жидкое стекло (модуль) - 25% (21кг.);

вода (сверх 100%) - до плотности 1,10-1,15 г/см³.

5.2.Залить в смеситель 40-50 литров воды и 21 кг. жидкого стекла, интенсивно перемешать раствор в течение 2-3 минут.

.Продолжая интенсивное перемешивание раствора, ввести в него небольшими порциями предварительно взвешенное количество пылевидного кварца. Раствор интенсивно перемешать в течение не менее 5 минут.

.Залить в смеситель 20-30 литров воды, интенсивно перемешивая раствор ввести в него небольшими порциями расчетное количество бентонита. Раствор перемешивать не менее 5 минут, после чего произвести отбор полученной краски для контроля плотности. Отбор краски из смесителя производить открытием вентиля в нижней части смесителя.

.При необходимости довести плотность теплоизоляционного покрытия до требуемых параметров (1,10-1,15 г/см³).

5.6.Теплоизоляционное покрытие должно быть однородным, не содержать сгустков и комков, плотность краски (покрытия) определять с помощью денсиметра.

.Приготовление противопригарной краски:

.Состав противопригарной краски приведен ниже в таблице 4:

 

Табл.4

Графит черный	-70%	- 120 кг.
Пылевидный кварц	- 10%	- 17 кг.
Стекло жидкое	- 10%	- 17 кг.
Бентонит	- 10%	- 17 кг.
Вода (всверх100%) до плотности 1,25-1,28 г/см³.

 

.Залить в смеситель для противопригарной краски 60-80 литров воды и 17 килограмм жидкого стекла, интенсивно перемешать раствор в течение 2-3 минут.

.Продолжая интенсивное перемешивание раствора, ввести в него небольшими порциями предварительно взвешенное количество пылевидного кварца и бетонита. Перемешать полученный раствор в течение не менее 5 минут.

.Залить в смеситель дополнительно 30-40 литров воды, интенсивно перемешивая раствор загрузить в него мелкими порциями расчетное количество графита черного. После окончания загрузки графита перемешать раствор в течение не менее 15 минут, после чего произвести отбор полученной краски для контроля ее плотности. Отбор краски из смесителя производить открытием вентиля в нижней части смесителя.

.При помощи денсиметра произвести контроль плотности краски, при необходимости довести ее водой до требуемых параметров (1,25-1,28 г/см³.).

6.6.Краска должна быть однородной, не содержать сгустков и комков, плотность краски должна соответствовать требуемым параметрам.

.Краску (покрытие) хранить в закрытой металлической емкости. Время хранения краски практически не ограничено.

.Перед использованием краску (покрытие) следует интенсивно перемешать в течение не менее 15 минут и замерить плотность.

.Нанесаение теплоизоляционного покрытия и противопригарной краски на рабочие поверхности кокилей.

.Рабочие поверхности верхней и нижней половины кокиля очистить металлической щеткой от ржавчины, мусора, остатков предыдущих покрытий. При помощи воздушного инжектора удалить с рабочей поверхности кокилей пылевидные остатки материалов.

.Внимательно осмотреть состояние рабочих поверхностей кокилей. Рабочие поверхности не должны иметь трещин, разгара, поднутрений, заливов металла, наслоений предыдущих слоев краски.

.В течение 1,5-2 часов произвести равномерный газовый нагрев кокилей.

.Температуру нагрева кокиля контролировать контактной термопарой ТХА, закаченной в кокиль. При достижении температуры кокиля 110-150ºС отключить газ и приступить к нанесению красок на рабочие поверхности кокиля (максимально допустимая температура кокиля перед нанесением краски 180-200ºС.

.Вначале на разогретый кокиль наносится теплоизоляционное (белое) покрытие. Покрытие наносится на поверхность кокиля вручную инжекционным распылителем, угол наклона оси факела распыла к рабочей поверхности кокиля ~45º. Оптимальное расстояние от головки распылителя до окрашиваемой рабочей поверхности кокиля 180-200мм.

.Толщина слоя покрытия не должна вызвать искажение размеров отливок, слой краски должен быть равномерным, без наплывов и подтеков (ориентировочная толщина слоя - 0,2-0,5 мм.).

.В течение рабочей смены теплоизоляционное покрытие наносится на рабочую поверхность кокилей дважды: в начале смены и в середине.

.При помощи воздушного инжектора нанести на теплоизоляционное покрытие кокиля противопригарную (черную) краску. При этом необходимо соблюдать требования, аналогичные при нанесении теплоизоляционного покрытия - угол наклона оси факела распыла к рабочей поверхности кокиля ~45ºС, расстояние от головки распылителя до окрашиваемой рабочей поверхности кокиля 180-200мм. Слой краски должен быть равномерным, без наплывов и подтеков, ориентировочная толщина слоя - 0,2-0,5 мм.

.При помощи мостового крана и бесконечных цепных чалок грузоподъемностью 2,0-1,5 тонн произвести сборку кокиля.

.На предварительно разогретую до 110-150ºС литейную чашу нанести распылителем теплоизоляционное покрытие и противопригарную краску. Установить литейную чашу в собранный кокиль.

Заливка кокилей.

1.Требуемый химический состав чугуна и его ковшовая обработка (модифицирование) регламентированы данными таблицы 5:

 

Табл.5

Вид плавильного оборудования	Химический состав, %						Модификатор
	С	Si	Mn	Cr	P	S	Кол-во (%)	Марка
Индукцион-ная печь	3,5-3,7	2,5-2,3	0,4-0,7	до 0,20	до 0,12	до 0,10	0,4-0,3	ФС 65
Коксовая вогранка	3,3-3,6	2,4-2,2	0,5-0,7	до 0,20	до 0,20	до 0,12	0,2-0,3	ФС 65

 

Примечание: 1.в вариантах химического состава чугуна большему содержанию С соответствует меньшее содержание Si и наоборот.

.размер кусков модификатора ФС 65 - 1-8 мм, модификатор вводить под струю металла при заполнении ковша.

.Чугун из ИЧТ-10 и коксовой вогранки выпускать в технически исправные крановые ковши Q=1,8 т., предварительно прогретые газовой горелкой до красного каления футеровки (800-900 ºС). Т чугуна на выпуске из ИЧТ-10 и вагранки - 1420-1450ºС.

.После заполнения барабанного кранового ковша Q=1,8 т. металлом в количестве 150-200кг. при помощи совковой лопаты ввести под струю модификатор ФС 65, предварительно подготовленный по фракционному составу и прогретый газовой горелкой до температуры не менее 100ºС. Расход модификатора - согласно таблице 5.

.Уровень металла в заполненном ковше не должен превышать 7/8 высоты ковша. Оперативно скачать шлак с ковша в шлаковую.

.Залить пробу чугуна «на отбел» и для экспресс-анализа химического состава металла.

.Допустимая величина отбела пробы - не более 1,0-1,5 мм., в случае превышения величины отбела пробы, произвести корректировку химического состава чугуна за счет увеличения содержания С и Si до эвтектического состава чугуна (Сσ +1/3 Si = 4,3%).

7.Подать мостовым краном или передаточной тележкой ковш с металлом в зону заливки кокилей.

.Температура заливки кокилей чугуна 1350-1300ºС (замер температуры производить оптическим пирометром).

.Время разливки модифицированного чугуна не должно превышать 12-15 минут, остаток металла слить с ковша в индукционные печи ИЧТМ-6 (ИЧТ-10) или в изложницы, предварительно подогретые до 100-150ºС и покрашенные кокильными красками.

.Заливку металла в кокиль производить равномерной струей, не прерывая металл на всем протяжении заливки. Высота струи металла должна быть минимальной и не превышать 80-100 мм. С целью предотвращения попадания в отливку неметаллических включений в течение всего периода заливки кокиля литниковую чашу держать наполненной жидким металлом в количестве не менее 2/3 ее высоты. Не допускать заливки металлом верхней поверхности (вентил, каналов) кокилей.

.После окончания заливки кокилей, установить ковш с остатками металла на землю, снять клещами вручную литейную чашу с кокиля.

.при помощи бесконечных чалок и мостового крана снять верхнюю половину кокиля.

.Выдержать отливку в кокиле в течении 1-2 минут, необходимых в соответствии с технологической картой для кристаллизации чугуна конкретного наименования отливки.

.Произвести вручную кантовку кокиля с отливкой на 180ºС, зафиксировать кокиль в этом положении при помощи фиксатора.

.С целью обеспечения и своевременного извлечения отливки из кокиля, производить одновременные синхронные удары двумя стальными кувалдами Q=5кг. по толкателям в кокиле (удары по толкателям производить крест на крест).

.После извлечения отливки из кокиля, необходимо вручную вернуть его в исходное положение (кантовку кокиля производить за цапфу, а не за сам кокиль). Зафиксировать кокиль вручную в рабочем положении при помощи фиксатора.

.Вследствие конструктивных особенностей кокилей некоторых наименований отливок (в частности - «Крышка магистрального люка») изменяется порядок извлечения отливки из кокиля. А именно, после охлаждения (выдержки) отливки в кокиле в течение 1 минуты и удаления клещами вручную литейной чаши при помощи мостового крана и бесконечных цепных чалок, снять за цапфы верхнюю половину кокиля с отливкой.

.Соблюдая меры предосторожности и правила техники безопасности с помощью системы толкателей и стальной кувалды произвести выбивку отливки из кокиля.

.Если в конструкции кокиля не предусмотрена система толкателей или если их применение не обеспечивает извлечение отливки из кокиля аварийную выбивку отливки производить при помощи стального ломика длиной 0,5-1,0м. (в зависимости от конструкции кокиля) и стальной кувалды Q= 3-5кг.

.Перед каждой заливкой кокиля на его рабочие поверхности и литниковую чашу наносить противопригарную (черную) краску.

.После каждой заливки кокиля контролировать визуально качество противопригарного покрытия. В случае неоднородности покрытия, наличия подтеков и наплывов краски произвести очистку старого покрытия кокиля металлической щеткой. После чего нанести на рабочую поверхность теплоизоляционное (белое) покрытие и противопригарную краску.

.В ходе эксплуатации кокилей контролировать их температуру нагрева (контроль производить термопарой ТХА). Рабочая температура кокиля должна находиться в пределах 110-150ºС, для получения тонкостенных отливок из серого чугуна без отбела температуру кокиля следует превысить до 150-220ºС.

.При превышении рекомендуемой температуры кокиля, заливку кокилей металлом временно прекратить, полуформы кокиля раскрыть чтобы ускорить теплоотвод и охлаждение кокилей.

.В середине смены обязательно нанести на очищенную от старой краски поверхность кокиля теплоизоляционное (белое) покрытие, а затем - противопригарную краску.