Спосіб виготовлення шлакової чаші

Реферат: Винахід належить до металургії. Спосіб виготовлення шлакової чаші включає заливку рідкого металу в ливарну форму, охолоджування виливка і подальше приварювання сталевих ребер жорсткості до корпусу чаші, причому перед заливкою рідкого металу в стінку ливарної форми закладають металеві холодильники, які розміщують напроти ділянок чаші, де будуть приварені ребра жорсткості. Винахід дозволяє одержати зварне з’єднання з більшою міцністю, що забезпечує підвищений термін служби чаші. UA 113677 C2 (12) UA 113677 C2 UA 113677 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до металургії і може бути використаним при виготовленні шлакових чаш і інших металургійних ємкостей. Відомі різні конструкції і способи виготовлення чаш для рідких металургійних шлаків або розплавів, в яких міцність і жорсткість чаш забезпечують установкою подовжніх ребер жорсткості на зовнішній стороні корпусу чаші. Так, чаша для рідких шлаків за А. с. СРСР № 1366532 (МПК: С21В 3/10) має ребра жорсткості, рівномірно розміщені по її периметру і пересічні в полюсі чаші. При цьому корпус і ребра чаші виконують у вигляді єдиної суцільнолитої конструкції. Недоліком даного способу виготовлення чаші є наявність дефектів литої структури (несуцільність, пори, пухкість і т. д.), які мають місце в стінці чаші і в її ребрах. Такі дефекти знижують міцність і жорсткість конструкції. Крім того, при механічному або термічному навантаженні чаші ці дефекти становляться концентраторами напруги, що сприяє виниканню і розвитку тріщин в період експлуатації чаші. Можливості посилення конструкції за рахунок приварювання до чаші додаткових елементів (ребер, вух, коробів) є малоефективними внаслідок низької якості основи - литого металу корпусу чаші. Найбільш близьким аналогом до рішення, що заявляється, є чаша доменного шлаковозу і спосіб її виготовлення за патентом України № 49434 (МПК: С21В 3/00, Бюл. № 8, 2010 р.). У даній чаші із зовнішнього боку корпусу, крім основних ребер жорсткості, виконують також додаткові ребра - вертикальні і горизонтальні. При цьому додаткові ребра отримують відливанням їх разом із чашею, або готують їх окремо з подальшим приєднанням до чаші зварювальними методами. Недоліком цього способу виготовлення чаші є дефекти ливарного походження (неметалічні включення, несуцільності, ливарні пори, пухкість, які мають місце в тілі всієї чаші і, зокрема, в зоні розташування додаткових ребер жорсткості. Так, при виконанні додаткових ребер жорсткості методом литва в стінці чаші і ребрах неминуче утворюються ливарні дефекти, які послаблюють міцність конструкції і можуть стати концентраторами напруги. З тієї ж причини (ливарні дефекти в стінці чаші) неможливо забезпечити високоміцне з'єднання стінки чаші і ребер жорсткості при використанні зварювальних технологій. В цьому випадку, ребра жорсткості будуть закріплюватись до ураженої дефектами основи, що у поєднанні з неминучою при зварці термічною напругою від нагріву-охолоджування пришовної зони може призвести до появи тріщин. Тріщини розвиваються по зварних швах, після чого додаткові ребра перестають виконувати свою зміцнюючу функцію. В основу винаходу поставлена задача розробити спосіб виготовлення шлакової чаші, який за рахунок здійснення нових дій в процесі виготовлення, дозволяє отримати щільнішу структуру литого металу чаші в зоні подальшого приварювання ребер жорсткості, що додає чаші і зварному з'єднанню більш велику міцність і забезпечує більш тривалий термін служби чаші. Для вирішення поставленої задачі в способі виготовлення шлакової чаші, що включає заливку рідкого металу в ливарну форму, охолоджування відливання і подальше приварювання сталевих ребер жорсткості до корпусу чаші, відповідно до винаходу, перед заливкою рідкого металу в стінку ливарної форми закладають металеві холодильники, розміщуючи їх напроти ділянок чаші, де будуть приварені ребра жорсткості. Суть винаходу полягає в наступному. Литий метал, у відмінності від отриманого плющенням або куванням, має більш низькі механічні характеристики і значно виражені скупчення неметалічних включень. Крім того, у виливку завжди присутні пори і усадкові дефекти ливарного походження. В момент твердіння виливка на фронті кристалізації насамперед виділяються кристали з меншим вмістом домішок. При цьому збагачений домішками і лікватами рідкий, так званий "матковий або залишковий розплав", витісняється або в глибину виливка, або в замкнуті об'єми між кристалами, що сформувалися раніше. Цей, збагачений домішками розплавкристалізується в останню чергу, оскільки має більш низьку температуру плавлення. Тому значна частина виливок уражена крупними і дрібними дефектами литва внаслідок виборчого характеру кристалізації. Механічна міцність затверділого металу у виливку є неоднаковою. Ділянки виливка, збагачені лікватами, сульфідами і оксидами, тобто небажаними і шкідливими домішками, є неміцною основою для приварювання будь-яких якісних і міцних додаткових ребер жорсткості, оскільки присутність неметалічних включень істотно зменшує зчеплення між кристалами і викликає різке зниження пластичних властивостей. В разі приварювання сталевих ребер, виконаних з якісної сталі (наприклад, з катаних заготовок) до литого корпусу із структурою металу, характерною для звичайного виливка, в зоні зварного шва утворюється потенційно небезпечне (з погляду руйнування) місце чаші, ослаблене ливарними дефектами і термічними напругами. 1 UA 113677 C2 5 10 15 20 25 30 35 Таким чином, виготовлення додаткових ребер чаші литвом або закріплення ребер зваркою не забезпечує підвищення експлуатаційних характеристик чаші із-за виникнення тріщин по ливарних дефектах або зварних швах. Відповідно до рішення, що заявляється, перед заливкою рідкого металу в стінку ливарної форми закладають металеві холодильники, розміщуючи їх напроти ділянок чаші, де будуть приварені ребра жорсткості. Дана ознака дозволяє змінити структуру литого металу в локальних областях чаші, потенційно небезпечних в сенсі утворення тріщин і руйнування (а саме, в зоні приварювання ребер жорсткості). Це досягається за рахунок прискореного охолодження розплаву за допомогою розміщених у формі металевих холодильників. В результаті охолоджування отримують більш щільну і більш міцну структуру металу в місцях чаші, де згодом будуть приварені ребра. При цьому якісніша структура основи, одночасно, гарантує підвищення якості самого зварного з'єднання. Все це, зрештою, збільшує надійність роботи і термін безаварійної експлуатації шлакової чаші. Число, геометричні параметри і місце установки холодильників визначаються залежно від форми і розмірів приварюваних до чаші ребер жорсткості. Холодильники можуть бути встановлені за принципом прямої дії, при якій вони стикаються з виливком, або побічної дії, коли між металевим холодильником і виливком залишається шар формувальної суміші. Прикладом практичної реалізації способу, що заявляється, може служити опис експериментальної технології виготовлення чаші і її порівняння з відомою загальноприйнятою технологією. На двох ділянках ливарного цеху відливали чаші для доменних шлаковозів за наступних умов. На першій ділянці відливання чаші (умовно - чаша № 1) проводили за загальноприйнятою технологією. Заливку рідкого металу (Сталь 30) виконували у відповідності до заводської інструкції. Після операції обрубування до чаші приварювали 8 додаткових ребер жорсткості, виконаних з катаних заготовок товщиною 30 мм і висотою 400 мм. На другій ділянці шлакову чашу (умовно - чаша № 2) тієї ж конструкції відливали за технологією, що заявляється. До моменту заливки рідкого металу у верхню ливарну півформу (перед операцією сушіння форм) запресовували 8 сталевих холодильників, що працюють за принципом прямої дії. Холодильники розміщували в місцях півформи, що відповідають місцям чаші, де потім здійснюється приварювання ребер жорсткості. Холодильники мали вигляд зігнутих за формою чаші пластин товщиною 15 мм, шириною 100 мм і довжиною 450 мм. Після установки холодильників ливарні півформи піддавали фарбуванню і сушінню. Заливку рідкого металу виконували відповідно до технологічної інструкції. Після охолодження чаші і виконання операції обрубування до корпусу приварювали 8 додаткових ребер жорсткості тієї ж конструкції, що і на чаші № 1. Порівняльний аналіз якості металу і строків експлуатації чаш № 1 і 2 показав наступне: № 1 2 3 40 45 50 Величина показника Чаша № 1 Чаша № 2 Найменування показника Щільність металу, визначена аналізом стружки з області установки ребер, г/см3 Термін служби чаш до появи тріщин в місцях приварювання ребер, місяців Загальний термін служби чаші, місяців 7,4 7,64 6 12 24 32 Таким чином, застосування заявленого способу виготовлення шлакової чаші дозволяє отримати щільнішу структуру литого металу чаші в зоні подальшого приварювання ребер жорсткості, що додає чаші і зварному з'єднанню більш велику міцність і забезпечує більш тривалий термін служби чаші. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Спосіб виготовлення шлакової чаші, що включає заливку рідкого металу в ливарну форму, охолоджування виливка і подальше приварювання сталевих ребер жорсткості до корпусу чаші, який відрізняється тим, що перед заливкою рідкого металу в стінку ливарної форми закладають металеві холодильники, які розміщують напроти ділянок чаші, де будуть приварені ребра жорсткості. 2 UA 113677 C2 Комп’ютерна верстка Т. Вахричева Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3