Введение 4
1 Обзор литературы по теме работы 5
1.1 Требования, предъявляемые к материалу изложниц водоохлаждаемого конвейера 5
1.2 Структура чугуна, применяемого для изготовления изложниц 7
1.3 Модифицирование чугуна для оптимизации структуры 15
1.4 Защитные покрытия, применяемые для металлических форм 29
1.5 Требования, предъявляемые к защитным покрытиям 30
2 Исходные материалы и методика исследований 37
2.1 Серый чугун, его химический состав 37
2.2 Модификаторы для серого и высокопрочного чугуна 38
2.3 Исходные материалы для защитных покрытий 39
2.4 Кокиль для изготовления образцов 41
2.5 Плавильная печь 42
2.6 Оборудование для научных исследований 43
3 Результаты исследований и их обсуждение 45
3.1 Исследование структуры и свойств серого чугуна 45
3.2 Исследование структуры и свойств модифицированного серого чугуна 46
3.3 Исследование изменения линейных размеров и коэффициента термического расширения чугунов от температуры 49
3.4 Свойства защитных покрытий 50
Заключение 55
Список сокращений 57
Список используемых источников 58
Ежегодно выплавляют тонны алюминия. Для увеличения объёмов производства чушки получают в изложницах водоохлаждаемого конвейера. В на-стоящее время все более жесткие требования предъявляются к алюминиевым сплавам по химическому составу со стороны производителей металла.
Скорость осуществления процесса изготовления слитков в результате охлаждения и затвердевания расплавленного жидкого металла в изложнице представляет собой фактор, определяющий производительность данного литейного производства. Вследствие этого в технологических циклах промышленного производства металлических слитков процесс отвода тепловой энергии, содержащейся в заполненных расплавленным жидким металлом изложницах, обычно искусственно ускоряется путем использования некоторой охлаждающей текучей среды, в качестве которой обычно используется вода и которая вводится в контакт с наружной поверхностью изложницы. Однако, принимая во внимание постоянное увеличение объемов производства на металлургических заводах, в частности заводах по производству алюминия методом электролиза, изготовление слитков может становиться технологическим этапом, ограничивающим производительность завода. Вследствие этого ведутся постоянные поиски технических решений, позволяющих ускорить процесс изготовления слитков металла при сохранении требуемого качества полученных слитков и обеспечения возможности складирования этих слитков в виде достаточно устойчивых штабелей [1].
1 На основании исследований, проведенных ранее на кафедре, в качестве базового чугуна для изготовления был выбран синтетический серый чугун следующего состава (%, мас): C = 3,4-3,6; Si = 2,5-2,6; Mn = 0,4-0,8; S менее 0,05; P менее 0,1, который исследовали в сравнении с чугуном, выплавляемым по стандартной технологии. Состав такого чугуна (%, мас): C = 3,4; Si = 2,5; Mn = 0,47; S менее 0,2; P менее 0,24.
2 Чугун выплавляли в печи Таммана с применением в исходной шихте до 85 % стального лома.
3 Анализ микроструктуры заводского чугуна показал, что его первичная кристаллизация в стальном кокиле протекает в условиях значительного переохлаждения. Выделения первичного пластинчатого графита имеют меж-дендритные расположения в аустените, который в процессе метастабильного эвтектоидного превращения превращается в перлито-ферритную матрицу с твердостью, равной 217 ± 2 HB. В связи с высоким содержанием фосфора в исходном чугуне в металлической основе присутствует тройная фосфидная эвтектика в виде отдельных включений.
4 Структура базового синтетического чугуна представлена графитом завихренной формы, приближающейся к структуре ЧВГ. В структуре наблюдаются области пластинчатого ледебурита с повышенной твердостью, что связано с высокой скоростью охлаждения сплава и углеродным эквивалентом ни¬же эвтектического. Легирование чугуна медью с последующим модифицированием РЗМ-содержащей лигатурой способствовало снижению твердости при весьма высоких скоростях охлаждения.
5 Установлено, что наименьший модуль упругости при сжатии и твердость, а, следовательно, и наименьшую прочность при комнатной температуре имеет серый чугун заводского состава. Синтетический чугун с меньшим углеродным эквивалентом имеет более высокие значения модуля упругости и прочности. Повышение температуры до 950 °С способствует резкому снижению прочностных характеристик исследования чугунов, однако синтетический чугун, легированный медью и модифицированный РЗМ-содержащей лигатурой имеет прочность примерно в 2 раза выше, чем чугун заводского состава.
6 Серый чугун заводского состава имеет аномально высокое изменение ТКЛР в области температур 600-700 °С, в то время как синтетический чугун, модифицированный РЗМ-содержащей лигатурой практически не изменяет ТКЛР вплоть до 700-800 °С.
7 Для повышения термической стойкости материала изложниц вы-брали защитные покрытия на основе электрокорунда и магнийфосфатной связки. Исследования прочности покрытий показали, что прочность покрытия рас¬тет до 500 °С, а при дальнейшем повышении температуры снижается, оставаясь достаточно высокой.
8 С повышением температуры до 300 °С КТР материала покрытия практически не изменяется, а при достижении температуры 500-600 °С приобретает значения, близкие к КТР чугуна, поэтому термических напряжений в системе чугун-покрытие не возникает.
9 Исследования смачивания расплавом алюминия огнеупорных материалов, применяемых в качестве наполнителей защитных покрытий, показало, что электрокорунд хуже смачивается алюминием и имеет к нему наименьшую адгезию.
