PL B1. Reaktor do wytwarzania żeliwa wysokojakościowego, zwłaszcza sferoidalnego lub wermikularnego BUP 17/12

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. C21C 1/10 ( ) B22D 27/20 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Reaktor do wytwarzania żeliwa wysokojakościowego, zwłaszcza sferoidalnego lub wermikularnego (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 17/12 (73) Uprawniony z patentu: INSTYTUT ODLEWNICTWA, Kraków, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 10/15 (72) Twórca(y) wynalazku: ZBIGNIEW STEFAŃSKI, Kraków, PL ANDRZEJ PYTEL, Kraków, PL

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest reaktor do wytwarzania żeliwa wysokojakościowego, zwłaszcza sferoidalnego lub wermikularnego. Obecnie procesy sferoidyzacji i wermikularyzacji przeprowadza się najczęściej w kadzi odlewniczej, wlewając ciekły metal z pieca do kadzi, w której wcześniej umieszczono zaprawę sferoidyzującą i modyfikator. Po zgarnięciu produktów sferoidyzacji i modyfikacji żeliwo, w którym zaszły reakcje metalurgiczne, wlewa się do form odlewniczych, otrzymując odlewy z żeliwa sferoidalnego lub wermikularnego. Jednym z warunków uzyskania wysokiej jakości odlewów z tak przygotowanego żeliwa sferoidalnego lub wermikularnego jest konieczność rozlania całej porcji żeliwa z kadzi do form odlewniczych w czasie kilkunastu minut, z uwagi na zanikające, wraz z upływem czasu, efekty sferoidyzacji i modyfikacji. Wydłużenie czasu zalewania kolejnych form powoduje wystąpienie różnic w składzie chemicznym pomiędzy odlewami otrzymywanymi z pierwszych porcji żeliwa z kadzi a odlewami ostatnimi. W celu przedłużenia czasu trwania efektu sferoidyzacji i modyfikacji zwiększa się ilość stosowanego sferoidyzatora, nawet do 20%. Z kolei zwiększenie ilości sferoidyzatora wpływa na intensyfikację efektu świetlnego podczas sferoidyzacji, spowodowanego utlenianiem się magnezu. Występuje też zwiększenie produktów reakcji w postaci gazów zanieczyszczających środowisko i wydłużenie czasu przebiegu operacji technologicznych. Wymienione niedogodności powodują wzrost kosztów produkcji odlewów wykonanych tą metodą. W przypadku gdy żeliwem wyjściowym do otrzymywania odlewów z żeliwa sferoidalnego lub wermikularnego jest żeliwo wytopione w procesie żeliwiakowym, zawierające podwyższoną zawartość siarki, niezbędnym jest przeprowadzenie procesu odsiarczania przed jego sferoidyzacją. W czasie tego procesu wydziela się dużo szkodliwych gazów przez co jest to proces uciążliwy ze względów ekologicznych. Nie bez znaczenia jest też temperatura procesu. Duży spadek temperatury ciekłego żeliwa pociąga za sobą konieczność znacznego podniesienia temperatury żeliwa wyjściowego do C, a po przeprowadzeniu procesów odsiarczania, sferoidyzacji i modyfikacji, temperatura metalu wlewanego do form spada do około C. Dlatego wykonywanie odlewów z żeliwa, które zostało wytopione w procesie żeliwiakowym jest utrudnione. Z polskiego opisu patentowego PL znana jest forma odlewnicza do otrzymywania odlewów z żeliwa sferoidalnego, w której u wylotu wlewu głównego znajdują się dwie komory reakcyjne odwzorowane bezpośrednio w formie odlewniczej. W pierwszej komorze znajduje się sferoidyzator a w drugiej modyfikator. Formę wykonuje się z mas suchych z podziałem poziomym. Reaktor według wynalazku do wytwarzania żeliwa wysokojakościowego, zwłaszcza żeliwa sferoidalnego lub wermikularnego, wyposażony w komorę reakcyjną zawierającą sferoidyzator i modyfikator lub wermikularyzator i modyfikator, charakteryzuje się tym, że ma postać foremnej bryły geometrycznej z uformowaną wewnątrz co najmniej jedną komorą reakcyjną, posiadającą otwór wpływowy łączący ją z wlewem głównym formy i otwór wypływowy przesłonięty filtrem ceramicznym, łączący ją z układem wlewowym formy odtwarzającej kształt odlewu, przy czym obudowa reaktora wykonana jest z masy ceramicznej zawierającej 95 99,5% wagowych piasku kwarcowego lub piasku otaczanego żywicą, lub włókna kaolinowego, zaś resztę stanowi nośnik węgla błyszczącego w postaci żywicy fenolowej albo fenolowo-formaldehydowej, albo kompozycji szkła wodnego z żywicą węglowodorową. Korzystnie, reaktor ma dwie komory reakcyjne, przy czym w ścianie oddzielającej komory znajduje się otwór przesłonięty filtrem ceramicznym. Reaktor według wynalazku pozwala na przeprowadzenie w jednej operacji technologicznej zabiegu odsiarczania oraz sferoidyzacji i modyfikacji lub wermikularyzacji i modyfikacji, a także podwójnej filtracji ciekłego żeliwa wyjściowego, podczas zalewania formy odlewniczej. Otrzymuje się odlewy z żeliwa sferoidalnego lub wermikularnego o stabilnych, a zarazem wysokich właściwościach mechanicznych. W reaktorze według wynalazku występuje tylko niewielkie obniżenie temperatury ciekłego żeliwa w czasie rozpuszczania materiałów w komorze reakcyjnej, co pozwala na zastosowanie wytopionego żeliwa wyjściowego o znaczne niższej temperaturze w porównaniu do innych znanych metod sferoidyzacji i modyfikacji. Reaktor według wynalazku wykonuje się poza formą odlewniczą z suchej masy, dzięki czemu podczas zachodzących w nim procesów odsiarczania, sferoidyzacji lub wermikularyzacji oraz modyfikacji ciekłego żeliwa nie występuje efekt rozkładu wody i zagazowania żeliwa produktami jej rozkładu, i dzięki temu można go stosować do form odlewniczych wykonywanych z różnych rodzajów mas for-

3 PL B1 3 mierskich, zarówno wilgotnych jak i suchych. Stosowanie reaktora według wynalazku wpływa na zwiększenie uzysku odlewniczego. Podczas zalewania reaktora ciekłym żeliwem, w wyniku zachodzącego pod wpływem wysokiej temperatury procesu pirolizy materiału organicznego nośnika węgla błyszczącego, zawartego w masie ceramicznej reaktora, następuje jego zgazowanie i powstaje atmosfera redukcyjna. Węgiel błyszczący wydziela się z fazy gazowej i osadza się na powierzchni reaktora. Skład masy, z której wykonany jest reaktor zapewnia wydzielenie się co najmniej 0,1% wagowych węgla błyszczącego, a ta ilość gwarantuje utrzymanie wewnątrz reaktora atmosfery redukcyjnej, niezbędnej dla prawidłowego przebiegu procesu sferoidyzacji lub wermikularyzacji oraz modyfikacji żeliwa. Atmosfera redukcyjna zapewnia wyeliminowanie możliwości utleniania magnezu, co powoduje powstanie dużych oszczędności w zużyciu sferoidyzatora lub wermikularyzatora, a zwłaszcza magnezu. Ilość stosowanego sferoidyzatora lub wermikularyzatora w tej metodzie jest mniejsza o ponad 50% od ilości stosowanych w znanych sposobach. Atmosfera redukcyjna w komorze reakcyjnej powoduje obniżenie zawartości tlenu w żeliwie podczas przebiegu procesów metalurgicznych, co wpływa stabilizująco na przebieg procesów metalurgicznych i korzystnie na właściwości otrzymywanego żeliwa, i w konsekwencji na właściwości otrzymywanych odlewów. Budowa reaktora oraz atmosfera redukcyjna eliminują efekty świetlne spowodowane utlenianiem magnezu oraz eliminują emisję dużej ilości szkodliwych gazów do atmosfery, które powstają w przypadku stosowania znanych sposobów sferoidyzacji żeliwa poza formę odlewniczą. W zależności od rodzaju żeliwa wyjściowego stosowany jest jedno lub dwukomorowy reaktor. W przypadku żeliwa wyjściowego o podwyższonej zawartości siarki stosuje się reaktor dwukomorowy, zawierający w pierwszej komorze reakcyjnej materiał odsiarczający, a w drugiej komorze sferoidyzator lub wermikularyzator oraz modyfikator. Pozwala to na wykorzystanie żeliwa z podwyższoną zawartością siarki, na przykład żeliwa otrzymywanego w procesie żeliwiakowym, do wykonywania żeliwa wysokojakościowego, zwłaszcza sferoidalnego lub wermikularnego. W przypadku żeliwa wyjściowego o niskiej zawartości siarki stosuje się reaktor jednokomorowy zawierający sferoidyzator lub wermikularyzator oraz modyfikator. Reaktor według wynalazku znajduje zastosowanie w technologii wykonywania odlewów metodą Disamatic, dla form odlewniczych z pionowym podziałem, ponieważ reaktor według wynalazku wykonany jest jako jeden wyrób zawierający wewnątrz wszystkie elementy niezbędne do przebiegu wszystkich procesów metalurgicznych, a jego wymiary pozwalają na założenie go do form odlewniczych znanym w tej technologii urządzeniem stosowanym do zakładania rdzeni do tych form. Z wykorzystaniem reaktora według wynalazku wykonuje się odlewy o dowolnej wielkości, stosując kadzie rozlewnicze o dowolnej pojemności ciekłego metalu, na przykład 1,5 tony lub 2,0 tony, ponieważ nie zachodzi obawa występowania zjawiska zanikania efektu sferoidyzacji. Wynalazek w przykładach wykonania został przedstawiony na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia schematycznie reaktor dwukomorowy do wytwarzania żeliwa wysokojakościowego, a fig. 2 przedstawia schematycznie reaktor jednokomorowy do wytwarzania żeliwa wysokojak o- ściowego. P r z y k ł a d I Z masy ceramicznej składającej się z piasku kwarcowego w ilości 97% wagowych i 3% wagowych żywicy fenolowej, z zastosowaniem nadmuchiwarki i oprzyrządowania odwzorowującego, formuje się reaktor dwukomorowy, następnie utwardza się go poprzez przedmuchiwanie dwutlenkiem węgla. Reaktor dwukomorowy wykonany jest z obudowy 2, posiadającej wewnątrz komory reakcyjne 3 i 3a. Pierwsza komora 3 przeznaczona jest do odsiarczania, i posiada otwór wpływowy 4 ciekłego żeliwa. Druga komora reakcyjna 3a przeznaczona jest do sferoidyzacji i modyfikacji, i posiada przesłonięty filtrem ceramicznym otwór wypływowy 5 ciekłego żeliwa. W ścianie oddzielającej komory reakcyjnej znajduje się otwór 5a przesłonięty filtrem ceramicznym, który jest otworem wypływowym z komory 3 i otworem wpływowym do komory 3a. W pierwszej komorze reakcyjnej 3 umieszczony jest materiał odsiarczający 10 w ilości 100 g, a w drugiej komorze reakcyjnej 3a umieszczony jest materiał 10a sferoidyzator w ilości 300 g i modyfikator w ilości 30 g. P r z y k ł a d II Z masy ceramicznej składającej się z włókna kaolinowego w ilości 99% wagowych i 1% wagowego żywicy fenolowej, z zastosowaniem oprzyrządowania odwzorowującego i metodą odsączania

4 4 PL B1 z gęstwy, formuje się reaktor dwukomorowy, następnie utwardza się go poprzez suszenie. Reaktor dwukomorowy wykonany jest z obudowy 2, posiadającej wewnątrz komory reakcyjne 3 i 3a. Pierwsza komora 3 przeznaczona jest do odsiarczania, i posiada otwór wpływowy 4 ciekłego żeliwa. Druga komora reakcyjna 3a przeznaczona jest do sferoidyzacji i modyfikacji, i posiada przesłonięty filtrem ceramicznym otwór wypływowy 5 ciekłego żeliwa. W ścianie oddzielającej komory reakcyjne znajduje się otwór 5a przesłonięty filtrem ceramicznym, który jest otworem wypływowym z komory 3 i otworem wpływowym do komory 3a. W komorze reakcyjnej 3 umieszczony jest materiał odsiarczający 10 w ilości 150 g, a w drugiej komorze reakcyjnej umieszczony jest materiał 10a wermikularyzator w ilości 336 g oraz modyfikator w ilości 40 g. P r z y k ł a d III Z piasku otaczanego żywicą w ilości 100% wagowych formuje się, z zastosowaniem nadmuchiwarki i oprzyrządowania odwzorowującego, reaktor jednokomorowy. Reaktor jednokomorowy wykonany jest z obudowy 2, posiadającej wewnątrz komorę reakcyjną 3a z otworem wpływowym 4 ciekłego żeliwa i otworem wypływowym 5 ciekłego żeliwa, przesłoniętym filtrem ceramicznym. W komorze reakcyjnej 3a znajduje się materiał 10a sferoidyzator w ilości 300 g oraz modyfikator w ilości 30 g. P r z y k ł a d IV Z masy ceramicznej składającej się z włókna kaolinowego w ilości 99% wagowych i 1% wagowego żywicy fenolowej, z zastosowaniem oprzyrządowania odwzorowującego i metodą odsączania z gęstwy, formuje się reaktor jednokomorowy, następnie utwardza się go poprzez suszenie. Reaktor jednokomorowy wykonany jest z obudowy 2, posiadającej wewnątrz komorę reakcyjną 3a z otworem wpływowym 4 ciekłego żeliwa i otworem wypływowym 5 ciekłego żeliwa, przesłoniętym filtrem ceramicznym. W komorze reakcyjnej 3a znajduje się materiał 10a wermikularyzator w ilości 336 g oraz modyfikator w ilości 40 g. Zastrzeżenia patentowe 1. Reaktor do wytwarzania żeliwa wysokojakościowego, zwłaszcza żeliwa sferoidalnego lub wermikularnego, wyposażony w komorę reakcyjną zawierającą sferoidyzator i modyfikator lub wermikularyzator i modyfikator, znamienny tym, że ma postać foremnej bryły geometrycznej (2) z uformowaną wewnątrz co najmniej jedną komorą reakcyjną (3a), posiadającą otwór wpływowy (4) łączący ją z wlewem głównym (1) formy i otwór wypływowy (5) przesłonięty filtrem ceramicznym, łączący ją z układem wlewowym (6, 7 i 8) formy (9) odtwarzającej kształt odlewu, przy czym obudowa reaktora wykonana jest z masy ceramicznej zawierającej 95 99,5% wagowych piasku kwarcowego lub piasku otaczanego żywicą, lub włókna kaolinowego, zaś resztę stanowi nośnik węgla błyszczącego w postaci żywicy fenolowej albo fenolowo-formaldehydowej, albo kompozycji szkła wodnego z żywicą węglowodorową. 2. Reaktor do wytwarzania żeliwa wysokojakościowego według zastrz. 1, znamienny tym, że ma dwie komory reakcyjne (3a) i (3), przy czym w ścianie oddzielającej komory znajduje się otwór (5a) przesłonięty filtrem ceramicznym.

5 PL B1 5 Rysunki

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)