Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích •Moderní slévárenské •technologie Přednáška č. X: Doplnit název přednášky111 Přednášky pro studijní program Strojírenství Doc. Ing. Ladislav SOCHA, Ph.D. a kol. Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích •Odlévání odlitků, průběh tuhnutí odlitků a vady odlitků Přednáška č. X: Doplnit název přednášky222 Přednáška č. 5 Odlévání oceli Přednáška č. X: Doplnit název přednášky333 üOdlévání oceli představuje důležitou součást výrobního procesu üPřevážná část vyrobené oceli je v současné době odlévána na zařízeních plynulého lití (90 %) a menší část je odlévána do kokil na ingoty (10 %) üTradiční postup odlévání oceli do kokil činí cca 8,5 % a oceli na odlitky cca 1,5 % üPodíl odlité oceli na zařízení pro plynulé odlévání (ZPO) činí ve vyspělých státech téměř 100 % ü Přednáška č. 5: Odlévání odlitků, průběh tuhnutí odlitků a vady odlitků 3/27 Odlévání oceli üOdlévání oceli lze tedy rozdělit na následující technologie: Øodlévání oceli do kokil na ingoty – horem nebo spodem Øodlévání oceli na odlitky Øodlévání oceli na zařízení plynulého odlévání Přednáška č. 5: Odlévání odlitků, průběh tuhnutí odlitků a vady odlitků 4/27 Odlévání oceli do kokil na ingoty Odlévání oceli na odlitky Plynulé odlévání oceli Odlévání oceli do kokil na ingoty Přednáška č. X: Doplnit název přednášky555 üProvádí se v licí hale ocelárny do licích souprav, které se skládají z litinových forem, tzv. kokil, které jsou umístěny buď na pojízdných vozech, nebo jsou postaveny na licím poli üOdlévání horem = ocel se do kokil odlévá přímo z odpichové pánve, která je opatřena uzavíratelnými výlevkami üOdlévání spodem = ocel se nelije do kokil přímo, ale přes licí kůl a vtokové kanály, rovnoměrně pak stoupá ve všech kokilách současně, u tohoto způsobu odlévání mohou být kokily rovněž umístěny na licích vozech nebo v licích jámách ü Přednáška č. 5: Odlévání odlitků, průběh tuhnutí odlitků a vady odlitků 5/27 Provozní odlévání oceli horem Provozní odlévání oceli spodem Odlévání oceli do kokil na ingoty Přednáška č. 5: Odlévání odlitků, průběh tuhnutí odlitků a vady odlitků 6/27 ü Odlévání oceli horem Odlévání oceli spodem Odlévání oceli do kokil üLicí souprava se skládá z následujících základních částí: licí deska, kokila, kokilová podložka a hlavový nástavec Přednáška č. 5: Odlévání odlitků, průběh tuhnutí odlitků a vady odlitků 7 Přednáška č. X: Doplnit název přednášky777 ü ØLicí deska: základna pro odlévání Přednáška č. 5: Odlévání odlitků, průběh tuhnutí odlitků a vady odlitků 7/27 ü ØKokilová podložka: je umístěna pod kokilou, zabraňuje rozstřiku kovu Odlévání oceli do kokil 8 Přednáška č. X: Doplnit název přednášky888 ØKokila: litinová forma, v níž tekutá ocel ztuhne na požadovaný tvar ØHlavový nástavec: má za cíl soustředit staženinu v hlavové části ingotu Přednáška č. 5: Odlévání odlitků, průběh tuhnutí odlitků a vady odlitků 8/27 ØLicí souprava Odlévání oceli do kokil 9 Přednáška č. X: Doplnit název přednášky999 Přednáška č. 5: Odlévání odlitků, průběh tuhnutí odlitků a vady odlitků 9/27 Plynulé odlévání oceli (ZPO) Přednáška č. X: Doplnit název přednášky101010 üNahrazuje stávající postup odlévání oceli ingotovou cestou üRozšíření této technologie je způsobeno nejen neustále se zvyšujícími požadavky na kvalitu vyráběné oceli, ale také ekonomickými a výrobními ukazateli üPrincip plynulého odlévání lze definovat jako technologický postup, při kterém je tekutá ocel průběžně zpracovávána na předlitek, který může mít různé tvary dle požadavků pro následné tváření üPři porovnání procesu plynulého odlévání s klasickou technologií odlévání oceli do kokil lze výhody plynulého odlévání shrnout do následujících bodů: ØVysoká efektivnost výroby – způsobena výrazným zvýšením výtěžku oceli na finální výrobek a úsporu energie ØRacionalizace živé práce – vypuštěním výrobních mezioperací – snížení nákladů ØVyšší úroveň kultury práce – snížením podílu fyzicky namáhavé práce a zvýšením úrovně bezpečnosti práce, zlepšení podmínek pro zvyšování kvality – vyloučením subjektivních vlivů na jakost výroby a dosažení vyšší homogenity a jakosti předlitků Přednáška č. 5: Odlévání odlitků, průběh tuhnutí odlitků a vady odlitků 10/27 Zařízení pro plynulé odlévání oceli Plynulé odlévání oceli Přednáška č. X: Doplnit název přednášky111111 üNahrazení odlévání oceli do kokil üPrincip: průběžné zpracování tekuté oceli na předlitky různých tvarů a velikostí ü Přednáška č. 5: Odlévání odlitků, průběh tuhnutí odlitků a vady odlitků 11/27 Plynulé odlévání oceli Přednáška č. X: Doplnit název přednášky121212 üPříklad různých typů předlitků a jejich názvosloví ü Přednáška č. 5: Odlévání odlitků, průběh tuhnutí odlitků a vady odlitků 12/27 500x400 Ø 500 1048x450 438x381 1530x250 3200x218 1680x50 400x100 850x250 Blok (Bloom) Sochor (Billet) Kulatiny – kruhové sochory (Rounds) Klasické nosníkové profily (Conventional Beam Blanks) Klasické a středně tlusté bramy (Conventional & Medium Thickness Slabs) Tenká brama (Thin Slab) Přesný profil nosníku (Near-Shape Beam Blank) Ø140 200x200 Základní části ZPO Přednáška č. X: Doplnit název přednášky131313 Přednáška č. 5: Odlévání odlitků, průběh tuhnutí odlitků a vady odlitků 13/27 ØLicí stojan: doprava tekuté oceli v licích pánvích na ZPO ØMezipánev: dělení oceli do licích proudů, regulace toku oceli do krystalizátoru usměrnění proudění, homogenizace, minimalizace rozstřiku atd. Základní části ZPO Přednáška č. X: Doplnit název přednášky141414 Přednáška č. 5: Odlévání odlitků, průběh tuhnutí odlitků a vady odlitků 14/27 üPrimární zóna chlazení - Krystalizátor üSekundární zóna chlazení: chlazení předlitku vodními tryskami a vzduchem Základní části ZPO Přednáška č. X: Doplnit název přednášky151515 Přednáška č. 5: Odlévání odlitků, průběh tuhnutí odlitků a vady odlitků 15/27 üTerciární zóna chlazení: ochlazování vzduchem Tuhnutí odlitků Přednáška č. X: Doplnit název přednášky171717 Přednáška č. 5: Odlévání odlitků, průběh tuhnutí odlitků a vady odlitků 17/27 üPo nalití oceli do kokily, resp. krystalizátoru, dochází k bezprostřednímu styku tekutého kovu s chladnou stěnou kokily anebo krystalizátoru, což má za následek pokles teploty oceli a počátek její krystalizace s následným tuhnutím a vznik charakteristické struktury odlitku nebo předlitku üO stabilitě plynné, kapalné nebo tuhé fáze rozhodují termodynamické podmínky üČím nižší je hodnota volné entalpie, tím je soustava stabilnější, to znamená, že nad teplotou tuhnutí (Ts) bude stabilní tavenina, pod teplotou tuhnutí bude stabilní tuhá fáze üZměna volné entalpie při přechodu z taveniny do tuhé fáze je hnací silou, která určuje směr změny skupenství üO vlastním začátku fázové změny rozhoduje kinetický faktor, je nutná přítomnost zárodku tuhé fáze üPři homogenní nukleaci vzniká krystalizační zárodek přímo v tavenině, při heterogenní nukleaci se zárodky krystalů tvoří na cizích tuhých částicích přítomných v tavenině üPři tuhnutí ocelových ingotů jde vždy o heterogenní nukleaci, příčinou je přítomnost velkého počtu cizích částic (vměstků), vzniku zárodků napomáhají i nerovnosti na povrchu kokily, které se z hlediska nukleace chovají podobně jako cizí částice v tavenině üOcel krystalizuje dendriticky, dendritická struktura vzniká, jestliže má tavenina v blízkosti fázového rozhraní záporný teplotní gradient üCharakteristickým jevem při dendritické krystalizaci je vysoká krystalizační rychlost ü Přednáška č. X: Doplnit název přednášky181818 Přednáška č. 5: Odlévání odlitků, průběh tuhnutí odlitků a vady odlitků 18/27 ü Dendritický růst krystalů Tuhnutí oceli Přednáška č. 5: Odlévání odlitků, průběh tuhnutí odlitků a vady odlitků 19/27 üProces krystalizace a tuhnutí reálného ocelového ingotu je značně složitý. V jeho průběhu dochází k rozvoji chemických, tepelných, kinetických a fyzikálně-chemických procesů, které výrazným způsobem ovlivňují nejen růst a tvar krystalů, ale také jejich rozměry a orientaci. üStruktura ocelových ingotů je charakterizována třemi krystalizačními zónami: ØI. zóna - tzv. licí kůra, drobné rovnoosé krystaly v povrchových vrstvách ingotu ØII. zóna - kolumnární, protažené krystaly ve směru odvodu tepla ØIII. zóna - střední část ingotu tvořená hrubými různě orientovanými krystaly üNa průběh tuhnutí ingotu a jeho strukturu ma vliv celá řada faktorů: Øchemické složení Ørežim ochlazování Øtepelné zpracování Øtváření • Schéma struktury krystalizačních zón ocelového ingotu Struktura ztuhlého ocelového ingotu Vady oceli Přednáška č. X: Doplnit název přednášky202020 üV průběhu odlévání oceli do kokil může docházet ke vzniku vad ingotů, které lze rozdělit do následujících skupin: Øvady povrchové (vnější) Øvady vnitřní üTaké v průběhu odlévání oceli na zařízení plynulého odlévání může docházet ke vzniku vad předlitku, které lze rozdělit do následujících skupin: Øpovrchové (vnější) vady Øvnitřní vady Øtvarové vady Přednáška č. 5: Odlévání odlitků, průběh tuhnutí odlitků a vady odlitků 20/27 Ukázky vad oceli Vady oceli odlévané do kokil Přednáška č. X: Doplnit název přednášky212121 Přednáška č. 5: Odlévání odlitků, průběh tuhnutí odlitků a vady odlitků 21/27 üVnější vady ØVnější šupiny (pleny) ØTrhliny Vady oceli odlévané do kokil Přednáška č. X: Doplnit název přednášky222222 Přednáška č. 5: Odlévání odlitků, průběh tuhnutí odlitků a vady odlitků 22/27 üVnější vady ØStrusková hnízda üDalšími vnějšími (povrchovými) vadami jsou například: ØPraskliny ØZavaleniny ØPodpovrchové bubliny Vady oceli odlévané do kokil Přednáška č. X: Doplnit název přednášky232323 Přednáška č. 5: Odlévání odlitků, průběh tuhnutí odlitků a vady odlitků 23/27 üVnitřní vady ØStaženiny ØSulfidické a oxidické vměstky üDalšími vnitřními vadami jsou například: ØVycezeniny ØVločky ØŘediny (mikrostaženiny) Vady plynule litých předlitků Přednáška č. X: Doplnit název přednášky242424 Přednáška č. 5: Odlévání odlitků, průběh tuhnutí odlitků a vady odlitků 24/27 üPovrchové vady ØPodélné trhliny ØPříčné trhliny ØPlástvové bubliny Vady plynule litých předlitků Přednáška č. 5: Odlévání odlitků, průběh tuhnutí odlitků a vady odlitků 25/27 ØRadiální podélné trhliny ØHvězdicovité trhliny ØStředová staženina tzv. lunkr ØKruhové bubliny (pórovitost, bodliny) üVnitřní vady Vady plynule litých předlitků Přednáška č. 5: Odlévání odlitků, průběh tuhnutí odlitků a vady odlitků 26/27 ØOvalita průřezu ØPříčné lokální vborcení ØProhnutí ØPodélné vborcení üTvarové vady Použité zdroje Přednáška č. X: Doplnit název přednášky272727 üBothe O.: Strojírenská technologie II pro strojírenské učební obory. 6., upr. vyd. Praha: Sobotáles, 1999. ISBN 80-85920-58-1. üMichalek K., Socha L., Adolf Z., Bažan J.: Rafinace a odlévání oceli: Studují opora. VŠB-TU Ostrava, Ostrava 2013 üBažan J.: Lití a krystalizace oceli: Studijní opora. VŠB-TU Ostrava, Ostrava 2008 üIron & Steel [online]. Dostupné z: https://www.viktormacha.com/galerie/iron-and-steel-11/ üBrymbo Steelworks [online]. Dostupné z: http://old.wrexham.gov.uk/english/heritage/brymbo_steelworks/go_large_images/no_8.htm ü ü ü ü Přednáška č. 5: Odlévání odlitků, průběh tuhnutí odlitků a vady odlitků 27/27