Способ модифицирования чугуна

 

„„SU„„ t 013488

СОКИ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК э(59 С 21 С 1/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3341058/02 (22) 10.09.81 (46} 23.04.83. Бюл. Ю 15

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (72) В.А. Ильинский, Н.Ф. Меньшиков

Р

С.Н. Шепетов, В.В. Боева и Л.В. Юдина (53) 621 745.3 (088 8) (56) 1. РТИ Мт20-2-76, Минстанкин" пром. "Технология плавки и внепечной обработки серого,ковкого и высокопрочного чугунов". И., 1977> с. 83.

2. Ващенко К.И., Софрони Л. Магниевый чугун. М., "Машиностроение", 1961, с. 128- 129. (54)(57) СпосоБ модиаициРоаяния чуГУНА, включающий обработку жидкого металла в ковше магнийкальциевым модификатором с содержанием кальция

13-203, о т. л и ч а ю щ и " с я тем, что, с целью получения высокопрочиого чугуна.из серого, содержащего до О, 153 серы, модификатор под покровным Флюсом в отдельном агрегате предварительно сплавляют с 5-103 марганца и при 1050-1150 С полученный жидкий модификатор в количестве

1,5-23 от веса обрабатываемого чугуна заливают в ковш, после чего доливают в него до нормы чугун, нагретый до

1320-1420 С.

1013488 2

Сравнительно высокое содержание магния 9- 124 в модификаторе и большие добавки модификатора вызывают продолжительный пироэффект и дымовыделение, 5 которые наблюдаются даже после опорожнения заливочного ковша иэ-за горения ошлакованных и нерастворившихся в металле включений модификатора.

1о Цель изобретения - получения высокопрочного чугуна иэ серого, содержащего до 0,153 серы.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу модифици1s рования чугуна, включающему обработ. ку жидкого металла в ковше магнийкальциевым модификатором с содержанием кальция 13-. 203, модификатор под покровным флюсом в отдельном

2О агрегате предварительно сплавляют с 5-103 марганца и при 1050-1150 С полученный жидкий модификатор в количестве 1,5-23 от веса обрабатываемого чугуна заливают в ковш, 25 после. чего доливают в него до нормы чугун, нагретый до 1320-1420оС.

Жидкий модификатор имеет состав,3:

Кальций 13 -20

Магний 5 -10 зо,Кр ни 44 -50

Марганец .. 5 -10

РЗМ О, 005 - 5, 0

Алюминий 1,5 "2,0

Железо Остальное

Такое модифицирование позволяет проводить эффективную десульфурацию чугуна прямо в ковше за счет высокой активности расплавленных компонентов, прежде всего кальция и марганца, и без значительного понижения

4О температуры жидкого чугуна. Кроме того, в процессе заполнения заливочного ковша до нормы жидким чугуном происходит его интенсивное перемешивание с уже залитым в ковш расплав45 ленным модификатором, что оказывает рафинирующее действие на получаемый чугун.

Изобретение относится к литейному производству и может быть применено при производстве отливок иэ высокопрочного чугуна с пластинчатым или шаровидным графитом.

Для получения высококачественного чугуна безавтоклавным процессом используют низкосернистый (с содержанием серы до 0,03 мас.Ф, перегретый до 1400-1500 С чугун, который модифицируют лигатурами или комплекс ными модификаторами, содержащими до

121 магния.

Известен способ модифицироаания низкосернистого перегретого чугуна магний-никелевой, никель-медь-магние вой и другими лигатурами, в состав которых иногда дополнительно вводят

Р3М 1 )

В этих. лигатурах медь и никель выполняют пассивную вспомогательную роль утяжеления лигатуры, повышения ее хрупкости для удобства размола, снижения пироэффекта и т.д.

Введение таких лигатур в низкосернистый, перегретый до 1400-1500 C чугун понижает его температуру на

40-100оС. Широкое использование ука занных лигатур сдерживается высоким дефицитом меди.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому аффекту к изобретению является способ модифицирования чугуна магнийсодержащими комплексными модификаторами с содержанием кальция 12-203. Их вводят в ковш перед заливкой чугуна 2 1.

Однако при использовании указанны модификаторов с повышенным содержани ем кальция при температуре чугуна менее 1380 С модификатор зашлаковывается, покрывается изолирующей окисной пленкой и плохо усваивается, Кроме тога, введение модификатора в количестве до 3,0-3,53 от веса чуг на приводит к резкому снижению температуры металла,. появлению большого количества шлака и, как следствие, к быстрому выходу из строя заливочного ковша. Поэтому использование магнийсодержащих модификаторов этого типа эффективно для перегретого металла и при обработке малосернистого чугуна, так как, несмотря на высокое содержание десульфураторов в мо- дификаторе, быстрое падение темпера= туры жидкого металла и шлака при введении модификатора делает невоэмо" жным ошлаковывание серы.

Роль марганца в составе модифицирующего комплекса связана с его десульфурирующей способностью в интервале эатвердевания чугуна, так как микроликвационное распределение марганца соответствует именно тем, зо" нам, в которые ликвирует оставшаяся не связанной в сульфиды сера.

Этим обоснованы и пределы его содержания .в модификаторе.

3 . !013

В момент ковшевой обработки жидким модификатором расплава чугуна основным десульфуратором является кальций и в меньшей степени марганец и магний, а в момент кристаллизации в форме основной десульфуратормарганец, а кальций и магний - сферо идизирующие добавки.

Следствием такого процесса полно,го связывания серы является воэмож- >в ность получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом из обычного ваграночного, содержащего до 0,1Я серы.

Нижняя,:оптимальная граница нагрева м

1320 С .определяется минимальной тем" пературой чугуна, допустимой .при изготовлении машиностроительного литья, и может быть столь низкой при получении высокопрочного чугуна толь- щ ко для предлагаемого способа. Ни при . квком другом способе модифицирования при данной температуре невозможно получить годного металла.

Верхняя граница оптимального пере- 2$ грева чугуна обусловлена..действием двух противоположно влияющих факторов: для эффективного обессеривания чугуна температура металла должна быть высокой, для уменьшения угара зф магния и кальция температура чугуна должна быть умеренной.

Выполненные эксперименты показали, что для эффективной обработки жид".. ким модификатором чугуна с высоким содержанием серы достаточной являетИ ся температура 1420 С. При более высокой температуре сокращается продолжительность сохранения эффекта моди-. фицирования.

Способ осуществляют следующим об46 разом.

В отдельном плавильном агрегате сначала расплавляют 10-153 от необходимого количества магнийсодержащего модификатора, например ЖКИК, и всю добавку металлического марганца или ферромарганца, наводят покровный флюс и под слоем флюса отдельными порциями вводят оставшееся количество магнийсодержащего модификатора.

В качестве покровного флюса используют кварцевый песок, смешанный с плавиковым шпатом, или выграночный шлак который наводится в количестве 3-43 от веса жидкого модификатора. Полученный жидкий модификатор вместе с покровным флюсом при 1050-1150 С вы- ливают в разогретый .заливочный ковш, 488 4 который затем доливают жидким чугуном до нормы. С зеркала металла очищают шлак и производят заливку форм.

Если полученный жидкий модифика" тор сразу использовать не могут, то при продолжительных выдермках производят корректирующую угар присадку металлического магния колокольчиком в.один или несколько приемов в зависимости от времени горячего простоя.

В лабораторных условиях основным плавильным агрегатом была основная .индукционная печь ИСТ-016, а для плавки модификатора использовался плавильный блок лампового генератора ЛП3-57.

На опытном заводе для плавки чугуна использовали дуговую электропечь

ДС-05, а индукционная печь ИСТ-016 использовалась для расплавления модификатора .

Обе серии плавок осуществлялись для определения степени модифицирующе"

ro эффекта при варьировании всех значимых по описываемому способу переменных.

Исходный чугун, подлежащий модифицированию, представлялсобой композицию обычного машиностроительного чугу. на и мало отличался по составу в серии лабораторных и производственных плавок.

В лабораторных плавках чугун имел следующий состав, вес.3 С 3,48, Si 2,31,.Nn 0,64, я 0,08, р 0,10, Cr 0,12.

Исходный чугун в заводских плавках имел состав,.вес-Ъ: С 3,21, Si 1,94, Ип 0,87, S 0,07, Р 0,10, Cr 0,20 °

Для магнийсодержащего.жидкого модификатора варьировали степень легирования марганцем (5Æ-начальная концентрация и 103- конечная ) и суммарное количество вводимой в чугун жидкой .присадки модификатора (1,03 и 1,Я).

Для исходного чугуна в лабораторных и заводских плавках изменяли только температуру в момент модифицирования (1300-1320 С и второй интервал 1400-1420 C).

Двадцатиградусный разброс температур в пределах каждого интервала соответствовал фактически достигнутой в экспериментах точности.

Критерием качества модифицирования серого чугуна на высокопрочный с шаровидным графитом служили вид

5 1013488 4 ,излома и соотношение в структуре сериях плавок не контролировались. шаровидного и пластинчатого графита. Данные лабораторных и заводских пла"

Механические свойства чугуна в этих вок приведены в таблице.

Вари- ант

Состав модификатора

Характеристика макрои микроструктуры

Номер плавки плавок макроструктура характер графита

8,3 14,0 5,0 1,5 1300-1320

Шаровидный-903

Серый чугун

14,0 5,0 1,0 1300-1320

8 3

Пластинчатый шаровид; ный 103

Л 3

10,0 12,2 10,0 1,5 1400-1420

ВЧ

Излом сталистой

Шаровидный 1003

6,7 17,4 6,2 1 „5 1300-1320

ВЧ

Излом сталистый

Шаровидный 1003

6,7 17,4 6,2 1,5 1400- 1420

ВЧ

Излом сталистый

То же

Y Г о

Ф

Д 6

67 174 62 15 1520) ВЧ

Излом сталистый") »н»

ll р и и е ч а н и е . При температуре модифицирования чугуна 1520 С эффект сфероидизации графита сохраняется менее двух минут.

На основании дополнительно проведенных испытаний способа модифицирования чугуна можно сделать следующие выводы: эффект модифицирования сохраняется при любых исследованных степенях перегрева жидкого чугуна з 2

Z .а о. (Ю о

1О

Количество мо дификатора,3 от веса ж. мет

Температура модифи-. цирова" ния, С

Высокопроч.ный чугун

Излом сталистый

Составитель А. Кондратьев

Редактор О. Половка Техред Ж.Кастелевич

Корректор И Аемчик

Заказ 2944/34 Тираж 566

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное,Фипивл flAO "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4

7 101-3488 Я ! е от 1300 до 152I} С, однако область всех трех концентрациях марганца оптимальных. температур составляет т.е. 5,0, 6,5 и 101 (по расчету J s

1320-1420 С. При повышении температу- составе жидкого модификатора.

Ф эы перегрева продолжительность моди- Добавка жидкого модификатора фицируащего эффекта резко сокращает- S в количестве более 2,0 не исследовася, минимальная величина добавки лась, так как положительный эффект жидкого модификатора, обеспечиваю- не вызывал сомнений, а задачей явщая получение стабильного эффекта лялось определение минимально необсфероидиэации графита, составляет ходимой присадки жидкого,модификато1,53. При уменьшении количества ра для получения высокопрочного жидкого модификатора чугун получает- чугуна. ся недомодифицированным, стабильный эф- Ожидаемый экономический эффект фект модифицирования отличался при составит более 120 тыс. руб. в год.