Способ получения чугуна с шаровидной формой графита

 

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для получения больших единичных масс высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, в частности для производства крупнотоннажного литья. Цель изобретения стабилизация процесса сфероидизации графита, улучшение качества и уменьшение стоимости чугуна. Чугун вначале обрабатывают зкзотермической шлаковой смесью в количестве 1,0 - 2,5% от смеси чугуна, затем модифицируют магнием в количестве 0,12-0,17% от массы чугуна, выдерживают его в течение 0,3-0,5 ч и после удаления шлака проводят повторное модифицирование магнийсодержащей лигатурой в количестве 0,05-1,0% от массы чугуна. (Л 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (59 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2!) 3872838/22-02 (22) 08.01.85 (46) 23.11.86. Бюл. 1 43 (71) Донецкий научно-исследовательский институт черной металлургии (72) В. В. Лесовой, П. Д. Стец, В. А. Курганов, Л. А. Краузе, А, А. Федорко и В. Л. Гуторова (53) 669.15-198(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 502946, кл, С 21 С 1/10, 1976.

Патент Швейцарии У 565864, кл. С 21 С 1/1О, 1978. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА С ШАРО ВИДНОЙ ФОРМОЙ ГРАФИТА (57) Изобретение относится к области литейного производства и может

ÄÄSUÄÄ 1271886 А 1 быть использовано для получения больших единичных масс высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, в частности для производства крупнотоннажного литья. Цель изобретениястабилизация процесса сфероидизации графита, улучшение качества и уменьшение стоимости чугуна. Чугун вначале обрабатывают экзотермической шла.ковой смесью в количестве 1,0 — 2,5Х от смеси чугуна, затем модифицируют магнием в количестве 0 12-0,17Х от массы чугуна, выдерживают его в те-. чение 0,3-0,5 ч и после удаления шлака проводят повторное модифицирование магнийсодержащей лигатурой в ко- Е личестве 0,05-1,07. от массы чугуна.

3 табл.

1271886

Изобретение относится к литейному производству, в частности к получению больших единичных масс высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, и может быть применено при отливке сталеразливочных изложниц при поточном производстве крупнотоннажного литья (изложницы, поддоны).

Цель изобретения — стабилйзация процесса сфероидизации графита, улучшение качества и уменьшение стоимости чугуна.

Предлагаемый способ получения чугуна с шаровидной формой графита включает обработку чугуна экзотермической шлаковой смесью в количестве

1 0-2 5Х от массы металла, затем модифицирование магнием в количестве 0,12-0,17 от массы металла, выдержку чугуна в течение О, 3-0,5 ч и вторичное модифицирование сфероидизирующей лигатурой.в количестве 0,05-1,0 .от массы металла.

Чугун сначала обрабатывают экзотермическими шлаковыми смесями в количестве 1,0-2,5Х от массы металла, затем слитковым или гранулированным мйгнием в количестве 0,12-0,17Х от массы металла и выдерживают в течение 0,3-0,5 ч, После этого с его поверхности удаляют шлак и производят вторичное модифицирование комплексным модификатором в количестве 0,051 ОХ от массы металла.

Предварительная десульфурация чугуна производится экэотермической шлаковой смесью и идет с экзотермическим эффектом, поэтому в этот период,нет потери тепла чугуна. В качестве экзотермической шлаковой смеси применяют известную смесь, содержащую, мас. : карбит кальция 40-60; графит 5-10; ферросилиций остальное.

Наведенный шлак выполняет при этом. препятствует испарению магния и защищает поверхность чугуна от окисления, уменьшает тепловые потери на испарение магния и сокращает потери тепла излучением, уменьшает расход магния на десульфацию эа счет десульфурации чугуна компонентами, входящими в состав шлака, В табл. 1 приведено усвоение магния, а также суммарное количество тепла 0,1,„, потерянного (-) или полученного (+) чугуном при введении магния, в зависимости от количества шлакообразующей смеси.

5 l0

Из табл, 1 следует, что при 0,8 . шлакообразующей смеси потери тепла значительные, которые снижают температуру металла на 7-10 С. При количестве шлакообразующей смеси 1Х потери тепла практически равны нулю и с увеличением количества смеси до

2,5 они практически не изменяются, Шлаковое покрытие уменьшает также тепловые потери через зеркало металла за счет излучения, В результате общие тепловые потери уменьшаются в два раза. Кроме того, при обработке чугуна шлаками в количестве менее

1,0 от массы чугуна толщина покрытия шлака недостаточна и при обработке чугуна парами магния наблюдаются прорывы сплошности шлака, что приводит к повышенному окислению магния. Обработка шлаковой смесью более 2,5 . нецелесообразна,так как дальнейшее увеличение практически не влияет на ход процесса и необоснованно увеличивает количество шлака. При обработке чугуна в ковшах с отношением высоты к диаметру (Н/Д) ) 1 количество шлаковой смеси может находиться в пределах 1,0-1 5Х от массы металла, при Н/Д < 1 количество смеси целесообразно увеличивать до 2,5Х.

Нижний и верхний пределы количества вводимого магния О, 12-О,17Х т массы обрабатываемого чугуна обусловлены, исходя из условий получения на первом этапе модифициро- ванном чугуне не менее 70Х графита сфероидальной формы и находятся в зависимости от исходного содержания серы в чугуне и температуры чугуна, При содержании серы в чугуне в пределах 0 01-0 02Х степень сфероидиэации 70"80Х обеспечивается при вводе магния в количестве не менее

0,12Х. При более высоком содержании серы в исходном чугуне (до 0,05X) необходимую степень сфероидизации получают при вводе магния до 0,17Х от массы обрабатываемого чугуна (табл. 2). Нри вводе магнйя более 0,17 . получают уже на первом этапе модифицирования графит практически полностью сфероидальной формы и при вторичном модифицировании чугуна комплексным модификатором, содержащим сфероиднзирующие элементы, остаточное .содержание магния в чугуне настолько высоко, что ухуд1271886 шается обрабатываемость отливок, Отказываться от вторичного модифицирования нецелесообразно, так как кроме улучшения структуры чугуна и обрабатываемости отливок, зта опе- 5 рация стабилизирует процесс сфероидизации графита. Это особенно важно . при отливке крупнотоннажного металлургического литья, имеющего большой интервал кристаллизации и требующего больших масс высокопрочного чугуна, Пределы во времени выдержки чугуна после модифицирования магнием обусловлены необходимостью образования устойчивости шлаковой корки на поверхности металла и процессами десульфации — ресульфурации.

При выдержке чугуна менее 0,3 ч на поверхности металла не успевает образоваться достаточно плотная сплошная шлаковая корка, что приводит к тепловым потерям. Кроме того, этого времени недостаточно для полного всплывания и удаления в шлак образовавшихся в ре=.ультате реакций сульфидов, что снижает степень десульфурации, Выдерживать чугун более

0,5 ч также нецелесообразно, так как в этом случае наблюдается явление Зб частичного перехода серы из шлака в чугун (ресульфурация), С увеличением времени выдержки возрастает процент. перешедшей в чугун серы, Кроме того, на поверхности ковша за это З время наблюдается образование достаточно прочной шлакометаллической корки, которую трудно удалить и которая может стать причиной остановки процесса модифицирования. 40

Вторичное модифицирование производится сфероидизирующей лигатурой в количестве 0,05-1,0Х от массы чугуна, Из табл. 3 видно, что ввод модификатора менее 0,05Х практически 4$ не оказывает влияния на усиление сфероидизирующего эффекта и улучшение структуры высокопрочного чугуна: ввод более 1 ОХ модификатора нецелесообразен, так как, с одной 50 стороны, это приводит к удорожанию чугуна, с другой — к некоторому ухудшению структуры чугуна вследствие эффекта перемодифицирования.

Кроме того, ухудшается обрабатываемость отливок. Из табл,3 видно также, что степень сфероидизации графита при вводе комплексного модификатора в виде лигатуры в количестве 0,05Х, соответствующем нижнему пределу, практически не отличается от степени сфероидизации при вводе комплексного модификатора в количестве 0,03Х т,е..ниже предлагаемого предела. Однако, при расходе модификатора менее 0,05Х в структуре отливок наряду с графитом шаровидной и вермикулярной формы наблюдаются колонии пластинчатого графита, что нежелательно. Ввод в чугун комплексного модификатора в количестве 0,05Х и более способствует полному исчезновению колоний пластинчатого графита, и структура состоит исключительно из графита шаровидной и вермикулярной формы. Следовательно, нижний предел расхода модификатора обусловлен не степенью сфероидизации, а недопустимостью получения в структуре колоний пластинчатого графита и соответствует 0,05Х.

П р и,м е р. Доменный предельный чугун поступает в цех изложниц в чугуновозном ковше, Масса металла в ковше 85 т, температура чугуна

1400 С химический состав, мас.Х:

С 4,2; Si 0,7; Мп 0,7; P 0,08;

S 0,025.

В порожний чистый чугуновозный ковш, установленный в приямок, оборудованный вентиляционным устройством, загружается экзотермическая смесь,.содержащая карбид кальция, графит, кальцинированную.соду и ферросилиций в количестве 0,76 т (1,5Х от массы обрабатываемого чугуна) и производится слив 50 т чугуна при !

380 С. При сливе практически весь доменный шлак остается с остатками чугуна в первом ковше, После выдержки в течение 15 мин, необходимых для образования устойчивого шлакового покрытия на поверхности чугуна, производится обработка его слитковым магнием по известному способу "магний — газ", в котором магний вводится в чугун с помощью полого испарителя ° Количество вводимого магния составляет 0,15Х или 1,5 кг на 1 т чугуна. Необходимое количество магния вводится за 0,3 ч (2 погружения испарителя), Окончание процесса модифицирования характеризуется обильным дымовыделением, что связано с догоранием продуктов реакции вследствие нарушения сплошности шлакового пок5 12 рытия при выемке испарителя, Поэтому после окончания модифицирования чугун выдерживают в течение 0,5 ч в приямке при включенной вытяжной вентиляции. За это время на его поверхности образуется корочка шлака и прекращается выделение дыма. Потери температуры эа период от слива чугуна до начала вторичного модифицирования составляют 80 С. Остаточное содержание магния в пробе, взятой.из ковша, составляет,7:

0,050; углерода 4,0; кремния О 83,, Вторичное модифицйрование чугуна производится нри 1 300 С комплексным модификатором — лигатурой, содержа" щей, мас.Х: Si 55; Ng 5; Са 4; Fe остальное. Модификатор в количестве, 0i5 т (1,0X от массы металла) загружают на дно разливочного ковша и покрывают теплоизоляционным покрытием — древесным углем, для защиты поверхности чугуна от окисления, после чего в раэливочный ковш сливают модифицированный магнием чугун.

Слив чугуна производится так, чтобы основная масса шлака с небольшими остатками металла осталась в чугуновозном ковше. После слива чугуна производят выдержку чугуна в течение 0,5 ч и далее заливку форм изложниц при 1260 С.

Конечный химический состав чугуна изложниц, мас.Х: С 3,9; Si 1 2;

Ип 0,7; Mg 0,06; S следы; P 0„08;

Са 0,01. Металлическая основа чугуна перлитно-ферритная (П70), графит имеет правильную шаровидную форму, степень сфероидиэации не менее 90Х, остальнбй графит имеет неправильную шаровидную или вермикулярную форму, Преимущество предлагаемого способа по сравнению с известным заключается в значительном упрощении технологического процесса. Предлагаемый способ исключает трудоемкую дополнительнук операцию, заключающуюся в повторном подогреве чугуна в индукционных печах, который неизбежно вызывает потери магния при высокотемпературных выдержках чугуна, что, соответственно, приводит к его перерасходу, увеличивает расход электроэнергии и продолжительность технологического цикла получения высокопроч ного чугуна, Обработка чугуна экзотермическими шлакообразующими смесями по предлагаемому способу не

71886

55 только уменьшает тепловые потери, испарение магния и окисление металла, но также увеличивается стабильность и эффективность процесса модифицирования за счет более глубокой предварительной десульфурации чугуна недефицитной экзотермической шлаковой смесью. Так, содержание серы в чугуне предварительной десульфурации по предлагаемому способу не превышает 0 005Х в то время как -десульфурация чугуна по известному способу обеспечивает содержание серы до

0 01Х. Содержание серы в исходном чугуне при этом в обоих случаях одинаково и составляет 0,03 — 0 06Х.

Более глубокое рафинирование металла в результате предварительной обработки по предлагаемому способу позволяет получить высокую степень сфероидизации графита (без колоний пластинчатого) при меньшем (0,05

1,0Х к массе жидкого металла) расходе комплексного модификатора по сравнению с известным способом, который обеспечивает необходимую степень сфероидизации при расходе модификатора 1,4Х. Кроме того, предварительная обработка чугуна экзотермическими смесями приводит, как правило, к существенному снижению содержания в чугуне газов и элементов— демофикаторов, на нейтрализацию которых расходуется до 20Х сфероидизирующих добавок, Формула изобретения

Способ получения чугуна с шаровидной формой графита, включающий обработку чугуна магнием, удаление шлака и последующее модифицирование магнийсодержащей лигатурой и ферросилицием, отличающийся тем, что, с целью стабилизации процесса сфероидизации графита, улучшения качества и уменьшения стоимости чугуна, чугун вначале обрабатывают экзотермической шлаковой смесью в количестве 1,0-2,5Х от массы чугуна, затем его модифицируют магнием в количестве 0,12-0,17Х от массы чугуна, выдерживают в течение

0,3-0,5 ч и после удаления шлака осуществляют вторичное модифицирование магнийсодержащей лигатурой в количестве 0,05-1,0Х от массы чугуна, 1271886

Таблица !

Усвоение магния, Ж, и значение 0, „ при количестве шлакообразующей смеси, 7 от массы чугуна

Количество вводимого магния, мас.X и Я„

2,7

1,5

2,0

2,5

1,0

0,8

0 5

20-35 20-40 45-50 50-55 55-57 55-60 55-60

О,!2

Qcy e ккал/т

0 +!80 +!80

-1080 +252 +330

45-48 47-52 50-55

-360

-540 мин.

-1080

20-37

-1080

20-35 макс.

0,15!

4уи ккал/т

-90 -136 0 +225 +225 —.6 75

-585

MHH °,макс. †!350 -1350 "225 +90

+225

+450 +450

55-57 55-60

45-48 48-50

20-35

20-30

0,17

50-53 ч &ум ккал/т

-1020

-1530

-765

-102 0

-255 -102

+255 +255

+357 +357

-1530

+153 макс.

Таблица 2

Степень сфероидизации, Х, при количестве

ВВОдимОГО маГния ° Х

СодержаниеЯв исходном чугуне, Х

0,12 0,15

0,17 0921

0,10

0,01

65-70

75-85 85-95

75-82 85-95

75-82 85-95

70-78 85-90

70-78 85-90

0,15

0,025

0,040

9,050

65-67

65-.67

60-65

60-65

75-80

72-78

72-78

70" 75

70-75

75-82

75-80

75-80

70-78

70-78

+! 80 +180

+360 +360

55-60 55-60

1271886

Таблица 3

Степень сфероидизации графита Ж при количестве вводимого комплексного модификатора Х одерание

0,03 0,05 О, 1 0,5

1,2

75-85 92-97 95-100 95-100

78-87 95-ll00 97-100 92-95"

0,12 0,01

0i0I

0,15

0,17 0,01

О, 12 0,25

72-78 72-78 75-80

75-85 92-95 95-100 92-95"

0i l5

0,25

75-80 75-80 75-82

Ов17 Ое25 75-82 75-82 78-85 78-87 92-100 100

72-75 72-78

75-80 78-90 90-9 5

75-70

0,05

Oi12

70-78 72-78 75-80 75-83 90-95 92-97

0,15 0,05

70-78 72-78 78-82

80- 85 95-100 97-100 90-95

0,05

0,17 Уменьшение степени сфероидизации графита за счет эффекта перемодифицирования, Составитель К, Сорокин

Техред А.Кравчук Корректор А. Обручар

Редактор Н. Яцола

Заказ 6309/25 Тираж 552 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по.делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4

Кол-во вводимого ..Mg, % серы в чугуне, %

75-80 75-80 75-82

75-82 75-82 75-85

75-85 75-82 78-87

82-90 97-100 100

75-82 85-92 92-95

90-92»

9 2-95

90-92"

90-95

90-95»