Брикет для плавки железоуглеродистого сплава

 

Изобретение относится к литейному производству, преимущественно к плавке железоуглеродистых сплавов, в частности к изготовлению брикетов из металлической стружки, применяемых в качестве составляющих металлической шихты. Целью изобретения является сокращение расхода модифицирующих добавок, измельчение, включений графита и улучшение пластичности сплава. Брикет содержит, мас.%: углеродсодержащий материал 0,8-1,9; ферросилиций 2,5-3,5; стружка алюминиевых .сплавов, в составе которых присутствует магний в количестве 6 - 13% 2-3; чугунная стружка остальное. Применение брикетов позволяет уменьшить расход модификатора на 67%, измельчить включение графита и за счет этого повысить пластичность сплава на 25%. 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АBTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Углеродсодержаций материал

Ферросилиций

Стружка алюминиевых сплавов

Чугунная стружка

0,8-1,9

2,5-3,5

2,0-3,0

Остальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4474259/02 (22) 16.08,88 (46) 07.01.91 ° Бюл. М 1 (71) Институт проЬлем литья АН УССР и Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) А.И.Семененко, В.И.Савченко, П.Д.Кудь, Д.Ф.Чернега, В.Е,Яковчук, Н.Д.Тарасов, И,И.Щетинин, А.Л.Комарницкий, Н.Г.Кульчицкий, A.È.Âîùeíêo и В.Д.Губарь (53) 669. 15-198(088.8) (56) Авторское свидетельство ГССР

М 1296620, кл. С 22 С 35/00, 1985.

Авторское свидетельство ССГР

М 926476, кл. Y 27 В 1/00, 1980, (54) БРИКЕТ ДЛЯ ПЛАВКИ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТОГО СПЛАВА

ИзоЬретение относится к литейному производству, преимуцественно к плав-. ке железоуглеродистых сплавов, в частности к изготовлению Ьрикетов из металлической стружки, применяемых в качестве составляюцей металлической шихты.

Целью изоЬретения является сокрац ение расхода модифицируюцих добавок, измельчение включений графика и улучшение пластичности сплава.

Предлагаемый Ьрикет для плавки железоуглеродистого сплава содержит

„„80„„1618766 А 1

egg) g С 21 С 1/10, С 22 В 1/24

2 (57) Изобретение относится к литейному производству, преимуцественно к плавке железоуглеродистых сплавов, в частности к изготовлению Ьрикетов из металлической стружки, применяе.— мых в качестве составляюцих металлической шихты. Целью изобретения является сокрацение расхода модифицируюцих добавок, измельчение вкпючений графита и улучшение пластичности сплава. Брикет содержит, мас.l: углеродсодержаций материал 0,8-1,9; ферросилиций 2,5-3,5; стружка алюминиевых,сплавов„ в составе которых присутствует магний в количестве 6

13» 2-3; чугунная стружка остальное.

Применение Ьрикетов позволяет уменьшить расход модификатора на 671, измельчить включение граоита и за счет этого повысить пластичность сплава на 25 ". 3 табл. чугунную стружку, углеродсодержащий материал, Ферросилиции и стружку алюминиевых сплавов, в составе которых присутствует магний в количестве

6-131, при следуюцем соотношении компонентов, мас.4:

1618766

Изготовление предлагаемого брикета производится следующим образом.

Ферросилиций ФС75 и углеродсодержащий материал (коксик) измельчают поочередно сначала в молотковой дробилке, затем в шаровой мельнице до фракций О, I 2,5 мм. Расчетное количество измельченного ферросилиция и коксика, а также стружку алюминиевых сплавов добавляют в процессе наполнения мерного приемного бункера чугунной стружкой.

Качественный и количественный cocTRBbl предлагаемого брикета выбраны. на основании оЬщих требований, предьявляемых к качеству переплавляемых брикетов (брикет должен обладать повы-. шенной плотностью и прочностью, иметь в составе компоненты, обладающие по- 2О вышенной рафинирующей и модифицирующей способностью). НаиЬолее полно удовлетворяет этим требованиям бри.кет, содержащий, кроме чугунной стружки, углеродсодержащее вещество, Фер- 25 росилиций и стружку алюминиевых сплаВоВ в указанном соотношении.

Для устранения вредного влияния водорода и оксидных включений железа на механические свойства сплава, в том числе и на пластичность, и поддержание углерода на определенном уровне при плавке. и выдержке .расплава я состав бРикета вводят углеродсодержащее вещество. Количество по" следнего в составе Ьрикета изменяют в пределах 0,8-1,9 :, Применение таких компонентов, как коксик, кокс и графит в качестве восстановителей,не содержащих водород, позволяет уменьшить содержание водорода в сплаве и восстановить оксиды железа, присутствующие в переплавляемой стружке.

Чем меньше окисленность переплавля- 4> емой стружки, тем полнее происходит удаление серы из расплава, тем мень" ше треЬуется углеродсодержащей добав ки в Ьрикет.

При применении коксика s .количест ве менее 0, 8 ма с . to происходит недостаточное рафинирование чугуна от оксидов и вредных примесей (серы, кислорода, азота), что способствует понижению пластичности сплава и дополнительному расходу модификатора при модифицировании его в ковше, Если вводить коксик в состав брикета в количестве более 1,9 мас.l, то имеет место недостаточная прочность брикета, так как измельченный материал создает дополнительное сопротивление движению стружки, в пресс-форме, и, как следствие, брикеты обладают повышенной осыпаемостью при транспортировке и загрузке в плавильную печь. ферросилиций замедляет скорость охлаждения сплава и способствует процессу графитизации. Для интенсификации процесса графитизации, особенно в тонкостенных отливках, к которым можно отнести и гильзы цилиндров, в состав брикетов вводят Ферросилиций.

Сокращение расхода модифицирующих добавок при модифицировании чугуна в ковше, измельчение включений графита и повышение пластичности сплава достигаются преимущественно введением в состав Ьрикета стружки алюминиевых сплавов, содержащих магний в количестве 6-13 мас.1. При таком содержании магния в стружке в жидкий чугун вводится 0,012-0,039 мас.1 магния.

Под действием магния графитные включения в процессе кристаллизации принимают не пластинчатую (удлиненную), а шаровидную (укороченную) форму. Иаровидные включения, имеющие минимальную поверхность при данном объеме, значительно меньше ослабляют металлическую основу чугуна, чем пластинчатые включения.

Используемая в качестве модифицирующей доЬавки стружка алюминиевых

cnhaaoe является вполне доступным и дешевым материалом и содержит такие элементы как алюминий, кремний и магний, которые в ряду электроотрицательности находятся почти рядом и по отношению к элементам, входящим в состав чугуна, имеют наименьшие значения электроотрицательностей. Поэтому они должны в первую очередь взаимодействовать с металлоидами - кислородом, азотом, серой, углеродом и др., т.е. основная часть введенной добавки в расплав чугуна в составе брикета из чугунной стружки расходуется на рафинирование его по сере, кислороду . и азоту, а также на измельчение включений графита, размер и форма которых оказывают существенное влияние на прочностные характеристики сплава, в том числе и на пластичность. Основными параметрами, характеризующими эффективность добавки Ферросилиция

18766

6 регрева ванны до 1380-1400 С вводт т чугунную стружку в виде брикетов в ь количестве 10 мас.:;, от массы завалки, 5 затем догружают сверху чугунный и стальной лом. После расплавления, корректировки сплава по химическому составу, прогрева ванны до температуры 1420-1460 С печь отключают, с зеркала расплава удаляют шлак и расплав сливают в ковш, предварительно прогретый до 600-700 С, где дополнительно проводят обраЬотку жидкого металла ферросилицием ФС75. После выпуска расплав для усреднения его по химическому составу тщательно перемешивают металлическим прутком. ,т ля определения механических свойств и микроструктуры чугуна СЧ-20, 20 выплавленного как с применением брикетов предлагаемого состава, так и известных, отливают образцы в песчаную форму.

Результаты исследований представ25 лены в табл.1.

Эффективность указанной добавки в состав брикета зависит от количества вводимого ферросилиция, от качественного состава стружки алюминиевых сплавов, ее количества и массовой доли переплавляемых брикетов в составе шихты при выплавке железоуглеродистого сплава. ферросилиций замедляет скорость охлаждения сплава и способствует графитизации. В реальных условиях скорость охлаждения определяется толщиной стенки отливки. Чем меньше толщина стенки отливки, тем быстрее охлаждение и в меньшей степени протекает процесс графитизации, что способствует понижению пластичности сплава.

Содержание кремния в сплаве можно увеличить как за счет обработки расплава в ковше Ферросилицием в количестве 0,3-0,8;;, так и путем ввода последнего в состав переплавляемых брикетов в пределах 3-8 мас,i.

Введение указанного количества ферросилиция в состав брикетов позволя- ет существенно сократить расход модификаторов при обработке расплава в ковше или же полностью исключить

5 16 и стружки алюминиевых сплавов в состав переплавляемых брикетов, служат размер включений графита, плэстичност сплава и уменьшение расхода модификатора при модифицировании чугуна в ков ше. эту операцию, улучшить пластичность сплава и тем cRHblM повысить качество Ьрикетов. Качественный состав алюминиевой стружки определяется химическим cocTRRoM алюминиевых сплавов (А1122 и АЛ29), которые, кроме алюминия, содержат 6- 13 мас.t магния, около 1 мас, кремния и другие компоненты. Иассовая доля переплавляемых брикетов в составе шихты при выплавке серых чугунов обычно не превышает 1!Й. Условно считают эти величины постоянными, а количество ферросилиция и стружки алюминиевых сплавов в составе переплавляемых брикетов переменными величинами.

Оптимальное количество ферросилиция и стружки алюминиевых сплавов в составе брикетов из чугунной стружки установлено на основании экспериментальных данных. Для этого в индукционной печи ИСТ-016 выплавляют серый чугун марки СЧ-20. После расплавления металлической шихты и пеИз табл. 1 следует, что лучшие результаты полу ают при добавке в состав брикета 2,5-3,5 мас.л; ферроси30 лиция и 2,0-3,0 мас. струкжи алюминиевых сплавов. Это объясняется тем, что при использовании в составе брикета до 2,5 мас. : ферросилиция и алюминиевой стружки в количестве менее 2,0 мас.ь не обеспечивается .эф35 фективное рафинирование чугуна от вредных примесей и измельчение включений графита, При дальнейшем повышении количества модифицирующих доЬа40 вок в составе брикета (стружки >

>3,0 мас.1, а Feb- ) 3,5 мас.3) происходит нтенсивное оЬразование и насыщение чугуна оксидами алюминия, магния, кремния и другими соединени4 ями, которые оказывают влияние на диффузионные процессы при кристаллизации расплава. Эти соединения,располагаясь по границам кристаллов, ослабляют межкристаллитные связи в чугуне и спосоЬствуют росту включений графита в виде пластин по гра" ницам кристаллов, понижая тем самым его пластичность. Наст. пает эффект перемодифицирования сплава.

При содержании магния в стружке алюминиевых сплавов меньше нижнего предела (6,0 мас. ) эффект модишицирования проявляется в значительно меньшей степени. В момент расплавле1618766 ния брикетов процесс окисления протекает не так интенсивно и почти весь магний расходуется в первую очередь

На взаимодействие с кислородом,сеS рой и другие элементами, а поэтому не оказывает существенного влияния на Форму включений графита, размер и форма которых оказывают влияние на прочностные характеристики сплава, в том числе и на пластичность.

При содержании магния в стружке алюминиевых сплавов Ьольше верхнего предела (13 мас.%) наблюдается эффект перемодифицирования. В момент расплавления брикетов процесс окисления протекает очень интенсивно, сопровождается значительным угаром магния, образованием и насыщением чугуна оксидами алюминия, магния, кремния и другими соединениями, которые, располагаясь по границам кристаллов, ослабляют межкристаллитные связи в матрице и спосоЬствуют росту включения графита, понижая тем самым пла- 25 стичность жепезоуглеродистого сплава.

Подтверждением вышеописанному могут служить результаты дополнительных исследований (табл.2}, полученные при выплавке чугуна СЧ-20 в печи ИСТ-016 с применением в брикетах стружки алюминиевых сплавов, содержащих различное количество магния.При плавке чугуна применяют брикеты следующего состава, мас,l: углеродосодержащее вещество 1,4; Ферросилиций 2,5; стружка алюминиевых сплавов ?,5; чугунная стружка остальное.

Масса каждой плавки 160 кг, а массовая доля переплавляемых брикетов, используемых в качестве шихты, 101 массы завалки

Как следует из таЬл.2, лучшие результаты получают при использовании в составе брикета стружки алюминиевых сплаRQв, содержащих магний в количестве 6,0-13,0 мас.1 (сплавы

АЛ22, АЛ23 и АЛ29), тогда как при испопьзовании стружки алюминиевых сплавов, содержащих магний менее

6 мас.i; (сплав АЛ13} и более 13,0 мас.б (сплавы: 1,0i кремния + 13,5-14,5i магния + алюминий остапьное), результаты получают зна ительно ниже.

Следовательно. применение в соста- ве шихты предлага.мых Ьрикетов, содержащих стружку алюминиевых сплавов, с содержанием (>,0-13,0 мас. ;, магния, Формула и з о б р е т е н и я

Брикет для плавки железоуглеродистого сплава, содержащий чугунную стружку и углеродсодержащий материал, отличающийся тем, что, с целью сокращения расхода модифицирующих добавок, измельчения включений графита и улучшения пластичности сплава, он дополнительно содержит ферросилиций и стружку алюминиевых сплавов, в составе которых присутствует магний в количестве 6

13, при следующем соотношении компонентов, мас.4:

Углеродсодержащий материал

0,8-1,9 позволяет ум ньи ит ь pëñõîä модификатора в ковше, измел ьни т ь в ключения графита до 50-100 мкм и за счет этого получить пластичность сплава до 9,24.

В производственных условиях проводят четыре опытно-промышленные плавки чугуна СЧ-20 с применением в качестве шихты брикетов, не содержащих ферросилиций и стружку алюминиевых сплавов (плавки 1, 2), и брикетов, в состав которых входит 3,0 мас,i ферросилиция и 2,5 мас.4 стружки алюминиевых сплавов (плавки 3,4), Брикеты изготовляют l13 чугунной стружки на гидравлическом прессе

Б-6234 с усилием прессования 2,5 МН, а плавки проводят в индукционной печи ИСТ-016. Масса каждой плавки

160 кг. Количество чугунной стружки, используемой я качестве шихты, составляет 101 от массы завалки.

Для определения механических свойств и микроструктуры чугунных гильз цилиндров с каждой плавки отбирают 3 гильзы, из которых изготовляют образцы. Е5 результате проведенных исследований (таол.3) установлено, что пр менение предлагаемых брикетов, содержащих ферросилиций и стружку алюминиевых сплавов,позволяет повысить пластичность сплава от 6,5 до 9,0 мас.1 за счет измельчения включений графита до 50-100 мкм, при этом сократить расход ферросилиция при модифицировании чугуна в ковше на 67 по сравнению с применением Ьрикета-прототипа (без ферросилиция и стружки алюминиевых сплавов).

1618766

2,0-3,0

Остальное

2,5-3,5 алюминиевых сплавов

4угунная стружка

Таблица

Размер включений графита в чугуне, икм

Коипоненты, входящие в состав брикета, мас.2, ПластичКоличество магния,приходящегося на 1 т жидкого чугуна при введении его в расплав в составе брикетов, мас.ь

Расход модификатора (ФерроСИЛИЦИЯ

ФС-75) на 1 т жидкого чугуна при обработке его в ковше

Ьрикет

Стружка алюминиевых

ФерроСИЛИЦИй ность чуг.>на, Чугунная стружка

Углеродсодержащее вещество сплавов

Остальное 0,4-0,5

120-160 е 5

2 ь сиоляных остатков и тяжелых Фракций промышленных насел

Известный

11редлагаемый

2

4

6

6,8

7,2

7,8

8,5

9,0

8,5

7,5

0,003 0,006

0,006-0,013

0,09-0,020

0,0 12-.0,026

0,015-0,033

0,018-0,039

0 ° 02 1-0,046

110-140

90-130

60-120

50- 100

50-100

60-110

90 130

0,35

0,30

0,25

0,20

0,15

О! 10

0,05

1,0

1 ° 5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

0,5

1,0

l,5

2,0

2,5

3,0

3.5

0,04 коксика

0,01

0,3

0,8

1,4

1.9

2,4

То же

1!

I1

11

1I

1!

Таблица 2

Размер вклю чений графита,мкм

Содержание магния в

Расход модифи каторэ (ферросилиций

ФС-75) при обработке чугуна в ковше, от обшего количества

Пластичность

Иар ка сплава чугустружке алюминиевых сплавов, мас ° 4

100-140

90-130

80-110

60-100

60-90

50-90

50-100

70-110

80-120

90-130

Ферросилиций

Стружка указанных

АЛ13 4, 5

АЛ13 5,0

АЛ13 5,5

Nl23 6, 0

АЛ29 8,0

АЛ22 11,0

АЛ22 13, 0

13,5

14,0

14,5

42

40 . 38

32

29

21

6,9

7,5

7,9

8,5

8,7

9,2

9,0

8,0

7,5

7,0

1618766

Табли ца 3

Плавкаа

Характеристика переплавляемых брикетов

Основные параметры, характеризующие эффективность брикетов (данные по каждой отливке) Размер включений гра" фита,мкм

Расход модификатора (ферросилиция ФС-75) при обработке чугуна в ковше, 4 от общего количества

Пластичность чугуна, 6,7

6,5

6,5

6,8

6,5

6,7

Применение брикетов содержац!их 98. мас ° 4 чугунной стружки и 2 мас.3 углеродсодержащего вещества в виде смоляных остатков и тяжелых фракций промышленных масел (брикетпрототип)

Применение брикетов, со" 9,0 держац!их 93 мас.Ф чугунной 8,7 стружки, 1,,4 мас.io углерод- 9,0 содержащего вещества 8,7 (коксика), 3,0 мас.Ф ферро- 9,0 силиция ФС-75 и 2,5 мас.4 9,0 стружки алюминиевых сплавов (предлагаемый брикет) 125-150

120- l60 l 20-160

125-145

120-160

125-150

100

50" 100

60-100

50-100

60-100

50-100

50-100

33

Составитель К.Сорокин

Редактор Н.Гулько Техред М.Дидык Корректор Т.Малец

Тираж Подписное

ВНИИПИ Государ<.твенного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

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

Производственно-издатеяьскии комбинат Патент, г..жгород, ул.. р

t! !! у Га г а и н а 1 0 1