Способ производства высокопрочного чугуна

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к литейному производству, а именно к производству высокопрочного чугуна . Цель изобретения - повышение прочности и пластичности чугуна, повышение степени усвоения магния. Предлагаемый способ заключается в том, что магнийкальциевый модификатор в количестве 0,9-1,1% от массы расплава помещают на дно ковша и покрывают его лигатурой редкоземельных металлов (РЗМ) в количестве 0.8-1,0% от массы расплава, затем расплав выливают в ковш и ведут обработку при 1330-1340°С с продувкой расплава осушенным воздухом. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)s С 21 С 1/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4

С)

Ql (лЭ Ql

К) (21) 4723244/02 (22) 24.07,89 (46) 15,01,92. Бюл, ¹ 2 (71) Нижегородский институт инженеров водного транспорта (72) Г.Б.Чуфырин, Н,А.Полушкин, B,А.Героцкий, Ю.А.Зиновьев, Ю,М.Порошин и

В.Ф.Рыжов (53) 669.162(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1062270, кл. С 21 С 1/10, 1982, Авторское свидетельство СССР № 1401052, кл. С 21 С 1/10, 1986. (54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА

Изобретение относится к металлургии, в частности к литейному производству, а именно к производству высокопрочного чугуна.

Известен способ модифицирования чугуна магнийкальциевым модификатором с высоким содержанием кальция (11-20 ), который вводится в ковш перед заливкой в него чугуна, причем кальций является сильнодействующим десульфуратором и способствует получению графита шаровидной формы в чугуне, что имеет большое значение при получении высокопрочного чугуна из чугуна с высоким содержанием серы, например, ваграночного.

Однако при температуре металла менее

1400 С модификатор с высоким содержанием кальция при модифицировании обычными способами, например "сендвич", „„Я „„1705352 А1 (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к литейному производству, а именно к производству высокопрочного чугуна. Цель изобретения — повышение прочности и пластичности чугуна, повышение степени усвоения магния. Предлагаемый способ заключается в том, что магнийкальциевый модификатор в количестве 0,9-1,17ь от массы расплава помещают на дно ковша и покрывают его лигатурой редкоземельных металлов (P3M) в количестве 0,8-1,07ь от массы расплава, затем расплав выливают в ковш и ведут обработку при 1330-1340 С с продувкой раСплава осушенным воздухом, 1 табл. эашлаковывается, покрывается изолирующей пленкой и в результате плохо усваивается. Поскольку свыше 90% чугуна выплавляется в вагранках холодного дутья и имеет температуру металла на желобе вагранки 1330-1380 С, то известные способы не позволяют эффективно обрабатывать чугун в ковше модификаторами с высоким содержанием кальция, Наиболее близким к предлагаемому является способ производства высокопрочного чугуна, согласно которому расплав обрабатывают модификатором с содержанием кальция 6-12 в количестве 1,8-2,07ь от массы расплава, а при заливке расплава в ковш на струю подают лигатуру редкоземельных металлов в количестве 0,12-0,15 от массы заливаемого расплава и производят его продувку через днище ковша осу1705352

20

30

40

50

55 шенным воздухом до прекращения пиОоэффекта при расходе воздуха 0,3-0,5 м /т расплава и давлением, превышающим давление столба расплава в ковше на величину

0,6-0,8 атм.

Эффективность модифицирования в данном способе достигается за счет продувки расплава осушенным воздухом, При продувке расплава осушенным воздухом происходит интенсивное перемешивание расплава, в результате чего размывается шлаковая пленка, образующаяся на кусках модификатора при взаимодействии его с расплавом, и происходит несмотря на сравнительно низкую температуру (13501380 С) интенсивное и равномерное растворение компонентов модификатора по всей массе расплава, Недостатком данного способа является низкое усвоение модификатора, а значит и магния, и низкое качество чугуна при температуре модифицируемого чугуна ниже

1350 С. B этом случае количество вводимого модификатора с высоким содержанием кальция ограничено, так как при больших количествах модификатора образуется большое количество шлаков с пониженной вязкостью иэ-за низкой температуры металла, и в результате даже при продувке металла воздухом, образующиеся шлаки не полностью смываются с кусков модификатора, затрудняя его растворение в расплаве.

Цель изобретения — повышение прочности, пластичности чугуна и степени усвое,ния.

Поставленная цель достигается тем, что обработку расплава ведут и ри 1330-1340 С, а магнийкальциевый модификатор используют в количестве 0,9-1,1% от массы расплава, покрывают лигатурой редкоземельных металлов в количестве 0,8-1,0% от массы расплава.

Способ производства заключается в следующем.

Магнийкальциевый модификатор в количестве 0.9-1.1% от массы расплава помещают на дно ковша, покрывают слоем лигатуры Р3М в количестве 0.8-1,0% от массы расплава. После этого в ковш заливают металл и продувают расплав осушенным воздухом до прекращения пироэффекта.

При расходе воздуха 0.3-0,5 м /т расплава з и давлении, превышающем давление столба расплава в ковше на величину 0.6-0,8 атм, Покровный слой из лигатуры РЗМ задерживает начало взаимодействия модификатора с расплавом, способствуя тем самым увеличению слоя чугуна над модификатором, что, в свою очередь, приводит к увеличению степени усвоения модификатора чугуном. Кроме того, лигатура Р3М является дополнительным глобуляризатором за счет входящего в нее Се, что позволяет уменьшить количество модификатора, необходимо для получения шаровидного графита в структуре чугуна, при этом образуется меньшее количество шлака, образующегося от взаимодействия модификатора с расплавом и улучшаются условия растворения модифицирующих присадок в чугуне. Церий, входящий в состав лигатуры, обладая большим сродством к кислороду и сере, чем магний, способствует более полному усвоению чугуном магния, входящего в состав модификатора. При обработке расплава лигатурой

РЗМ в количестве, меньшем нижнего значения указанных пределов (вариант 4 в таблице), происходит недостаточное рафинирование расплава от кислорода и серы и в меньшей степени сказывается глобуляризирующее действие лигатуры, что приводит к появлению в структуре чугуна графита пластинчатой формы. При обработке расплава лигатурой в количестве, большем верхнего значения (вариант 8 в таблице). сказывается отбеливающее действие церия, входящего в состав лигатуры, в результате в структуре чугуна появляются карбиды и понижаются его пластические свойства. Магнийкальциевый модификатор помещают на дно ковша и после нанесения покровного слоя лигатуры РЗМ и заполнения ковша металлом продувают расплав через пористые элементы днища ковша осушенным воздухом при расходе воздуха 0,3-0,5 м /т расплава и давлез нии, превышающем давление столба расплава в ковше на величину 0,6-0,8 атм до прекращения пироэффекта.

При обработке расплава модификатором в количестве, меньшем 0,9% (вариант 9 в таблице), не происходит полной глобуляризации графита из-за недостаточного количества модификатора. Обработка расплава модификатором в количестве, большем, чем 1,1% (вариант 13 в таблице), приводит к увеличению карбидной составляющей в структуре чугуна, что приводит к понижению пластических свойств металла. В этом случае сказывается карбидообразующее действие большого количества магния, входящего в состав модификатора совместно с действием церия лигатуры

РЗМ. При продувке осушенным воздухом происходит интенсивное перемешивание расплава, в результате чего размывается шлаковая пленка, образующаяся на кусках модификатора при взаимодействии его c расплавом, и происходит несмотря на низкую температуру модифицируемого металла

55 интенсивное и равномерное растворение компоненТов модификатора по всей массе расплава и, как следствие, увеличение степени усвоения модификатора. Согласно известному способу (варианты 1, 2 и 3 в таблице) при большем количестве модификатора по сравнению с предлагаемым образуется большее количество шлаков. В этом случае при температуре металла 13301340ОC даже при продувке металла воздухом образующееся большее количество шлаков не полностью смывается с кусков модификатора, при этом понижается степень усвоения модификатора и качество получаемого чугуна.

При обработке расплава по предлагаемому способу при температуре ниже нижнего предела (вариант 18 в таблице) происходит неполное усвоение модифицирующих добавок и, как следствие, понижение качества чугуна, при температуре выше верхнего предела увеличивается угар магния, содержащего в модификаторе, в результате чего снижается степень усвоения магния металлом и снижаются механические свойства чугуна (вариант 21 в таблице).

Р3М цериевой группы, магний, кальций, алюминий и кремний, входящие в состав модификатора и лигатуры Р3М, обладая большим сродством к кислороду, сере и азоту, связывают их в неметаллические включения. Продувка расплава осушенным воздухом за счет барботирования и флотирующего действия пузырьков воздуха создает благоприятные условия для перевода неметаллических включений в шлак и очищения расплава от газов, что способствует повышению показателей прочностных и пластических свойств чугуна. Кроме того, образующиеся окислы при продувке металла воздухом служат центрами графитизации, уменьшая при этом склонность чугуна к отбелу.

Давление воздуха при продувке должно превышать давление столба металла в ковше на 0.6-0,8 атм, Это обеспечивает интенсивный барботаж расплава без выбросов через край ковша. Указанное давление достаточно хорошо для растворения модификатора и перемешивания расплава.

Комплексное воздействие элементов, входящих в состав модифицирующих присадок, при продувке расплава осушенным воздухом в укаэанных границах обеспечивает требуемую чистоту модифицируемого расплава и получение качественного чугуна с шаровидным графитом при температуре обрабатываемого чугуна 1330-1340 С.

Критерием качества чугуна служат соотношение шаровидного и г ластинчатого графита в структуре металла, величина предела прочности при растяжечии и относи ел» ное удлинение чугуна.

При исследовании качества использовали исходный расплав, содержащий." : С

3,5-3,6; Sl 1,9-2.0; Мп 0,5-0,6 и S 0,12-0.14, при температуре 1330- 1340 С в количестве

0,8 т. обработали лигатурой с различными количествами, содержащей РЗМ и магнийкальциевый модификатор, Модификатор марки ЖКМК-4Р (ТУ 14-539-74), содержащий,%: Mg 8,9; Са 12,0; Sl

43,5; РЗМ 8.5: Fe остальное, помещали на дно ковша и покрывали лигатурой (ТУ 14-5136-81), содержащей, : P3M 34,3: Si 40,9;

Al 7,5; Ге остальное, Размер кусков лигатуры

5-15 мм, модификатора 5-10 ».1M. После заполнения ковша расплавом его продували осушенным воздухом через гористые 3лементы днища ковша. Продувку вели до Ilpeкращения пироэффекта в течение 3,0-3,5 при давлении воздуха, превышающем давление столба металла в ковше на 0,7 атм, и расхода его 0,4 м /т металла.

Результаты испытаний представлены в таблице (варианты 1-3 соответствуют известному способу, варианты 4-21 — предлагаемому).

Из данных таблицы видно, что предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет повысить степень усвоения модификатора и показатели прочностных и пластических свойств модифицированного чугуна при температуре модифицируемого расплава 1330-1340 С.

Оптимальным количеством присадок лигатуры Р3М и магнийкальциевого модификатора являются 0 8-1,0 и 0,9-1,1 (» от массы металла соответственно (варианты 3 — 5, 8 — 10, 12 — 15).

Формула изобретения

Способ производства высокопрочного чугуна, включающий обработку расплава магнийкальциевым модификатором, помещенным на дно ковша перед заливкой и лигатурой редкоземельных металлов, и последующую продувку расплава осушенным воздухом, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и пластичности чугуна, повышения степени усвоения магния, обработку расплава ведут при температуре 1330-1340 С, магнийкальциевый модификатор используют в количестве 0,91.1 от массы расплава, покрывают лигатурой редкоземельных металлов в количестве

0,8-1,0 от массы расплава.

1705352

Расход лигатуры

Р3М, ф>

Температура модифицируемого чугуна, С

Расход модификатора, (Вариант, Ф

Относите- Степень льнов уд- усвоения л и не н ие. магния. ф, Количество шаровидного графита в структуре ч на..

Величина предела прочности при растяжении, мПа

Составитель Т.Павлова

Редактор Л.Пчолинская Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор А,Осауленко

Заказ 171 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская нэб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент, r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

2

4

6

8

11

12

13

14

16

17

18

19

0,14

0,14

0,14

0,6

0,8

0.9

1,0

1,2

0,9

0,9

0,9

0.9

0.9

0,8

1,0

0,8

1.0

0.9

0.9

0,9

0.9

1,9

1,9

1,9

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

0,7

0,9

1,0

1,1

1,3

1,1

0,9

0,9

1,1

1.0

1,0

1,0

1,0

1360

72

524

523

420

0.0

0,0

0,0

0,0

3,0

3.1

2,8

1.2

0,0

2,9

З,О

2,9

0.0

3.1

3.0

3,0

2,9

0,0

2.8

З,О

1,5

12,0

12,3

12,5

42.5

42,0

42,7

42,5

42,5

42.6

42,7

42.5

42,3

42,2

42,4

42,5

42,6

42,2

42,5

42,4

35,0