Смесь для обработки жидкого металла

 

Использование: металлургия, в частности обработка жидкого чугуна и стали. Сущность: смесь содержит, мас. гранулы сплава магний-кремний 5-50; смесь галлоидов металлов 0,1-10; ферросилиций остальное. Ферросилиций содержит 45-80 мас. кремния и 0,2-1 мас. одного из элементов из группы барий, кальций и РЗМ, железо остальное. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к составам для обработки жидкого чугуна и стали.

Известна смесь [1] состоящая из 50-80% гранулированного магния и 20-50% порошкового криолита. Применение этой смеси при ковшевой и внутриформенной обработке чугуна неэффективно из-за низкого усвоения магния и загрязнения чугуна шлаковыми включениями.

Наиболее близкой к предлагаемой смеси по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является модифицирующая смесь [2] включающая магний гранулированный, плавиковый шпат и ферросплав при следующем соотношении, мас. магний гранулированный 4-11; плавиковый шпат 0,5-4; ферросплав остальное.

Этой смеси присущи следующие недостатки: низкое усвоение магния из-за ее ошлаковывания при внутриформенном модифицировании чугуна, обусловленное низкой температурой плавления гранул магниевого сплава, содержащего алюминий (450-550^оС); пленообразование в высокопрочном чугуне, наблюдающееся при повышенных содержаниях алюминия в магниевом сплаве.

Цель изобретения повышение степени усвоения магния при производстве лигатуры и качества обрабатываемого чугуна.

Цель достигается тем, что смесь для обработки жидкого металла, содержащая магнийсодержащие гранулы, галлоиды металлов и ферросплавов, включающий железо и кремний, в качестве магнийсодержащих гранул применяют гранулы сплава магний-кремний, а в качестве галлоидов смесь хлоридов и фторидов щелочных, щелочноземельных металлов и алюминия, в качестве ферросплава ферросилиций.

Компоненты в смеси находятся в следующем соотношении, мас. гранулы сплава магний-кремний 5,0-50,0; смесь хлоридов и фторидов щелочных, щелочноземельных металлов и алюминия 0,1-10,0; ферросилиций остальное, причем сплав магний-кремний содержит 2,0-40,0 мас. кремния.

Ферросплав, включающий железо и кремний, дополнительно содержит один из элементов группы кальций, барий, РЗМ при следующем соотношении компонентов, мас. кремний 45,0-80,0; элемент из группы кальций, барий, РЗМ 0,2-1,0; железо остальное.

Ввод в состав магниевых гранул 2-40% кремния способствует повышению температуры плавления сплава выше температуры плавления чистого магния (650^оС), что предотвращает ошлаковывание смеси в форме, а образующийся силицид магния (t_пл 1102^оС), являясь весьма прочным и тугоплавким соединением (в сравнении с соединениями Mg-Al), способствует более высокой степени усвоения магния чугуном при модификации. Кроме того исключается возможность пленообразования за счет алюминия и газовой пористости в чугунных отливках. При содержании кремния в гранулах магния менее 2% свойства смеси идентичны со смесями, в которых используется чистый гранулированный магний (низкое усвоение магния). Увеличение содержания кремния в гранулах магния свыше 40% нецелесообразно, так как не приводит к дальнейшему росту степени усвоения магния при увеличении технологических трудностей и стоимости получения высококремнистых магниевых сплавов.

Ввод гранул магний-кремний в состав смеси в количестве 5-50% создает оптимальные условия для проявления их сфероидизирующего графит действия при максимальной степени усвоения магния.

Нижний интервал содержаний гранул магний-кремний относится к сплавам, содержащим кремний у нижнего предела его содержания в магнии (2-10%), а верхний к сплавам, содержащим 30-40% кремния.

При использовании смеси, содержащей менее 5% сплава магний-кремний, реакционная способность смеси снижается, так как проявляется излишнее захолаживающее действие ферросицилиция, модифицирующий эффект недостаточен для получения шаровидной формы графита. При содержании в смеси более 50% гранул сплава магний-кремний реакция с расплавом протекает бурно, что приводит к снижению степени усвоения магния и выплескам чугуна из ковша (при обработке в ковше).

Смесь галлоидов металлов (в основном это хлориды и фториды щелочных и щелочноземельных металлов, а также алюминия) в указанном интервале (0,1-10%) способствует повышению эффективности обработки за счет того, что смесь галлоидов, расплавляясь, предохраняет гранулы магниевого сплава от воспламенения при контакте с кислородом воздуха; расплавленная смесь галлоидов металлов за счет флюсующего и барботирующего эффекта обеспечивает рафинирование расплава от продуктов взаимодействия таких, как сульфиды, нитриды, окислы. При добавке к смеси менее 0,1% указанное их действие практически не проявляется, а при их содержании в составе смеси более 10% повышается гигроскопичность смеси и интенсивность дымообразования за счет испарения легкокипящих компонентов, таких как NaCl, MgCl₂ и др.

Дополнительный ввод в состав ферросилиция одного из известных химически активных по отношению к кислороду и сере элементов (кальция, бария и РЗМ) способствует дополнительному повышению эффективности обработки чугуна, особенно, содержащему примеси элементов-деглобуляризаторов (Литовка В.И. Повышение качества высокопрочного чугуна. Киев: Наукова думка, 1987, с.208).

При содержании указанных элементов в ферросилиции менее 0,2% их действие практически не проявляется, а увеличение их содержания более 1% нецелесообразно из-за отсутствия дальнейшего улучшения показателей обработки чугуна при росте стоимости ферросплавов с повышенным содержанием кальция, бария и РЗМ.

Для экспериментальной проверки предлагаемого состава смеси было подготовлено шесть составов. Три состава предлагаемой смеси 2-4, два состава с выходящими за предлагаемые пределы содержания компонентов 5 и 6 и смесь 1 (прототип).

Смеси готовили механическим смешиванием компонентов в двухконусных безотвальных бегунах. В качестве смеси галлоидов металлов использовали смесь следующего состава: 5% MgCl₂, 20% NaCl, 70% KCl, 5% CaF₂, дробленный ферросилиций марок ФС75 и ФС65 с 1% бария фракции 0,5-3,0 мм. Гранулы магний-кремний получали сплавлением исходных компонентов в индукционной печи с последующим диспергированием полученного сплава в жидком (до 10% Si) или твердом (10-40% Si) состоянии. Для приготовления смеси использовали гранулы размером 0,5-2,5 мм, отсеянные на ситах.

Обработку чугуна проводили путем внутриформенного модифицирования на формовочной линии с горизонтальной линией разъема. Температура чугуна при заливке 1400-1420^оС, исходный химический состав чугуна: 3,9 мас. С, 1,8 Si, 0,4% Mn, 0,1% Cu, 0,012% S, 0,014% Ti.

Расход испытываемых смесей составлял 0,8% Модифицирующая смесь в реакционную камеру засыпалась вручную. Эффективность обработки оценивали по степени усвоения магния и степени сфероидизации графита (ССГ,).

Результаты испытаний представлены в таблице.

Формула изобретения

1. СМЕСЬ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА, содержащая магнийсодержащие гранулы, галлоиды металлов и ферросплавов, отличающаяся тем, что в качестве магнийсодержащих гранул она содержит гранулы сплава магний-кремний, в качестве галлоидов смесь хлоридов и фторидов щелочных, щелочноземельных металлов и алюминия, а в качестве ферросплава ферросилиций в следующем соотношении, мас.

Гранулы сплава магний-кремний 5,0 50,0 Смесь хлоридов и фторидов щелочных, щелочноземельных металлов и алюминия 0,1 10,0 Ферросилиций Остальное причем сплав магний-кремний содержит 2,0-40,0 мас. кремния.

2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что ферросилиций дополнительно содержит один элемент из группы кальций, барий, РЗМ при следующем соотношении компонентов, мас.

Кремний 45,0 80,0 Элемент из группы кальций, барий, РЗМ 0,2 1,0 Железо Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2