Способ получения серого чугуна

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения высококачественных серых чугунов на базе низкоуглеродистого расплава. В данном способе выплавляют исходный расплав с содержанием углерода и кремния соответственно 0,65-0,85 и 0,2-0,5 содержания их по массе в готовом чугуне. Выпускают расплав в промежуточный ковш. Присаживают комплексную присадку, содержащую 20-35% углерода и 50-75% кремния в количестве 1,5-3,5% от массы расплава. Затем в разливочном ковше в чугун вводят графитизирующие модификаторы на основе кремния в количестве 0,1-0,5% от массы жидкого металла в ковше. Изобретение позволяет снизить брак литья, упростить и удешевить процесс. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения гаммы высококачественных серых чугунов на базе единого низкоуглеродистого расплава.

Известны различные способы получения серого чугуна с использованием обработки расплава добавками, в том числе модифицирующими, как в плавильном агрегате, так и в ковше и в литейной форме.

Так, известен способ получения серого чугуна, включающий выплавку исходного расплава в низкочастотной тигельной печи, выпуск его в канальную печь при (t)= 1420-1460^oC, перегрев и выпуск расплава в промежуточный ковш, где осуществляют модифицирование ферросилицием марки ФС 75 в количествах, зависящих от марки сплава и окончательной доводки чугуна по содержанию кремния [1] . Этот способ не дает возможности получать заготовки с различными свойствами на базе единого расплава, кроме того имеет место наличие газовых раковин в отливках.

Известен способ получения серого чугуна, включающий выплавку исходного расплава в количестве 92-94% от емкости тигля, модифицирование в печи углерод- и кремнийсодержащими добавками, содержащими 0,06-0,10% графита и 0,4-0,8% ФС-20, с пригружением добавки твердыми металлическими материалами, с последующим модифицированием углерод- и кремнийсодержащими добавками в промежуточном ковше с использованием 0,01-0,27% C и 0,04-0,23% Si и в разливочном ковше - добавками 0,05 - 0,20% ферросилиция с РЗМ марки ФС 30 РЗМЗО и 0,1-0,5% ФС 75 [2]. Этот способ обеспечивает снижение брака по газовым раковинам, однако не обеспечивает однородности свойств в сечениях отливок различной толщины.

Наиболее близким по мнению авторов является способ получения серого чугуна, включающий выплавку исходного расплава, путем расплавления шихты, содержащей 0,4-0,6 марочного количества кремния, перегрев расплава, выдержку, введение присадки ферросилиция из расчета получения содержания Si на 15-20% ниже марочного и двойное модифицирование в ковше; причем сначала в ковш выпускают 0,4-0,6 массы расплава, вводят модификаторы в количестве 0,1-0,15% массы расплава, а после выпуска в ковш остальной части расплава вводят модификатор, содержащий FeSi, SiCa и графит в количестве 0,6-0,7 мас.% при соответствии компонентов (1-1,15) : (1-1,1) : (0,4-0,7) [3].

Этот способ позволяет снизить энергозатраты при сохранении качества чугуна, в частности снижается отбел чугуна. Однако этот способ не дает возможности получения высоких прочностных свойств чугуна без роста твердости и соответственно без ухудшения обрабатываемости, а также достаточной однородности механических свойств в сечениях отливок различной толщины.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно: получение оптимального соотношения прочности и твердости чугуна, однородности свойств по сечению отливок без удорожания процесса получения чугуна.

Техническим результатом от использования изобретения является снижение брака литья при одновременном упрощении и удешевлении процесса.

Поставленная техническая задача решается тем, что в способе, включающем выплавку исходного расплава, выпуск расплава в ковш и двукратную ковшевую обработку расплава углерод- и кремнийсодержащими материалами, исходный расплав выплавляют с содержанием углерода и кремния, составляющим соответственно 0,65-0,85 и 0,20-0,50 содержания их в готовом чугуне, выпускают расплав в промежуточный ковш, при этом первую обработку расплава проводят в промежуточном ковше путем введения комплексной присадки, содержащей 20-35% углерода и 50-75% кремния в количестве 1,5-3,5% от массы расплава, а вторую - в разливочном ковше путем введения в ковш графитизирующих модификаторов на основе кремния в количестве 0,1-0,5% от массы жидкого металла в ковше.

Граничные пределы параметров предлагаемого способа получения серого чугуна определяются следующим: при содержании в базовом расплаве углерода менее 0,65 и/или кремния менее 0,2 от их конечных содержаний в готовом чугуне последующая ковшевая обработка не позволяет обеспечить полное усвоение присадок. Это в свою очередь приводит к резкому повышению твердости и склонности к отбелу выплавляемого серого чугуна.

Если содержание углерода более 0,85 и/или кремния более 0,5 от их содержаний в готовом чугуне, снижается эффективность ковшевой комплексной присадки и не обеспечивается равномерность механических свойств чугуна по сечениям отливок различной толщины.

Наличие в составе комплексной присадки 20-35% углерода и 50-75% кремния обеспечивает достижение необходимого соотношения между содержаниями углерода и кремния в готовом чугуне и возможность их регулирования для получения гаммы серых чугунов с различными показателями механических свойств в соответствии с заданной маркой.

Введение в ковш комплексной присадки в количестве менее 1,5% от массы расплава не позволяет достигнуть необходимых пределов содержаний углерода и кремния, что обусловливает ухудшение литейных свойств чугуна и образование усадочных дефектов и спаев в отливках.

Повышение количества комплексной присадки свыше 3% массы расплава не позволяет обеспечить ее полное усвоение. Возникающие при этом флотационные процессы приводят к структурной неоднородности чугуна в отливках и снижению прочностных свойств, особенно в массивных сечениях отливок.

Вторичная графитизирующая обработка серого чугуна сплавами на основе кремния в количестве 0,1-0,5% от массы жидкого металла в ковше обеспечивает модифицирующий эффект, повышая дисперсность структуры серого чугуна и прочностные свойства, а также снижая склонность чугуна к отбелу.

При промышленном опробовании способа в индукционной тигельной печи выплавляли исходный расплав с содержанием углерода 0,65-0,85 и кремния 0,2-0,5 от их конечного содержания в чугуне, готовом к заливке в литейные формы. Шихта состояла из стального лома, чугунного лома и ферросплавов. Металл в печи перегревали до температуры выпуска 1480^oC, после чего скачивали шлак. На дно предварительно разогретого промежуточного ковша вводили комплексную присадку, содержащую 20-35% углерода и 50-75% кремния, состоящую из измельченных углерод- и кремнийсодержащих материалов, в количестве 1,5-3,5% от массы жидкого металла. После наполнения промежуточного ковша и растворения присадки расплав переливали в разливочный ковш. В разливочном ковше производили обработку металла модифицирующей смесью ферросилиция марки ФС-75Л и кремнийсодержащей лигатурой с РЗМ в количестве 0,1-0,5% от массы жидкого металла в ковше. Чугун, полученный по данной технологии, заливали в формы для получения разностенных фасонных отливок и образцов для проведения механических испытаний.

Результаты, полученные при применении различных вариантов предложенного способа и способа-прототипа приведены в таблицах. В табл. 1 представлены конкретные примеры осуществления способа и способа-прототипа. В табл. 2 представлены свойства чугуна, полученного заявленным способом и известным способом-прототипом.

Из результатов табл. 1 следует, что при применении предлагаемого способа при одинаковых конечных химических составах чугуна временное сопротивление при растяжении, однородность значений прочности в сечениях отливки различной толщины (соотношение σ¹_в⁵/σ³_в⁰ ) и показатель качества чугуна ПК возрастают на 15-20%.

Предлагаемый способ позволяет получать серые чугуны, отличающиеся высокими значениями показателя качества Паттерсона ПК [4], который в упрощенном виде является отношением показателей прочности и твердости чугуна. Известно, что для чугунов одинакового химического состава меньшая твердость при равной прочности свидетельствует о более высоком качестве чугуна в целом (большая пластичность, лучшая обрабатываемость).

Экономическая целесообразность применения в производстве предлагаемого способа получения серого чугуна состоит в возможности выплавки базового расплава из шихты, состоящей преимущественно из дешевого стального и чугунного лома с минимальным количеством доменных чушковых чугунов.

Список литературы 1. Патент ГДР N 259755? C 21 C 1/08 (РЖ ТОЛП, 1989, N 4, реф. 4Г119П).

2. Авт.св. N 1812211, C 21 C 1/00, БИ N 16, 1993.

3. Авт.св. N 1497226, C 21 C 1/10, БИ N 28, 1989.

4. Гиршович Н.Г. Кристаллизация и свойства чугуна в отливках. - М.: Машиностроение, 1966, с. 330.

Формула изобретения

Способ получения серого чугуна, включающий выплавку исходного расплава, выпуск расплава в ковш и двухкратную ковшевую обработку расплава углерод- и кремнийсодержащими материалами, отличающийся тем, что исходный расплав выплавляют с содержанием углерода и кремния, составляющим соответственно 0,65 - 0,85 и 0,2 - 0,5 содержания их по массе в готовом чугуне, выпускают расплав в промежуточный ковш, при этом первую обработку расплава проводят в промежуточном ковше путем введения комплексной присадки, содержащей 20 - 35% углерода и 50 - 75% кремния в количестве 1,5 - 3,5% от массы расплава, а вторую - в разливочном ковше, путем введения графитизирующих модификаторов на основе кремния в количестве 0,1 - 0,5% от массы жидкого металла в ковше.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2