Способ получения серого чугуна

 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения серых чугунов различных марок на базе единого исходного расплава с пониженным содержанием углерода и кремния. Способ включает выплавку исходного расплава с содержанием углерода и кремния, составляющим, соответственно, 0,86-0,99 и 0,61-0,90 содержания их по массе в готовом чугуне, обработку расплава комплексной присадкой в одном или нескольких ковшах путем ввода присадки в общем количестве 0,1-1,4% от массы обрабатываемого металла и графитизирующими модификаторами на основе кремния - в разливочном ковше. Способ обеспечивает высокие механические свойства однородных по сечению тонкостенных (5-50 мм) отливок в условиях широкого диапазона температур выплавляемого чугуна, при возможности получения различных марок чугуна из базового расплава единого состава. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения серых чугунов различных марок на базе единого базового расплава с пониженным содержанием углерода и кремния.

Известны различные способы получения серого чугуна с применением ковшевых добавок.

Так, известен способ получения серого чугуна, включающий перелив расплава из печи в промежуточный ковш, где производится 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 модифицированного чугуна, включающий плавку в индукционной печи, термовременную обработку, присадку в расплав чугуна поташа в количестве 0,003-0,005% смеси мелкодисперсного графита и колошниковой пыли при соотношении /1-4/:1 в количестве 0,05-0,25% и после выпуска расплава из печи обработку в ковше кремнийсодержащим модификатором в количестве 0,15-0,20% от массы чугуна в ковше /2/. Этот способ не обеспечивает однородности свойств чугуна в сечениях отливок различной толщины, ввиду малой эффективности сочетания внепечных добавок.

Наиболее близким, по мнению авторов, является способ получения серого чугуна, состоящий в выплавке исходного расплава с содержанием углерода и кремния, соответственно, 0,65-0,85 и 0,2-0,5 содержания по массе в готовом чугуне, выпуск расплава в промежуточный ковш, в котором проводится первая обработка расплава путем введения комплексной присадки, содержащей 20-35% углерода и 50-70% кремния, в количестве 1,5-3,5%, а вторая обработка - в разливочном ковше путем введения графитизирующих модификаторов на основе кремния в количестве 0,1-0,5% от массы жидкого чугуна и ковше /3/.

Недостатком указанного способа является его неприменимость для обработки металла комплексной присадкой, содержащей 20-35% углерода и 50-75% кремния при температуре менее 1450^oC, ввиду значительного снижения степени усвоения комплексной присадки в расплаве в количестве свыше 1,4%. При этом, в сечениях отливок толщиной менее 10 мм не обеспечивается однородность структуры и механических свойств. Другим недостатком является непременное требование сложной схемы разливки с обязательным использованием наряду с разливочным ковшом и промежуточного ковша.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно: получение чугуна в тонкостенных отливках с толщинами сечений от 5 до 50 мм с высокими и однородными механическими свойствами в условиях широкого диапазона температур выплавляемого чугуна и упрощение технологической схемы разливки чугуна.

Техническими результатами от использования данного изобретения являются повышение механических свойств чугуна, достижение однородности механических свойств по сечению тонкостенных отливок и получение различных марок чугуна из единого базового расплава.

Поставленная задача решается тем, что в способе, включающем выплавку исходного расплава, выпуск расплава в ковш и обработку расплава комплексной присадкой, содержащей 20-35% углерода и 50-75% кремния, и графитизирующими модификаторами на основе кремния в количестве 0,1-0,5% от массы жидкого металла, исходный расплав выплавляют с содержанием углерода и кремния, составляющим, соответственно 0,86-0,99 и 0,61-0,90 содержания их по массе в готовом чугуне, при этом обработку расплава комплексной присадкой производят в одном или нескольких ковшах путем ввода присадки в общем количестве 0,1-1,4% от массы жидкого металла, а графитизирующими модификаторами на основе кремния - в разливочном ковше.

Отличительными признаками являются параметры исходного базового расплава /содержание углерода и кремния, соответственно, 0,86-0,99 и 0,61-0,90 содержания их по массе в готовом чугуне/ и способе обработки расплава: комплексной присадкой в одном или нескольких ковшах, путем ввода присадки в общем количестве 0,1-1,4% от массы жидкого металла, а графитизирующими модификаторами - в разливочном ковше.

Граничные пределы параметров предлагаемого способа получения серого чугуна определяются следующим: при содержании в базовом расплаве углерода менее 0,86 и/или кремния менее 0,61 от их конечных содержаний в готовом чугуне ковшевая обработка не обеспечивает достаточного уровня графитизации сплава, что приводит к образованию отбеленных зон и высокой твердости серого чугуна в тонких сечениях.

Если содержание углерода более 0,99 и/или кремния более 0,90 от их содержания в готовом чугуне, снижается эффективность действия комплексной присадки и не обеспечивается равномерность механических свойств по сечению отливок.

Введение в ковш комплексной присадки в количестве менее 0,1% от массы расплава не позволяет достигнуть необходимого уровня содержаний углерода и кремния, что обуславливает образование усадочных дефектов, спаев и отбела в отливках, и не позволяет получить различные марки чугуна из единого базового расплава.

Повышение количества комплексной присадки свыше 1,4% не позволяет получить необходимый уровень прочностных свойств серого чугуна, особенно в центральных перегретых зонах отливок.

Обработка серого чугуна графитизирующими сплавами ни основе кремния обеспечивает модифицирующий эффект, повышая дисперсность и мелкозернистость структуры и, соответственно, уровень прочностных свойств и снижая склонность к отбелу.

При промышленном опробовании способа, в индукционной тигельной печи выплавляли базовый чугун с содержанием углерода 0,86-0,99 и кремния 0,61-0,90 от их конечного содержания в готовом чугуне. Шихта состояла из стального лома, чугунного лома и ферросплавов. Металл в печи перегревали до температуры выпуска 1410-1440^oC и скачивали шлак. Ковшевая обработка расплава производилась комплексной присадкой, содержащей 20-35% углерода и 50-75% кремния в количестве 0,1-1,4%, а модифицирующей смесью ферросилиция ФС75Л и кремнийсодержащей лигатуры с Р3M - в количестве 0,1-0,5% от массы жидкого металла - в разливочном ковше. При этом обработка комплексной лигатурой производилась как последовательно в раздаточном и разливочном ковшах, так и в одном разливочном ковше. Чугун, полученный по данной технологии, заливали в формы для получения тонкостенных отливок фасонного вида и образцов для механических испытаний.

Результаты, полученные при применении различных вариантов заявленного способа и способа-прототипа, приведены в таблицах.

В табл. 1 представлены конкретные примеры осуществления способа и способа-пртотипа.

В табл. 2 представлены свойства чугуна, полученного эаявленным способом и известным способом-прототипом.

Из результатов табл. 2 следует, что при применении предлагаемого способа при одинаковых конечных химических составах чугуна в различных сечениях тонкостенных отливок обеспечиваются однородные и высокие значения прочности и показатели качества ПК при температуре жидкого чугуна менее 1450^oC.

Экономическая целесообразность применения в производстве прелагаемого способа получения серого чугуне состоит в возможности получения гаммы марок чугуна из единого базового расплава и снижения стоимости шихты для выплавки базового чугуна; кроме того, предлагаемый способ возможно использовать в цехах с различными технологическими схемами разливки металла.

Список литературы 1. Патент ГДР N 259755, МКИ C 21 C 1/08, РЖ ТОЛП, 1989 г., N 4, реф. 4Г119П.

2. А.с. СССР N 1388433, МКИ C 21 C 1/08, БИ N 14, 1986 г.

3. Патент РФ N 2139941, МКИ C 21 C 1/08, БИ N 29, 1999 г.

Формула изобретения

Способ получения серого чугуна, включающий выплавку исходного расплава, выпуск расплава в ковш и ковшевую обработку расплава комплексной присадкой, содержащей 20-35% углерода и 50-75% кремния, и графитизирующими модификаторами на основе кремния в количестве 0,1-0,5% от массы жидкого металла, отличающийся тем, что исходный расплав выплавляют с содержанием углерода и кремния, составляющим соответственно 0,86-0,99 и 0,61-0,90 содержания их на массе в готовом чугуне, при этом обработку расплава комплексной присадкой производят в одном или нескольких ковшах путем ввода присадки в общем количестве 0,1-1,4% от массы жидкого металла, а графитизирующими модификаторами на основе кремния - в разливочном ковше.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2