Способ модифицирования чугуна


 


Владельцы патента RU 2542041:

Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" ОАО НПО "ЦНИИТМАШ" (RU)

Изобретение относится к металлургии и литейному производству и может быть использовано при модифицировании чугуна, который используют для изготовления быстроизнашивающихся деталей, например мелющих элементов рудо- и углеразмольных мельниц. Способ включает выплавку в электропечи чугуна заданного состава, слив расплава в ковш, засыпку зеркала расплава покровным материалом, выдержку его до образования защитного покрова, введение в расплав твердого модификатора и засыпку места ввода покровным материалом. Выплавку чугуна ведут в тигле индукционной печи с частотой тока 50-2400 Гц при поддержании уровня расплава чугуна не выше уровня верхнего витка индуктора печи, а после снижения величины номинальной мощности, подводимой к индуктору печи, на 5-50% и образования выпуклого мениска на поверхности расплава чугуна зеркало расплава засыпают покрывным материалом, выдерживают до образования защитного покрова, вводят в расплав твердый модификатор и выдерживают в течение 2-6 мин, причем модификатор перед введением в расплав выдерживают в воде и вводят в тигель индукционной печи в количестве 0,5-0,7% от массы модифицируемого чугуна, а в ковш - 0,3-0,8% от массы модифицируемого чугуна. Изобретение позволяет повысить коэффициент распределения магния и церия по объему жидкого чугуна, находящего в разливочном ковше, а также увеличить время действия эффекта модифицирования после введения в расплав модификатора. 7 з.п. ф-лы, 1 пр.

 

Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к способу модифицирования чугуна, который может быть использован для изготовления быстроизнашивающихся деталей, например, мелющих элементов рудо- и углеразмольных мельниц.

Известен способ модифицирования чугуна под сыпучим покровным материалом, включающий выплавку чугуна заданного состава, размещение на дне ковша слоя твердого измельченного модификатора на основе магнийсодержащей лигатуры, нанесение на поверхность модификатора слоя покровного материала, заполнение ковша расплавом чугуна и засыпку зеркала жидкого чугуна тем же покровным материалом, который состоит из углеродного пассиватора (измельченный кокс) и теплоизолирующей добавки (вспученный перлит).

(SU 1077929, C21C 1/10, опубликовано 07.03.1984)

Недостатками данного способа являются низкий процент усвоения магния расплавом (55-65%), поскольку в процессе модифицирования часть магния всплывает на поверхность расплава, что приводит к пироэффекту и дымовыделению.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ модифицирования жидкого чугуна под плотным вязким покровом, включающий выплавку чугуна заданного состава в электропечи, слив его расплава из печи в открытый ковш, засыпку зеркала жидкого чугуна покрывным материалом - порошком флюсперлита «Барьер», который коагулирует шлак с образованием плотного вязкого покрова, ввод через зазор между футеровкой ковша и покровом в расплав чугуна твердого дробленного тяжелого модификатора на основе цериевой присадки и никель-магниевой лигатуры, засыпку зазора порошком флюсперлита «Барьер». При таком способе модифицирования усвоение расплавом магния и церия достигает 95%.

(RU 2422546, C22C 1/10, опубликовано 27.06.2011).

Поскольку в известном способе модифицирование расплава чугуна идет в процессе опускания модификатора в донную часть ковша, то с увеличением массы обрабатываемого чугуна модифицирование (усвоение магния и церия) верхних объемов расплава в ковше происходит в большей степени, чем нижних объемов. В результате этого отливки, полученные из металла верхних объемов ковша, содержат количество графита правильной шаровидной формы 95%, а отливки, отлитые из металла нижних объемов ковша, только 55%, что отрицательно сказывается на прочностных характеристиках этих отливок. Кроме того, при осуществлении известного способа эффект модифицирования чугуна исчезает через 15-20 минут после введения в расплав модификатора, что может произойти при длительной транспортировке разливочного ковша к литейным формам или задержке литья по техническим причинам.

Задачей и техническим результатом изобретения является повышение коэффициента распределения магния и церия по объему жидкого чугуна, находящего в разливочном ковше, а также увеличении времени действия эффекта модифицирования после введения в расплав модификатора.

Указанный технический результат достигается тем, что способ модифицирования чугуна включает выплавку в электропечи чугуна заданного состава, слив расплава в ковш, засыпку зеркала расплава покровным материалом, выдержку его до образования плотного вязкого покрова, введение в расплав твердого модификатора и засыпку места ввода покровным материалом, при этом выплавку чугуна ведут в тигле индукционной печи с частотой тока 50-2400 Гц при уровне расплава чугуна не выше уровня верхнего витка индуктора печи, после чего уменьшают на 5-50% величину номинальной мощности, подводимой к индуктору печи, засыпают зеркало расплава покрывным материалом, выдерживают его до образования покрова, вводят в расплав твердый модификатор, выдерживают расплав в течение 2-6 мин и сливают его в ковш, где повторно засыпают зеркало расплава покрывным материалом, выдерживают его до образования покрова и вводят в расплав твердый модификатор, причем модификатор перед введением в расплав выдерживают в воде и вводят в тигель индукционной печи в количестве 0,5-0,7% от массы модифицируемого чугуна, а в ковш - 0,3-0,8% от массы модифицируемого чугуна.

Технический результат также достигается тем, что в индукционной печи при частоте тока индуктора 2400 Гц засыпку покровного материала и введение модификатора осуществляют после уменьшения величины номинальной мощности, подводимой к индуктору печи, на 5-15%; в индукционной печи при частоте тока индуктора 500 Гц засыпку покровного материала и введение модификатора осуществляют после уменьшения величины номинальной мощности, подводимой к индуктору печи, на 15-25%; в индукционной печи при частоте тока индуктора 50 Гц засыпку покровного материала и введение модификатора осуществляют после уменьшения величины номинальной мощности, подводимой к индуктору печи, на 40-50%; твердый модификатор на основе цериевой присадки и никель-магниевой лигатуры вводят в расплав через зазор между футеровкой тигля или ковша и покровом; в качестве покровного материала используют порошок флюсперлита «Барьер»; общая масса твердого модификатора составляет 1,0-1,5% от массы модифицируемого чугуна; время введения в расплав твердого модификатора составляет менее 5 секунд.

Выплавку чугуна требуемого химического состава в тигле индукционной печи с частотой тока от 50 до 2400 Гц ведут при номинальной мощности печи, обеспечивающей получение расплава чугуна и интенсивное перемешивание расплава в тигле, что не дает возможности сформировать на поверхности расплава защитного покрова. Если уровень расплава в тигле не превышает уровня верхнего витка индуктора электропечи, то, при снижении номинальной мощности печи, на поверхности расплава происходит формирование выпуклого мениска, что создает условия быстрого затягивания твердого дробленого модификатора в донную часть тигля электропечи, в том числе модификатора, вводимого в зазор между футеровкой тигля и сформированным защитным покровом. Указанное осуществление способа существенно повышает равномерность распределения (коэффициент распределения) магния и церия по объему расплава.

Способ по изобретению можно проиллюстрировать следующим примером.

Для расплавления железоуглеродистых шихтовых материалов и выплавки легированного чугуна заданного состава использовали среднечастотную (500 Гц) индукционную печь. Уровень расплава в тигле был не выше уровня верхнего витка индуктора индукционной печи. При достижении температуры расплава жидкого чугуна 1440°C уменьшали величину номинальной мощности, подводимой к индуктору, на 20-21% и после образовании выпуклого мениска поверхность расплава засыпали порошком флюсперлита «Барьер» в количестве 0,5% от массы модифицируемого чугуна. После выдержки и образования плотного вязкого покрова в расплав между футеровкой тигля индукционной печи и покровом вводили твердый дробленый модификатор на основе цериевой присадки и никель-магниевой лигатуры в количестве 0,7% от массы модифицируемого чугуна. Модификатор содержал магний, церий, железо и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%: 7,0-8,0 Mg; 8,0-10,0 Ce; 1,5≥ Fe; Ni - остальное. Перед введением в расплав модификатор предварительно выдерживали в воде в течение времени (несколько минут), достаточного для окисления наружной поверхности модификатора и пропитки его водой. Благодаря этому начало взаимодействия модификатора с расплавом происходит с задержкой, т.е. через 5 секунд после ввода модификатора. За это время место ввода модификатора в расплав засыпали покровным материалом - порошком флюсперлита «Барьер».

Благодаря большей плотности твердого модификатор по сравнению с плотностью расплава и, особенно, наличию вынужденной конвекции жидкого чугуна в тигле работающей индукционной печи, которая вызвана электромагнитными силами, дробленый модификатор очень быстро затягивается в донную часть тигля. При этом пузырьки паров магния и церия, образующиеся из твердых частиц модификатора при его контакте с расплавом, всплывают из нижнего объема в верхний объем тигля. Благодаря этому усвоение магния и церия чугуном происходит равномерно по всему его объему. После выдержки в течение 3 мин после введения модификатора расплав сливали в ковш. При сливе жидкого чугуна из тигля в ковш происходит дополнительное перемешивание расплава, за счет чего коэффициент распределения магния и церия по объему расплава еще больше выравнивается и достигает 0,96-0,98.

Затем ковш с частично модифицированным расплавом перемещали к литейным формам. После этого повторно засыпали зеркало расплава покрывным материалом - порошком флюсперлита «Барьер», выдерживали его до образования плотного покрова и вводили в расплав в зазор между футеровкой ковша и покровом твердый модификатор, предварительно выдержанный в воде. Количество вводимого модификатора составило 0,4% от массы модифицируемого чугуна. При этом общая масса твердого модификатора, введенного в расплав в два приема, составила 1,1% от массы модифицируемого чугуна. После выдержки расплава коэффициент распределения магния и церия по объему расплава несколько снижается до 0,92.

Использованный флюсперлит «Барьер» согласно ТУ 5717-001-11035757-2006 содержит, мас.%: диоксид кремния 65-77, оксид алюминия 11-16, оксид железа 0,5-6,0, оксид кальция 0,1-3,5, оксид калия и натрия 3-11, глина не более 0,5. Размер частиц флюсперлита находится в пределах 0,63-2,5 мм.

Осуществление способа по изобретению - модифицирование расплава чугуна, как в тигле работающей индукционной печи, так и в разливочном ковше способствует повышению коэффициента распределения магния и церия по объему расплава, находящегося в разливочном ковше с 0,6 до 0,90-0,92, а количество (усредненное) графита правильной шаровидной формы увеличивается до 86-94% за счет сохранения эффекта сфероидизирующего модифицирования расплава. При этом время действия эффекта модифицирования после введения в расплав модификатора составило более 25 мин.

1. Способ модифицирования чугуна, включающий выплавку в электропечи чугуна заданного состава, слив расплава в ковш, засыпку зеркала расплава покровным материалом, выдержку его до образования защитного покрова, введение в расплав твердого модификатора и засыпку места ввода покровным материалом, отличающийся тем, что выплавку чугуна ведут в тигле индукционной печи с частотой тока 50-2400 Гц при поддержании уровня расплава чугуна не выше уровня верхнего витка индуктора печи, а после снижения величины номинальной мощности, подводимой к индуктору печи, на 5-50% и образования выпуклого мениска на поверхности расплава чугуна зеркало расплава засыпают покрывным материалом, выдерживают до образования защитного покрова, вводят в расплав твердый модификатор и выдерживают в течение 2-6 мин, причем модификатор перед введением в расплав выдерживают в воде и вводят в тигель индукционной печи в количестве 0,5-0,7% от массы модифицируемого чугуна, а в ковш - 0,3-0,8% от массы модифицируемого чугуна.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в индукционной печи при частоте тока индуктора 2400 Гц засыпку покровного материала и введение модификатора осуществляют после уменьшения величины номинальной мощности, подводимой к индуктору печи, на 5-15%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в индукционной печи при частоте тока индуктора 500 Гц засыпку покровного материала и введение модификатора осуществляют после уменьшения величины номинальной мощности, подводимой к индуктору печи, на 15-25%.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в индукционной печи при частоте тока индуктора 50 Гц засыпку покровного материала и введение модификатора осуществляют после уменьшения величины номинальной мощности, подводимой к индуктору печи, на 40-50%.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердого модификатора используют модификатор на основе цериевой присадки и никель-магниевую лигатуру, которые вводят в расплав через зазор между футеровкой тигля или ковша и покровным материалом.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве покровного материала используют порошок флюсперлита «Барьер».

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что общая масса твердого модификатора составляет 1,0-1,5% от массы модифицируемого чугуна.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что время введения в расплав твердого модификатора составляет менее 5 секунд.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству литейных жаропрочных сплавов на основе никеля, как безуглеродистых, так и содержащих углерод, для изготовления лопаток и других деталей газотурбинных двигателей с монокристаллической структурой.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к керметным композициям для изготовления деталей, подвергающихся воздействию эрозии и коррозии при высокой температуре.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению сверхпроводящего материала в виде покрытия, и может быть использовано при изготовлении экранов электронных схем от воздействия электромагнитного и ионизирующего излучений в энергетике, транспорте, связи, приборостроении, в ракетной и аэрокосмической отраслях промышленности.

Группа изобретений относится к области медицины. Описан биосовместимый пористый материал, содержащий никелид титана с пористостью 90-95% и открытой пористостью 70-80% со средним размером пор 400 мкм, который пропитан гидроксиапатитом в количестве 26-46 мас.% от массы никелида титана.

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для получения сплавов на основе алюминия. Способ включает получения лигатуры алюминий-фосфор в виде таблеток состава, мас.%: фосфор 1,5-3,5, железо 6,0-16, алюминий остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию композиционных материалов пропиткой пористого каркаса. Пористую заготовку погружают в расплав матричного сплава, вакуумной дегазацией, нагревом и воздействием избыточным давлением на заготовку за счет термического расширения расплава в замкнутом объеме емкости, в качестве расплава матричного сплава используют расплав свинца, а при нагреве дополнительно проводят пропитку заготовки, последующее охлаждение и кристаллизацию.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения многослойных композитов на основе системы Cu-Al, а также прекурсоров для синтеза наноструктурных интерметаллических соединений данной системы.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при приготовлении литых алюминия, доэвтектических, эвтектических и заэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов (силуминов).

Изобретение относится к области металлургии, в частности к бор-содержащим алюмоматричным композиционным материалам, и может быть использовано при получении изделий, к которым предъявляются требования низкого удельного веса в сочетании, в частности, с высоким уровнем поглощения при нейтронном излучении.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к изготовлению изделий из порошков твердых сплавов на основе карбидов. Смешивают временное связующее, содержащее двухкомпонентный диспергатор и двухкомпонентную смазочную добавку в весовом соотношении от 1:3,6 до 1:13,1, и порошкообразную смесь неорганических порошков, содержащую порошки карбидов и постоянного связующего.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению легких сплавов с повышенной прочностью на основе алюминия, и может быть использовано в ракетно-космической, авиационной, автомобильной промышленностях. Способ включает получение лигатуры из смеси порошков алюминия и диборида или карбида титана ударно-волновым компактированием в виде стержней при содержании в лигатуре 5 мас.% порошка диборида или карбида титана с размером частиц (1÷5) мкм и введение полученных стержней в расплав алюминиевой основы, разогретой до 720°C, при одновременном воздействии на расплав ультразвукового поля. Изобретение направлено на повышение прочности и износостойкости сплавов. 1 пр.
Изобретение относится к антифрикционным сплавам на основе алюминия и способам их получения. Сплав содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: свинец 20-40, цинк 5-15, алюминий - остальное. Способ получения сплава включает приготовление гетерофазного сплава на основе алюминия с 20-50 мас.% цинка, который получают непрерывным перемешиванием расплава при 7000С в течение 10 мин и быстрого охлаждения расплава на медной водоохлаждаемой пластине, и контактирование полученной заготовки из гетерофазного сплава с расплавом свинца при 530-570°C. Техническим результатом изобретения является повышение прочности и твердости сплава при снижении линейного износа и коэффициента трения. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области технологии производства прессованных полуфабрикатов из алюминиевого сплава системы Al-Mg-Si, с улучшенными эксплуатационными и технологическими свойствами в виде длинномерных, тонкостенных панелей и профилей, предназначенных для использования на железнодорожном транспорте, монорельсовом транспорте и в других транспортных системах. Способ включает литье слитка из алюминиевого сплава серии 6000, гомогенизацию, горячее прессование при скорости истечения 3,0-30,0 м/мин из подогреваемого контейнера, термическую обработку на твердый раствор путем закалки в воду, проведение после закалки правки растяжением и искусственное старение. Техническим результатом изобретения является создание технологии производства прессованных полуфабрикатов из высоколегированного алюминиевого сплава системы Al-Mg-Si, обладающего хорошими механическими, технологическими и коррозионными свойства. 5 табл., 3 ил.

Изобретение относится к производству лигатур цветных металлов, в частности к получению алюминиево-титановой лигатуры, и может быть использовано в авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности, изготавливающих деформируемые и литейные алюминиевые сплавы. Готовят экзотермическую смесь порошков алюминия и титана, затем подвергают ее механоактивации. Одновременно подготавливают брикеты прессованной титановой стружки. Смесь порошков и брикеты из прессованной титановой стружки вводят одновременно в расплав алюминия, на поверхности которого находится криолит, выдерживают расплав в течение не менее 30 минут с периодическим перемешиванием. Соотношение количества стехеметрической смеси порошков и брикета из титановой стружки выбирают в пропорции 1/3 смеси порошков : 2/3 титановой стружки. Изобретение позволяет повысить качество лигатуры, улучшить ее структуру и равномерность распределения титана в объеме лигатуры, а также исключить шлаковые включения и ликвационные зоны, обедненные интерметаллидами Al3Ti. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 ил., 10 фото.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошков агломератов вентильных металлов и субоксидов вентильных металлов для изготовления конденсаторов с твердым электролитом. Спеченная заготовка анода конденсатора получена из порошка агломерата вентильного металла или субоксида вентильного металла и имеет скелетную плотность, превышающую 88% теоретической плотности. Порошок агломерата вентильных металлов и/или субоксидов вентильных металлов получен путем смешивания предшествующих частиц порошков агломератов с мелкочастичными порообразователями. После чего его уплотняют с получением богатого порами, адгезивно связанного агломерата предшествующих частиц, термически удаляют порообразователь, и подвергают адгезивно связанный агломерат температурной обработке при температуре и в течение промежутка времени, достаточных для образования мостиков спекания. Затем как минимум частично спеченный агломерат перерабатывают в порошки агломератов вентильных металлов и/или субоксидов вентильных металлов. Обеспечивается повышение скелетной плотности анода, а также повышение прочности проволоки конденсатора на вырывание и улучшение характеристик конденсатора по току утечки, эквивалентному последовательному сопротивлению и ударному току. 12 н. и 15 з.п. ф-лы, 1 ил., 6 табл., 1 пр.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным композиционным материалам на основе порошковой легированной стали, содержащим антифрикционный наполнитель. Может использоваться в подшипниковых узлах трения, во втулках тормозных рычажных устройств грузовых и пассажирских вагонов железнодорожного транспорта. Композиционный материал содержит, мас.%: масло индустриальное 1,0-2,0; углеродные наномодификаторы фуллероидного типа 0,001-0,050; порошковая легированная сталь - остальное. Обеспечивается повышение износостойкости и надежности в эксплуатации. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к магниевому сплаву, подходящему для применения при комнатной температуре. Способ получения сплава на магниевой основе включает расплавление магния или магниевого сплава, добавление от 0,05 мас.% до 1,2 мас.% оксида кальция (СаО) на поверхность расплава, перемешивание с обеспечением, по существу, полного расходования СаО, обеспечение взаимодействия кальция (Са), полученного в результате указанной реакции, с указанным расплавом, литье и отверждение сплава. Сплав характеризуется повышенными характеристиками прочности на разрыв, предела текучести, удлинения при комнатной температуре. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 15 ил., 5 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля для изготовления механических компонентов турбомашин. Суперсплав на основе никеля для механических компонентов турбомашин содержит, мас.%: хром - от 3 до 7, вольфрам - от 3 до 15, тантал - от 4 до 6, алюминий - от 4 до 8, углерод менее 0,8, никель и примеси - остальное. Сплав характеризуется высокой механической, химической и термической стойкостью. Механические компоненты, изготовленные из заявленного сплава, могут эксплуатироваться при высоких температурах. 5 н. и 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам рафинирования и модифицирования алюминиевых сплавов. Способ включает расплавление металла, обработку расплава наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ) в течение 15 минут и разливку по формам, при этом перед обработкой НЭМИ расплав обрабатывают рафинирующими солями, а во время обработки или после обработки НЭМИ расплав подвергают вакуумированию в течение 15 минут. Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение качества отливок алюминиевых сплавов за счет устранения газовой пористости. 4 ил.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению литого композиционного материала (ЛКМ) на основе алюминиевого сплава для изготовления циклически и термически нагруженных до 230°С деталей авиационного назначения - лопаток вентилятора и ступеней компрессора низкого давления перспективных авиационных двигателей и газоперекачивающих аппаратов. Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава системы Al-Cu-Mg-Ag содержит армирующие дискретные керамические частицы оксида алюминия зернистостью 10-100 нм в количестве 0,2-10 об.% и диборида титана зернистостью 0,5-1,5 мкм в количестве, при котором содержание титана в сплаве составляет 0,1-0,2 мас.%. Способ получения ЛКМ включает получение модифицированной лигатуры Al-Ti-B путем сухой механофрикционной обработки в размольно-смесительном устройстве крупнозернистого порошка или стружки лигатуры Al-Ti-B, выбранной из ряда AlTi3B1, AlTi5B0,2, AlTi5B0,6, AlTi5B1, введения в нее в заданном количестве дискретных керамических частиц оксида алюминия зернистостью 10-100 нм, перемешивания до получения однородной консистенции, дальнейшей высокоэнергетической механической обработки полученной смеси, ее брикетирования посредством холодного изостатического прессования под давлением 200-400 МПа для достижения плотности свыше 60% от теоретической, введение полученных брикетов в расплав алюминиевого сплава системы Al-Cu-Mg-Ag, перегретый до 750-850°С, выдержку при заданной температуре в течение 20-60 минут, разливку со скоростью затвердевания не менее 70 К/сек и окончательную термообработку путем проведения гомогенизирующего отжига при 450-500°С в течение 2-24 часов, нагрева до 510-520°С с выдержкой в течение 1-5 часов, закалки в воду и последующего искусственного старения при температуре 190-250°С в течение 2-10 часов. Техническим результатом изобретения является повышение жаропрочности и трещиностойкости ЛКМ за счет равномерного распределения наноразмерных керамических частиц оксида алюминия в объеме отливки. 2 н.п. ф-лы.
Наверх