Способ модифицирования чугуна магнием

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБЬЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистнческии

Республнк

< 973621 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) За я влено 31.12.80 (21) 3252253/22 — 02 l (5! )М. Кл.

С 21 С 1/10 с присоединением заявки №

9)еударствкииый комитет

СССР (23) Приоритет во делам изобретений и открытий (53) УД К 621.745.

3 (088.8) Опубликовано 15 11 82. Бюллетень № 42

Дата опубликования описания 15.11.82 (72) Авторы изобретения

И. Г. Неижко, А. В. Клибус, Ю. А. Сибгатулин и В. Я. Погорелов (71) Заявитель (54) СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ЧУГУНА МАГНИЕМ

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в литейном производстве при изготовлении чугуна с шаровидным графитом.

Наиболее близким к изобретению пб техни5 ческой сущности является способ модифицирования жидкого чугуна магнием, который осуществляется путем устаноаки ковша в камеру— автоклав, создания в автоклаве давления сжатым воздухом, повышающим упругость насыщающих паров магния, ввода магния на поверхность металла и перемешивання чугуна специальным устройством (1) .

Однако магний, введенный на поверхность жидкого чугуна, расплавляется и растекается по зеркалу металла. В результате создается большая поверхность контакта жидкого магния с воздухом,находящимся в автоклава. Данная поверхность еще больше увеличивается в про- 20 цессе перемешивания чугуна с магнием. Кроме того, воздух в автоклаве находится в сжатом состоянии под давлением 6 ати и поэтому кислорода в нем на единицу обьема больше. Все это создает предпосылки для значительного угара магния при модифицировании.

Целью изобретения является уменыоение угара магния и снижение его расхода.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу модифицирования чутуна под давлением, включающему установку ковша с жидким чугуном в камеру автоклав, подачу воздуха под давлением, ввод магния на поверхность металла и его перемешивание, разгерметизацию и выпуск воздуха, использованный в автоклаве воздух с частично или полностью удаленным кислородом перекачивают из автоклава в отдельную емкость, откуда его затем вводят в камеру — автоклав для создания давления при последующем модифицировании.

Отработанный сжатый воздух в автоклаве не сбрасывают в атмсоферу, а перекачивают в специальную герметичную емкость, в которой он накапливается до модифицирования очередных порций чугуна. В хопе последующего модифицирования воздух из емкости — накопителя передают в автоклав компрессором, либо под

3 97362 действием избыточного давления в емкости.

Подачу воздуха s автоклав прекращают по достижении в нем заданного давления. Затем на поверхность чугуна вводят магний и производят перемешивание чугуна. Поскольку при входе магния в чугун происходит его вза. имодействие с воздухом, последний обедняется кислородом. При многократном использовании одного и того же объема воздуха, кисЯород, входящий в его состав, переходит в связанное 10 состояние; в окись магния и модифицирование происходит в защитной атмосфере азота.

Для оценки степени удаления кислорода иэ заданного объема воздуха при его многократном использовании выполнен расчет для автоклава

КМ вЂ” 2.

Расчет расхода магния при модифицировании в атмосфере воздуха (1-ое модифицирование).

Исходные данные для расчета:

Масса .жидкого металла 20 в ковше, кг 800

Исходная концентрация серы в металле, вес.% 0,04

Остаточная концентрация серы в металле, вес.% 0,01

Остаточная концентрация магния, вес.%

Объем воздуха в автоклаве при 6 ати, м

Масса кислорода в воздухе пои 6 ати, кг

0,06

3,5 (масса воздуха 4,5 кг) 30

0,9 (воздух взят из атмосферы}

Количество введенного магния (0,20%), кг 1,8

Статьи расхода магния в чугуне при моди35 о фицировании.

Расход магния на связь с серой.

На основании практического опыта полученля высоколрочного чугуна установлено, что при исходной концентрации серы 0,04 — (F05% на связь с магнием уходит 0,02 — 0,03%.

В соответствии со стехиометрическим соотношением компонентов по реакции образования Мд$

Мд+ S = ugS на 35 r серы расходуется 24 r магния.

На связь 240 г серы (003% S в чугуне) в сульфил магния израсходуется 140 г магния.

Остаточное количество магния в чугуне

0,06 вес.% (480 г).

Расход ь агния на взаимодействие с кислородом воздуха в автоклаве проведен, исходя иэ стехиометрического соотношения компонен тов по реакции:

Мц + — О, =МОО

2. > откуда следует, что на каждые 16 г кислорода расходуется 24 r магния.

1S

1 4

Поскольку при первом модифицированин в воздухе 900 г кислорода, то для связи этого количества требуется 1440 г магния.

Таким образом, при модифицировании чугу. на (800 кг) в атмосфере воздуха расход магния должен составлять 140 г + 480 г + 1440 г=

<2,06 кг.

Ввод магния в меньшем количестве приводит, либо к пониженной концентрации остаточного магния в чугуне и к повышенному содержанию кислороца и серы в чугуне. Так как оба указанных фактора нежелательны, расход магния должен быть выше 1,8 кг.

Расчет расхода магния при модифицировании чутуна в атмосфере однократно использованного воздуха в автоклаве.

При IIOBTopHoM использовании воздуха расход магния составляет 140 r на взаимодействие с серой; 480 r остаточное соединение . угуне; 180 г на взаимодействие с остатком и.слорода (120 t) (итого 800 r), Таким образом из приведенных расчетов следует, что уже после одного повторного использования воздуха в автоклаве, расход магния может быть сокращен на 1,8 кг — 0,8 кг =

=.1 кг, т. е. более чем на 50%.

Способ осуществляют следующим образом.

Выплавку чугуна осуществляют в индукционной печи ИСТ вЂ” 1 с кислой кварцевой футеровкой емкостью 1 т. В1одифицированис производят в автоклаве КМ вЂ” 1 с объемом, занимаемым воздухом при атмосферном давлении 0,17 мз. При давлении 6 ати это соответствует

0,17 х 7 — 1,19 м .

В качетсве резервуара для отобранного воздуха используют автоклав КМ вЂ” 1 без футеровки. Это обеспечивает четырехкратное превышение объема воздуха в резервуаре (автоклав КМ-1) над свободным объемом, занимаемым воздухом при модифицировании в автоклаве КМ вЂ” 1. Свободный объем воздуха в автоклаве КМ вЂ” 1, используемом в качестве резервуара, 0,82 м . При давлении 2 ати объем воздуха в автоклаве 1,64 м, при

3 ати 2,46 мэ.

Подачу воздуха в системе автоклав — резервуар осуществляют компрессором.

Чугун модифицируют, в ковше емкостью

250 кг. Для оценки эффективности предлагаемого способа модифицирования проводят две серии опытов: с обработкой чугуна магнием в среде атмосферного воздуха и воздуха после многократного обращения в системе автоклав— резервуар при расходе магния 0,12% (300 г) и

0,20% (500 г), Во всех случаях химический -состав исходного чугуна находится в пределах, вес.%: углерод 3,47-3,52; кремний 2,16 — 2,19; маррстаточное содержание при вводе магния 0,1Z и 0,20% составляет соответственно 0,023 и

0,041%. При модифицировании в атмосфере воздуха трехкратного использования остаточное содержание магния в чугуне соответственно

0056 и 0,078%.

Таким образом, установлено, что предлагаемый способ обеспечивает остаточное содержание магния в обоих случаях, которое превышает обычно требуемое по технологии (0,04—

0,06 вес.%). Это позволяет утверждать, что в условиях многократного использования воздуха при модифицировании для получения укаэанного остаточного содержания магния в чутуне его расход может быть уменьшен по сравнению с установленными нормами на 30 — 50%, а усвоение повышено на 25 — 40%.

По предварительным расчетам ожидаемый экономический эффект составляет не ниже одного рубля на 1 т обрабатываемого чугуна.

Формула изобретения

Способ модифицирования чугуна магнием под давлением, включающий установку ковша с жидким чугуном в камеру — автоклав, подачу воздуха под давлением, ввод магния иа поверхность металла и его перемешиванне, разгерметизацию и выпуск воздуха, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения угара магния и уменьшения его расхода, иснользо. ванный в автоклаве воздух с частично или полностью удаленным кислородом перекачивают из автоклава в отдельную емкость, откуда его затем вводят в камеру — автоклав для создания давления при последующем модифицировании.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Справочник по чугунному литью. М., "Машиностроение", М, 1978, с. 210 — 251.

Составитель А. Кондратьев

Техред Е.Харитончик

Редактор И. Митровка

Тираж 587

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Заказ 8618/29

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 973621 ганец 0,54 — 0,59; фосфор 0,016 — 0,018; сера

0,04 — 0,05. .Порядок проведения опытов с использованием указанных способов модифицирования по известному способу следующий. 5

После заливки металла в ковш последний взвешивают ручным ковшом, доводят вес до

250 кг и устанавливают ковш с чугуном заданного веса в автоклав, на мешалку укладывают заданную навеску магния, закрывают IO автоклав, включают компрессор и подают воздух. Поднимают давление до достижения 6 ати.

Затем мешалку с магнием погружают в чугун и производят его перемешивание. Время перемешивания 55 — 65 с. После перемешивания 15 воздух из автоклава выпускают и компрессором подают в предварительно вакуумированный

1 второй автоклав, служивший резервуаром.

Таким образом, после серии опытов с многократным использованием воздуха при 20 модифицировании чугуна в резервуаре накоплено 2,4 м воздуха.

При проведении модифицирования с много.кратным использованием воздуха для создания избыточного давления в автоклаве первона- 25 чально используют предварительно накопленный воздух в автоклав — камере от первой серии опытов, затем используют воздух, который многократно используется во второй серии. Для анализов модифицированного ме- щ талла отливают специальные образцы. Из первой серии при вводе магния 0,12%, из второй при вводе тех же количеств магния при многократном использовании воздуха.

Об эффективности предлагаемого способа судят по расходу и остаточному содержанию магния в чугуне при вводе 0,12 и 0,20%.

Остаточное содержание магния определяют методом спектрального анализа.

В результате проведенных опытов установлено, что для модифицированного чугуна в атмосфере воздуха одноразового использования

Корректор У. Пономаренко