Способ получения чугуна с шаровидным графитом
Ю.В. Куприянов, Г.А. Косников,» А.И. Голович, Г „ --В.Н. Носов и И.В. Марширов
/. Р-,"
Ленинградский ордена Ленина политехническ44ц., --институт им. М.И. Калинина
» (72) Авторы изобретеиия (7I) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА С ШАРОВИДНЫМ
ГРАФИТОМ
Изобретение относится к литейному производству, в частности к способам получения чугуна с шаровид. ным графитом.
Известен способ получения чугуна с шаровидным графитом, заключающийся в укладке на дно ковша Ni Èg-Се лигатуры, накрывании ее защитным железосодержащим покрытием и заливке металла в ковш. При укладке на дно ковша о между магниевой лигатурой и защитным покрытием укладывают послойно модифицирующие компоненты .(ферросилиций и силикокальций) в порядке убывания их активности (no отношению к сере, к кислороду и по сфероидизирующему действию на графит), при этом между лигатурой и модифицирующими компонентами укладывают защитный слой стружки или дроби (1 7.
2о
При получении чугуна с шаровидным графитом данным способом существенным недостатком является то, что наибольшая эффективность модифицирова2 ния достигается только при использовании лигатур Ni-Mg-Ce, которые имеют удельную массу больше 6 г/см, а использование лигатур ЖКМК снижает эффективность модифицирования, потому . что в процессе заполнения ковша расплавом железосодержащее покрытие не обеспечивает задержку лигатуры на дне ковша и из-за меньшей удель" ной массы лигатура ЖКМК всплывает на поверхность расплава в ковше и магний интенсивно выгорает со значительным пироэффектом. для повышения эффективности усвоения лигатур ЖКМК необходимо повышать температуру заливки исходного расплава в ковш, но несовершенство данного способа при увеличении температуры заливки расплава еще больше снижает эффективность усвоения магния из лигатуры.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения чугуна с шаровидным графитом, сущность которого за98505 ключается в том, что на дно ковша укладывают послойно (в один или два слоя ) магниевую лигатуру и защитное железосодержащее покрытие (листовая сталь или стальная высечка ) толщиной
1,5-0 мм, в количестве 1,5-2,03 от массы жидкого металла и заливают расплав чугуна в ковш (2.1.
Существенным недостатком этого спо" соба является то, что в процессе за- 10 полнения ковша расплавам защитное покрытие вместе с лигатурой ЖКИК всплывает на поверхность расплава и магний интенсивно выгорает с сильным пироэффектом, потому что железосодержа О щее покрытие не обеспечивает задержку магниевой лигатуры на дне ковша в процессе его заполнения, а это значи-. тельно снижает эффективность усвоения магния из лигатуры. Кроме того, для 20 полного растворения железосодержащего покрытия и лигатуры необходимо расплав заливать при более 1420 С, в противном случае при модифицировании происходит большое падение температу" 5 ры расплава за счет прогрева и плавления покрытий и лигатуры, что вызывает дополнительные трудности при разливке обработанного в ковше расплава из-за низкой жидкотекучести. 30
Цель изобретения — повышение эффективности модифицирования и, в связи с этим, повышение механических свойств чугуна при одновременном сни35 жении расхода дорогостоящих магниевых лигатур.
Поставленная цель достигается тем, что в способе получения чугуна с шаровидным графитом, включающем укладку на дно ковша магниевой лигатуры, накрывание ее защитным железосодержащим покрытием и заливку расплава в ковш, заливку расплава в ковш ведут в две стадии: сначала на 1/б-1/l0 объ45 ема ковша при температуре чугуна
1260- 1.280 С, выдерживают расплав до затвердевания в ковше, после чего заливают остальной чугун при его тем" пературе 1380-1420 С.
Граничные значения интервалов температур заливки расплава в ковш и режимы модифицирования выбраны на основании анализа данных о температурах плавления магниевых лигатур и проведенных исследований по оптимизации
55 условий модифицирования. При заливке расплава чугуна в ковш на первой стадии в интервале 1260-1280 С обесо
3 4 печивается достаточная жидкотекучесть расплава любого химического состава, не происходит плавления лигатур, а только наблюдается прогрев лигатуры, и спекание железосодержащего покрытия и лигатуры с футвровкой ковша, а при заливке расплава чугуна выше принятого температурного интерва" ла происходит плавление лигатуры и угар магния, что снижает коэффициент усвоения магния из лигатуры.
Для обеспечения полного спекания защитного железосодержащего. покрытия и лигатуры с футеровкой ковша и прогрева лигатуры достаточно ковш на 1 стадии заливки заполнять на 1/6-1/ l0 его объема и выдержать расплав в ковше до затвердевания. При заполнении ковша менее, чем на 1/10 его объема происходит неполное спекание лигатуры и покрытия, а при заливке остальной порции металла происходит всплывание кусков модификатора и угар магния со значительным пироэффектом.
При заполнении ковша более, чем на .1/6 его объема происходит неполное растворение лигатуры и сильное падение температуры расплава в ковше на второй стадии заливки расплава в ковш на оставшийся объем, что вызывает трудности при разливке металла в формы после модифицирования в связи с низкой его жидкотекучестью и снижает эффективность усвоения магния из лигатуры.
В результате предварительной обработки лигатуры и защитного железо содержащего покрытия в ковше на первой стадии заливки расплава происходит спекание и прогрев их до 800-1000ОС,. поэтому для обеспечения равномерного растворения лигатуры в процессе заполнения ковша на оставшийся объем на второй стадии, расплав чугуна необходимо заливать при 1380-1420 С. При заливке расплава в ковш на второй стадии при температуре ниже 1380 С происходит неполное растворение лигатуры, а при температуре выше 1420оС происходит неравномерное растворение лигатуры, а сразу бурная реакция с очень сильным барботажем расплава парами выгорающего магния и возможны выбросы металла из ковша, что значительно снижает эффективность усвоения магния из лигатуры и технологичность данного способа.
За счет предварительной обработки магниевой лигатуры в ковше обеспе% 985053 4 чиваются необходимые условия для эф- плавления вводят Ферросилиций. Расфективного модифицирования расплава nnas чугуна предлагаемого состава и повышения усвоения магния иэ лига- (С 3,63; Sl 1,11; Ип 0,54; Р тур. В результате эффективного модифи- 0,063; 5 0,033) перегревают до цирования и рафинирования расплава 5 1500оС сфероидизирующее модифициро" чугуна в ковше в структуре чугуна уве. ванне проводят в заливочном ковше личивается доля перлита в металличес- емкостью 20 кг, прогретом до 7ЯОкой основе и тем самым происходит по- 800еС. 8 качестве модификатора исвышение механических свойств чугуна, пользуют лигатуру ВКИК Ь (i 5!,ОФ; особенно временное сопротивление раэ- 4 g = 8,5Я; Ид 5,0 РЗИ * 1,1ф; рыву в литом состоянии. Fe - ост.)., которую вводят различПлавку чугуна осуществляют в вы- . ными способами в заливочном ковше, сокочастотной индукционной печи с ос s количестве 1,5"2,Я or массы жидко" новной футеровкой, в качестве аихто го чугуна, а при 1340-1360 С заливавых материалов используют следующие ют формы дпя получения литых стандартматериалы: ных образцов (трефа). Определение меПредельный чугун И"2, Ф 85 80 ханических свойств чугуна проводят
Отходы углеродистой в соответствии с ГОСТ 7293-79.г., а стали Ст 3, структуру оценивают на шлифах, вмре-, Ферросилиций ФС. 75» Ф Csepx 100 20 занных иэ литых заготовок.
8 тигель печи загружают передельный чугун и стальные отходы (для сниже- Результаты испытаний приведены ния содержания углерода ), после рас- в таблице.
1
I
It1I
«
I ,ь
° О м
ФФ\
ФЧ
ГЧ
CI (Ч
ОЪ
«
4Г\
° О
СФ м
VI (Ч
Ф« Ъ
° О
ОЪ
1 ФЪ
«
° « Ъ
ФЧ
Ф«\ о
-О
-Ф
Ф«Ъ
lA
Ф 4
Cl
Г °
ОЪ
4 Ч
Ю (Ч
CI м
4/\
« (Ч
CI
Ф
ОЪ
° ФЪ а
IC
С л
z ъ
X а
4I
I
1
Ф
1 K
СЧ
ы
1О
ОЪ
Г»
Ф«Ъ
CI
0 Ъ м (Ч (D
-Ф
ОЪ м
ФФ\
ФЪ !
1 ФЪ
«О ФЪ (ГЪ
-Ф
ОО о
Cl
Ю
СФ
О\
Ф«\ о
ГЧ
° О
Cd
/Г
Ю
Ю о
-О
Ю (СФ
LA
СФ
ОЪ
ГГЪ
Cl (О
1 ФЪ
СФ
CO
Г \
Ю
ОЪ
ФГЪ
CO
CO
CI
Ф
Ф«Ъ
«
O.
1
I
I fg
1 C
I ! (0
Ф
З
СС
Z о а э
Ъ .т
° О
Ю (Ч
«О
4(ъ
«О
LA
ГЧ
ЪО
CO
«О
l (ГЪ .О о м
LA
СФ (Ч
4/\
4А о
«О
«О
4А (Ч
О\
«О
Ю (ГI
Ю м
О\
1/\
-т
О \
Ъ,ГЪ
Ф
4/\
Ю
Ф»
О\
Ю
CO
lA
4/Ъ
4А
4/Ъ
1«\
Оъ
О\ (° (ГЪ
Cl
ОЪ
О\
Cl (О
О Ъ
Ф Ci
Х Ф(Ф
Л (4 л Pv c о о V О а л о CC х «X. а с
Ф ( и Ф
Ф в
Э е
М о
Э в
Э в
CI е
1 сИ С (О,
М
1te О
ОЪ О (ttt о
1 \
4(Ф
С1 (Ч
ttC
Ю м фФ
О \ м
C4I О (D О
Г4 1
ФФ 4Ф с» о
Ф
Ф о х
l э о
М о о
l э
ЬЭ (D ВЭ о о
Г» ( э (IC о фе о о
Г»
I»
-з с.
М
О IA — (ГЪ ( э
l э (ФФ о ае
О ОЪ
«О
1 э о
Ь4 о В» о о
О 1 (»
Н о
ФФ
О фе оо
«О
Э эе
l Ct эв
l Э эв фГ фГ (. О м
14 ЬФ о о (7L (Ф
Cl о
Э
Ф о а т
О х в з с4!
-1. (D
I
Ф
I
0 Ъ (4 о
СФ (! (Ч
Cl о!
ГФЪ о (D
О \ м
СФ
СФ
4 1
ГЧ (1 о
Г» м о (D
1 м
СФ
Cl (Ч (Ч
СФ о
Г« \
СФ м
С!
ЪГЪ (=1
О Ъ о
СФ
О Ъ
Cl
СФ
ОЪ
CI о (Г\
СФ о
О Ъ
Ф о со
CI
МЪ
Ю о
LA о
Съ
ОЪ (D о
1/Ъ о
I
I
I О1 ъО
Ю
«О
Cl
Ю ъО
Cl
«О о
«О
Ct
«,О
Cl
«О
СФ
«О . CI
«О
Ю
"О
СФ
1
Ю (A (D
Ф
Z л
l л
ОЪ
LA
LA
ОЪ о
1
I C
ОЪ о
4А о
ОЪ
О Ъ
С!
ОЪ
С:1
О Ъ
Ю (4 (/
ГЧ
ОЪ
s
Cl л
fO Z
a C
Э Cl с э с
Ф
Ф- !
«О
Г« \
Г (ГЪ м
О
Г" \
О\
О \ («Ъ
4/Ъ
ОЪ м
О \ м
Ф» .О м
1
I бФ!
/Ъ
О \ м
11 ФФ
Cl т с
fD
Э Z с х
ФС
Ф ° °
Ф I щ х а л а
1 s (ч Ф I
a t- .It! tl
Ф Ф а
С ФС;ГЧ и лФ Ф
a z ю
Ф о а к
О в Ф
f о
Cd
Г \ о
ы
Ф о
CO (ФЪ
Ю
CO (Ъ (D (Ч
Ю
CO
»»
Ф(Э
ФЕ а
Ф «
Z ICl
Ф t»
Ф el
aI- Ф
Ф C (tt
Ю !
ФЧ
Э
s
I» (Ф
Ю
ОО
С!
CO (Ч
Ю
«О (Ч
Ю
CO (Ч
Ю
Ю
ФФ\ с
Ф (Ю
«О
Ф а
tp
О а
X а с
1 1
IZл v
ОФ-Ф+ Ф
Ice Z
V 4» Kao
ОЪ
ГЧ
Cl
ФЧ
4/Ъ
4«Ф
ОЪ
« (М
Ю (Ч
СФ (Ч
4А
ГЧ
CI
ФЧ
1 I LO
1
1
1
1
1
Ф
2 (й
Ф Ф
as и й (/ 3 З
3eR
l> C(t»
1
1
1 ! 1
Э ф
I»
Z
°о
Фо а
e tZ
1 а а с 3а
Ф о
l» и
О
Z о
Ф
Щ
l» и
IZ
О
Э
Z х
Ф
7 х
Ф г
С и о
С х
Л 4!Р (л и
Ф
1С
Ф- 4(V Z
О Х
Ф с О а х к
И О
M т
4! х 2
С СФ
О
СФФО
ФЪ Х Х
Фсх а v
Л Ф Ф
i at!I йoe б Ф
ЗОЭ
vsZ
985053
Ф
Ф
1
1
1
1 ! !
1
I !
1
1
1
I
I
1
1
1
I
t
I
I !
1
-4
1
I
I
9 9850
Сравнивают эффективность описываемого и известного способов получения чугуна по влиянию на структуры, механические свойства и на остаточное содержание магния в чугуне. Э
По известному способу: лигатуру
ЖКИК 6 укладывают на дно прогретого заливочного ковша, прикрывают стальным листом и стальной высечкой толщиной 1,5-3,0 мм в количестве 1,5-2,0+ от массы жидкого металла и заливают расплав чугуна из индукционной печи в ковш при 1420-1460 С (см. таблица, варианты 1-3 ), в процессе заполнения ковша наблюдается всплывание кусков лигатуры и значительный пироэффект.
По предлагаемому способу: лигатуру ЖКИК 6 укладывают на дно прогретого заливочного ковша емкостью 20 кг, прикрывают стальным листом толщиной 2Ф
1,0-1,5 мм, заливку расплава в ковш из индукционной печи ведут в два этапа,. Сначала расплав чугуна иэ печи выливают в промежуточный ковш емкостью 5 кг, где расплав чугуна охлаждают до Т„ = 1260- 1280 С, после чего охлажденный расплав заливали в заливочный ковш на 1/6- 1/10 его объ" ема и выдерживают расплав чугуна в заливочном ковше до затвердевания. За- ® тем из индукционной печи при Т2 =
= 1420-1380 Ñ расплав чугуна заливают в тот же заливочный ковш на оставшийся объем. При заполнении ковша на" блюдается равномерное растворение ли- з гатуры, барботаж расплава парами вы" деляющегося магния беэ всплывания лигатуры и выбросов расплава из ковша (cM. таблица, варианты 4-6 ), Как видно из данных таблицы предла 40 гаемый способ (варианты 4-6 ) — при
t соблюдении обоснованных режимов модифицирования имеет явные преимущества по сравнению с известным при введении равного количества лигатуры ЖКИК: ос- > таточное содержание магния в чугуне увеличивается в 1,2-1,3 раза; расход магниевой лигатуры, благодаря повышению эффективности усвоения магния . на 203, уменьшается в среднем на 204 и составляет 2,03 от массы жидкого металла; механические свойства чугуна в литом состоянии, особенно вре менное сопротивление разрыву, повышаются на 15-203. И
Кроме того, благодаря предварительной обработке лигатуры и железо53 содержащего покрытия s ковше перед заливкой расплава значительно уменьшилась масса вводимого защитного покрытия и температура расплава перед модифицированием, что несомненно также повышает эффективность предлагаемого способа.
Существенное влияние на стабильность технологии получения чугуна с шаровидным графитом предлагаемым способом оказывают термовреманные факторы при модифицировании чугуна.
Так при заливке расплава в ковш при температуре выше Т „ на 1 стадии (вариант 7 ) или выше Т> на 2 стадии (вариант 9 j происходит интенсивный угар магния и пироэффект, что резко снижает эффективность усвоения магния из лигатуры. Если при заливке расплава в ковш его температура будет ниже Т на 2 стадии (вариант 10), то не обеспечивается полное усвоение лигатуры из-за низкой температу" ры расплава и часть лигатуры может . остаться нерастворенной на дне ковша.
При заполнении ковша расплавом на
1 стадии заливки менее, чем на 1/10 его объема (вариант 11 ), происходит неполное спекание лигатуры и защитного покрытия с футеровкой ковша в. процессе выдержки, вследствие чего лигатура всплывает на поверхность при модифицировании расплава, при заполнении более, чем .на 1/6 объема ковша (вариант 8 ) из-за. резкого падения температуры расплава в ковше часть лигатуры остается нерастворенной на дне ковша после разливки, что отрицательно влияет на остаточное содержание магния в чугуне.
Формула изобретения
Способ получения чугуна с шаровидным графитом, включающий укладку на дно ковша магниевой лигатуры, накрывание ее защитным железосодержащим покрытием и заливку расплава в ковш, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности модифицирования при одновременном снижении расхода лигатур и повышения меха" нических свойств чугуна, расплав заливают в ковш последовательно в две стадии: сначала на 1/6-1/10 объема ковша при температуре чугуна 1260"
1280 С, выдерживают расплав до за" твердевания в ковше, после чего за12
1. Авторское свидетельство СССР
И 785364, кл. С 21 С 1/10, 1979.
2. Патент США И 3017267, кл. 75-130, опублик. 1962 °
1l 985053 ливают остальной чугун при его температуре. 1380- 1420вС.
Источники информации. принятые во внимание при экспертизе
Составитель А. Кондратьев
Редактор Е. Кинув Техред N Гайду Корректор В. Прохненко
Заказ 10086/32 Тираж 587 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
11 03Á Москва Ж-35 Раушская наб. ае 4/5
З 35 3»
Л, » е,р, филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4
