Модификатор для чугуна

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к материалам для модифицирования и шлакообразования при плавке чугуна.Целью изобретения является снижение стоРР) мости и повышение эффективности модифицирования . Модификатор для чугуна в виде брикета содержит, мас.%: металлокремнистые отходы производства синтетического чугуна следующего состава , мас.%: металлический кремний 15 20, карбид кремния двуокись кремния 1-3; углерод (свободный) 15-26, железо (металлическое) остальное, в количестве и связующее в виде смеси из 10-20% алюмината натрия и 80-90% молотого силикатного щелочного стекла. Применение модификатора позволяет повысить в чугуне предел прочности при растяжении на 5 10%, предел текучести на 2-6% и увеличить твердость, чугуна 10-15%, а также снизить стоимость модифицирования. 2 табл.

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК щ)5 С 21 С 1/08 ддиьь ) воения кремния из ферросилиция при

О плавке чугуна не превышает 70-754, что э кономичес ки нец елесообра зно °

Поэтому использование в качестве модификатора дорогостоящего и дефицитного электропечного ферросилиция приводит к увеличению себестоимости чугуна.

Целью изобретения является снижение стоимости и повышение эффективности модифицирования.

Поставленная цель достигается тем, что в брикете модификатора используются металлокремнистые отходы

1 производства синтетического литеино-, Известны составы модификаторов, при" меняемых в литейном производстве, на основе кремния и его соединений. Однако они недостаточно эффективны в устранении отбела чугунных отливок и относительно дорогостоящие.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является модифицирование ферросилицием. Однако степень усГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И СЧНРЫТИЯМ

rfPH fHHT CC0P (21) 4740666/02 (22) 27.07.89 (46) 29.02.92. Бюл. N 8 (71) Пензенский политехнический институт (72) В.А. Грачев, Н.А. Горелов, А.В. Семушкин, Г.А. Косников и Е.М. Кирин (53) 669.168.3 (088.8) (56) Справочник по чугунному литью.

Под ред. Н.Г. Гиршовича . Л.: Машино-. строение, 1978, с. 58. Авторское свидетельство СССР

И 138843", . С 21 С 5/54, 1986. (5") МОДИФИКАТОР ДЛЯ ЧУГУНА (57) Изобретение относится к черной металлургии, в частности к материалам для модифицирования и шлакооб- разования при плавке чугуна. Целью

Изобретение относится к. черной металлургии, в частности к материалам для модифицирования и шлакообразова" ния при пла вке чугуна..ЛУ „, 1715854

2 изобретения является снижение стой мости и повышение эффективности модифицирования. Модификатор для чугуна в виде брикета содержит, мас. : металлокремнистые отходы производства синтетического чугуна следующего состава, мас.l: металлический кремний 1520, карбид кремния 3-7; двуокись кремния 1-3; углерод (свободный) 15-26, железо (металлическое) остальное, в количестве 80-85 и связующее 15-20 в виде смеси из 10-20io алюмината натрия и 80-90у молотого силикатного щелочного стекла. Применение модификатора позволяет повысить в чугуне предел прочности при растяжении на 5- а

10, предел текучести на 2-6i и увелииить твердость, иугуив 10-1ру, в твк- Я же снизить стоимость модифицирования.

2 табл.

1 715854 го чугуна и связующего при следующем соотношении компонентов, мас.4:

Иеталлокремнистые отходы производст5 ва синтетического литейного чугуна 88-95

Связующее 15-20

Химический состав металлокремнис— тых отходов: Яхмег 15-20%; SiC 3-7%;

SiO> 1-3%; Сеидов 15-20%; Fe»e„остальное. Связующее содержит. "алюминат натрия (NaA10<) 10-204; молотое силикатное щелочное стекло 80-904.

Иеталлокремнистые отходы образуют- 15 ся при выплавке синтетического литейного чугуна за счет разности удельных весов кускового Ферросилиция (при присадке его на канаву) и жидкого чугуна. При этом низкая удельная 20 поверхность кусков Ферросилиция приводит к удлинения процесса его раст" варения и снижает эффективность использования несмотря на применение таких сложных механических средств, 25 как мешалки, перегородки желобов и других, При подаче ферросилиция на канаву в чугуновозном ковше на поверхности расплава угуна образуется тугоплавкая корка, состояц|ая из запутанного чугуна, нерастворенного ферросилиция, графита.и др., представляющая .. собой металлокремнистые отходы производства синтетического литейного чугуна, которые и предлагается использовать.. Количество образующейся корки при подаче ферросилиция в ковш составляет 0,4-2,03 от веса выплавленного синтетического чугуна. В дальнейшем металлокремнистые отходы нап40 равляются в шлаковый отвал и больwe нигде не используются.

° Использование металлокремнистых отходов в составе брикета шлакообразующей модифицирующей смеси позволяет расширить металлургические возможности плавки чугуна за счет наличия в них соединений углерода и кремния в виде карбида кремния, Положи-,, .. тельный эффект достигается тем,,что

5О имеющийся в составе металлокремнистых отходов кремний и его соединения воздействуют не только на кинетику кристаллизации графита, но и первичного аустенита, а также способствуют формированию тонких и разобщенных дендритов аустенита. Карбид кремния легко разлагается во время и после затвердевания (так называемый "самоотжиг"), что может привести к образованию шаровидного графита.

Находящийся в металлокремнистых отходах угелерод (свободный) также способствует Формированию микроструктуры чугуна и может способствовать устранению отбела без особого влияния на механические свойства чугуна.

Алюминат натрия (NaA10 ) и молотое силикатное щелочное стекло содержащее, мас.Ф: SiOg 71,2-72; СаО 6,89,1; Na<0 13,8-15,2; Hg0 3,15-4,0;

А1 0 0,91-1,9; Fe 0 0,08-0,15, выполняют функцию связующего. Кроме того, содержащаяся в силикатном щелочном стекле двуокись кремния, являясь дополнительными центрами кристаллизации, способствует измельчению структуры чугуна, а окислы щелочных и щелочно-земельных металлов способ" ствуют значительному разжижению шлака.

Количество компонентов модификатора (металлокремнистых отходов и связу- ющих) взято с таким расчетом, чтобы были получены не только хорошие механические свойства выплавляемых чугунов, но и достаточная прочность модифицирующих брикетов. При уменьшении количества связующего менее 15ь резко снижается прочность брикета, ухудшается модифицирующий эффект, а следовательно, и механические свойства чугуна. При увеличении количества связующего более 20ь прочность брикета остается прежней, но модифицирующий эффект, а следовательно, и механические свойства чугуна ухудшаются .

В свою очередь связующее, содержащее менее 153 и более 904. молотого силикатного целочного стекла, не выполняет основных функций - прочность брикетов модификатора падает.

Рациональные температуры, при которых следует вводить модификатор, определяются температурой равновесия реакции восс гановления кремния углеродом. Ввод предлагаемого брикета осуществляют при температурах, меньше температуры равновесия для данного чугуна. При этом активно окисляется кремний модификатора, окислы которого и являются дополнительнымицентрами графитизации наряду с имеющимися уже в модификаторе двуокиси кремния .

1715854 7чемо — Ч мо ото НЕ моД

Расход брикетов определяется, исходя из заданного увеличения содержания кремния в чугуне в количестве 0,82, 04 от веса загружаемой шихты. При подаче модификатора менее 0,8 от веса шихты происходит неравномерное 1 распределение кремния и его соедине, ний в чугуне из-за малого количества модифицированного брикета. Увели- 10 чение расхода брикета более 7, 04 от веса шихты нецелесообразно, так как приводит к увеличению содержания углерода в чугуне.

Отливки, модифицированные брикета- 15 ми, имеют излом мелкозернистый,.однородный и равномерный по всему сечению.

В отличие от модифицирования чугуна ферросилицием, где количество 20 феррита в.металлической матрице 5-10ь

f модифицирование предлагаемым модификатором позволяет сократить количест.во Феррита до 3-63 при одновременном повышении дисперсности перлита. . 25

Усваиваемость кремния расплавом при использовании предложенных брикетов составляет: при выплавке в вагранке 30-404; при плавке в индукционной печи 45-604; при добавке в разпи ЗО вочный ковш 15-204.

Брикет изготавливают следующим образом.

Иеталлокремнистые отходы дробят до фракции менее 5 мм и очищают ее З5 от графитовой спели воздушной сепарацией или другим методом. Готовят свя" зующее, для чего силикатное щелочное стекло измельчают до удельной поверхности 3000-5000 см /г, растворяют водным раствором алюмината натрия.

Связующее тщательно перемешивают с измельченными металлокремнистыми отходами. Затем из приготовленной таким образом смеси Формуют изделия

45 и подвергают их тепловлажностно" обработке в автоклаве при давлении 0,41,6 ИПа по режиму 2 + 6 + 3 ч. Брике" ты готовят диаметром 100 мм и высотой 50 мм.

Проведенные исследования по модиФицированию чугуна брикетами шлакообразующей модифицирующей смеси показа" ли, что они способны предотвратить отбал и обеспечить однородность .55 структуры и свойств чугуна.

Пример. В индукционной тигельной печи типа ИСТ-0,06 выплавля6 ют чугун следующего химического состава: С ?,9 0,27; Si 1,754.0,17.;

Мп О,б -0,087; P 0,07+0,005K; S 0,04+

+0,006/. После изготовления брикетов их подвергали испытанию на удар и на сжатие. Прочность на удар определяют по количеству сбрасываний с высоты 2 м на чугунную плиту до разрушения брикета.

Брикеты и ФС-, 5 вводят в ковш после заполнения металлом 1/5 их объема при 1450 С. Эффект модифицирования оценивают по величине отбела на клиновидной пробе размером 110х50х20 мм (заливаемой в форму из стержневой смеси с металлической плитой) .

Для определения жидкотекучести чугуна заливают спиральную пробу сечением 6Х6 мм в Форму из стержневой смеси. Объемную усадку оценивают по конусной пробе и рассчитывают по формуле:

Состав, механические свойства брикета приведены в табл.1.

Как видно из табл.1, наилучшими свойствами обладают брикеты 3, 4, 5, которые имеют большую прочность.

Эффект модифицирования, кроме того, определяют по прочности при растяжении и твердости чугуна. Для контрольного распределения твердости по сечению отливки заливают ступенчатые пробы со.ступенями толщино" 10, 20, 40, 60 мм. Для выплавленных чугунов также определяют жидкотекучесть () и усадку (спотк ), Химический состав, механические

l свойства, жидкотекучесть и усадка выплавляемых чугунов приведены в табл. 7..

Как видно из табл.? наилучшими свойствами также обладают чугуны, полученные с использованием брикетов

3, 4, 5. Эти чугуны, по сравнению с чугунами модифицированными ФС-75, обладают при незначительно большей объемной усадке лучшими механически" ми свойствами (большим пределом прочности при растяжении, более равномерной твердостью по всему сечению образца), большей жидкотекучестью и меньшим содержанием вредного Фосфора.

1715854

Технико-экономический эффект от использования предлагаемого изобретения заключается в замене дорогостоящих и дефицитных модификаторов более деве вым бр и кетом шла кообра зующей модифицирующей смеси, в улучшении модифицирующего эффекта и составит от 4 до 6 руб. на 1 т выплавляемых чугунов.

10 формула,и зобрет ения

Модификатор для ч уг уна, содержащий металлокремнистые отходы производства синтетического чугуна следующего состава, мас.3: $ „,0 15-20, SiC

80-85

15 "20

Таблица

Состав брикета, мас. Прочность брикета

БРИ КЕ1

Связующее на сжатие, МПа на удар, кол во сбрасываний до разрушения

Металлокремнистые отсиликат- Всеалюмина т натрия

I го ное щелочное стекло

3

5

3

21,5

13,7

20,4

24,9

21,9

15,9

9,3

85 21

91 20

90 20

85 18

80 15

79 15

21

79

82

Таблица 2

Химический состав, мас.Ф

Механические свойства

Иидкотекучесть (n), мм

Усадка (v„„) ф

Чугун

НВ. ед

С Si

ПрочР S

Mila 10 20 40 6О

Исходный немодифицирова ниый

7.,9 1,75 0,6 0,065 0,04 205 364 286 241 187 600

Модифи цироеанный бри" кетами

ФС-75

0,04 235

0,04 23О

О, 04 220

О, 04 245

О, 04 242

О, 04 240

0,04 220

0,04 215 гэ95 1,80

0,065

0,069

0,070

0,064

0,063

0,063

0, 067 а, р68

0,6

0,6

0,6

0,6

0,6

0,6

0,6

1,82

1,81

1,87.

1,82

1,82

1,80

1,78

2,95

2,95

2,95

2,96 ,96

2,94

2,93

ФС-75

2

4

6

3-7, SiO< 1-3, Ссвоб 15-26, Fe,иет остальное, отличающийся тем, что, с целью снижения стоимости и повышения эффективности модифицирования, он дополнительно содержит связующее в виде смеси из 10-20Ф алюмината натрия и 80-903 молотого силикатного щелочного стекла при следующем соотношении компонентов, мас.В:

Металлокремнистые отходы производства синтетического чугуна

Связующее

305 266 228 207 600 5 7

318 281 235 220 605 5,9

309 270 240 205 615 5,9

298 278 247 215 615 5,9

296 270 241 210 620 6, О

295 272 242 212 620 5,9

321 278 243 204 620 5,9

330 282 240 201 615 6,0