Способ получения чугуна с вермикулярным градиентом
Использование: при производстве отливок из чугуна с вермикулярным графитом. Сущность изобретения: получение чугуна осуществляют при двух стадиях обработки путем ввода в расплав РЗМ, количество которого определяют из выражения G (5 - 6) - (0,02 - 0,03), где S - содержание серы в исходном чугуне, причем на первой стадии вводят 40-80% от общего количества в виде лигатуры ФСЗОРЗМЗО путем ее присадки на желоб вагранки, усвоения лигатуры , осуществляемого в котловане в течение 2-5 мин, а затем после скачивания шлака на второй стадии в расплав присаживают оставшуюся часть РЗМ в виде модификатора ФСМгЗ при соотношении в нем P3M:Mg:Ti, равном 1:(0,4 - 0.5):(0,3 - 0,5). 3 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)5 С 21 С 1/10
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4773465/02 (22) 25.12,89 (46) 15.06.92. Бюл, hL22 (71) Белорусский политехнический институт (72) С.Н.Леках, С.П.Королев, В.М,Михайловский, Н.И,Бестужев, Е.M.Àðñàãîâ и
В.М,Королев (53) 621.785 (088.8) (56) Заявка Японии
%57-210910, кл. С 21 С 1/10, 1982, Кузнецов Б.Л.Применение чугуна с шаровидными и вермикулярным графитом в автомобилестроении. M„1984, с.68 — 70. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА С ВЕРМИКУЛЯРНЫМ ГРАФИТОМ
Изобретение относится к литейному производству, а именно к способам получения чугуна с вермикулярным графитом (ЧВГ), и может быть использовано для получения ответственных машиностроительных отливок.
Цель изобретения — сокращение количества шлаковых дефектов в отливках, теплопотерь на обработку, а также стабилизация механических свойств чугуна ваграночной плавки с исходным содержанием серы 0,05 — 0,1 (,.
Сущность предложенного способа получения чугуна с вермикулярным графитом обусловлена следующим, Проведение строго согласованной с составом исходного жидкого чугуна последовательной двухстадийной обработки расплава редкоземельными элементами, количество которых
„„. Ж„„1740426 А1 (57) Использование; при производстве отливок из чугуна с вермикулярным графитом.
Сущность изобретения: получение чугуна осуществляют при двух стадиях обработки путем ввода в расплав РЗМ, количество которого определяют из выражения G = (5—
6)x(Svcx — (0,02 — 0,03)), где S — содержание серы в исходном чугуне, причем на первой стадии вводят 40 — 80 $ от общего количества в виде лигатуры ФСЗОРЗМЗО путем ее присадки на желоб вагранки, усвоения лигатуры, осуществляемого в котловане в течение 2 — 5 мин, а затем после скачивания шлака на второй стадии в расплав присаживают оставшуюся часть РЗМ в виде модификатора ФСМгЗ при соотношении в нем
РЗМ:Mg:Ti, равном 1:(0,4 — 0,5);(0,3 —. 0,5). 3 табл. определяется из выражения G = (5 — 6)х(5исх — (0,02 — 0,03)), где G — расход РЗМ; S содержание серы в исходном чугуне. Разделение ввода РЗМ позволяет избежать ряда нежелательных эффектов, Если весь Р3М ввести на конечной стадии, то ввиду боль- Ф ших расходов присадки, вводимой в ковш, 1»3 требуется высокий перегрев металла, также О» по ходу заливки постоянно выделяются в ковше продукты реакции, которые могут попасть в полость литейной формы. При вводе и
РЗМ на ранней стадии теряется стабильность получения Ч В Г.
Поэтому в предлагаемом способе на первой стадии уровень исходной серы снижается до 0,02 — 0,03 g, в жидком чугуне при вводе 40 — 60 ф» РЗМ от общего количества в виде лигатуры ФСЗОРЗМЗО путем ее присадки на желоб вагранки. Затем металл по1740426 ступает в подогреваемый копильник, где большая часть продуктов реакции при выдержке 2 — 5 мин успевает агрегатироваться и удалиться в шлак. При последующей обработке комплексным P3M — Mg — Ti, содержащим модификатор с определенным соотношением ингредиентов, достигается дополнительное глубокое рафинирование от растворенных кислорода и серы, кроме того, за счет перелива и дополнительного барботажа расплава парами идет активная флотация остающихся неметаллических включений в шлак, при этом вермикулярная форма включений графита стабилизируется в основном за счет повышенного соотношения остаточных содержаний Р3М и магния в присутствии титана.
Именно такая последовательность обработки позволяет реализовать эффект рафинирования и получения ЧВГ из чугуна ваграночной плавки с высоким исходным содержанием серы при требуемых минимальных перегревах расплава.
Основание значений предельных параметров (получено экспериментально). При исходной сере менее 0,05% сокращается общее количество образующегося шлака и решение поставленной цели можно достичь за счет одностадийной обработки. При сере более 0,1% существенно возрастает стоимость обработки и необходимо в дополнение к Р3М использовать другие более дешевые реагенты (сода, карбид кальция и т.д,). Ввод Р3М в количестве 40 — 60% от общего количества на первой стадии обработки обусловлен; нижний предел 40%— содержанием серы в исходном чугуне на нижнем уровне (0,05%), верхний предел
60% — содержанием серы на верхнем уровне (0,1%). Коэффициенты (5 — 6) в формуле получения исходя из стехиометрического соотношения атомных весов Р3М и-серы, вступающих во взаимодействие и образующих сульфиды РЗМ с учетом коэффициента усвоения Р3М (70 — 75%). (0,02 — 0,03) — остаточное содержание серы (1%), растворенной или частично связанной в чугуне после первой стадии обработки. Если остается в расплаве в первый период более 0,03% серы, то теряется стабильность технологии получения ЧВГ, при остаточном содержании серы менее 0,02% растет количество шлака и угар Р33, Остаточное содержание серы 0,02% достигается вводом 40% Р3М в составе комплексного модификатора от его общего количества.
При этом обеспечиваются минимальные теплопотери и минимальное количество вносимого в состав чугуна кремния. Остаточное содержание серы 0,03% достигается
50 соответственно присадкой 60% Р3М от его общего количества, Данное процентное содержание вводимого Р3М ограничено как увеличением теплопотерь на первой стадии обработки, так и повышенным содержанием кремния в отливках в связи с увеличивающимся общим количеством вводимого ФСЗОРЗМЗО, Время выдержки расплава в копильнике после первой стадии обработки обусловлено необходимостью образования сульфидов РЗМ, их укрупнением и флотацией последних, имеющих относительно крупные размеры. Нижний предел (2 мин)— минимальное время образования и удаления продуктов реакции. Вехний предел (5 мин) связан с ростом теплопотерь, а также отсутствием прироста удаления шлаковых продуктов реакции.
Количество магния (2,5 — 3,5%) в составе модификатора ФСМгЗ на второй стадии обработки обеспечивает хорошее усвоение магния, отсутствие пироэффекта и дымовыделения, При содержании магния менее
2,5% сильно растет добавка модификатора, увеличиваются теплопотери и содержание кремния в отливках. Превышение содержания магния .более 3,5% ограничено с появлением пироэффекта, снижением степени усвоения магния, а также уменьшением стабильности получения чугуна с вермикулярным графитом.
Установлено соотношение P3M:Mg:Ti =
1:(0,4 — 0,5):(0,3 — 0,5), исходя из устойчивого получения ЧВГ. При отклонении ниже нижнего предела Ti происходит недостаточное десфероидизирующее влияние. Отклонение выше верхнего предела не позволяет возрасти вермикуля ризирующим действиям комплексного модификатора, однако возможным становится появление плен в отливках и загрязнение титаном литья из возврата.
Расчет технологии, Sucx= 0,1, ввод РЗМ на первой стадии
60% от его общего количества, 6x(0,1 — 0,03) = 6х0,07 = 0,42% P3M— общее количество.
0,42 — 100%
Х вЂ” 60%
X = 100 = 0,252% Р3М на первой
0,42 х 60 стадии.
Тогда на первой стадии необходимо ввести ФСЗОРЗМЗО (учитывая, что РЗМ в составе ФСЗОРЗМЗΠ— 30%) в количестве
0,252:0,3 = 0,84% ФСЗОРЗМЗО, На второй стадии при РЗМ = 6,6% в составе ФСМгЗ его количество составит:
1740426
Т а б л и ц а 1
0,42 — 0,252 = 0,168%; 0,168: 0,066 = 2,5%
ФСМг3.
Зисх = 0,07, ввод РЗМ на первой стадии
50 от его общего количества.
6х(0,07 — 0,025) = бх0,045 = 0,27% РЗ М вЂ” 5 общее количество.
0,27 — 100%
Х вЂ” 50%
Х = 100 = 0,135% РЗМ на первой
0,27 х 50 стадии.
Тогда на первой стадии необходимо ввести ФСЗОРЗМЗО в количестве 0,135:0,3=
= 0,45% ФСЗОРЗМЗО, На второй стадии (РЗМ = 6,6%) необхо- 15 димо ввести модификатор ФСМгЗ в количестве 0,27 — 0,135 = 0,135%; 0,135:0,066 =
2,0 ФСМгЗ.
$исх = 0,05%, ввод РЗМ на первой стадии 40% от его общего количества. 20
6х(0,05 — 0,02) = 6 х 0,03 = 0,18% РЗМ— общее количество.
0,18 — 100%
Х вЂ” 40%
Х вЂ” „0 — 0,072% РЗМ на первой стадии.
Тогда необходимо ввести ФСЗОРЗМЗО в количестве 0,072:0,3 =. 0,24%
ФСЗОРЗМЗО. 30
На второй стадии (РЗМ = 6,6%) необходимо ввести модификатор ФСМгЗ в количестве 0,18 — 0,072 = 0,108% РЗМ или
0,108, 0,066 = 1,6% ФСМгЗ.
Данные расчетов сведены в табл.1. 35
Способ осуществляют следующим образом.
Плавку осуществляют в вагранке с кислой футеровкой производительностью 3 т/ч.
Химический состав чугуна ваграночной 40 плавки следующий, мас. :
Углерод 3,5 — 3,7
Кремний 2,0 — 2,4
Марганец 0,4 — 0,7
Хром 0,03 — 0,04
Сера 0,05 — 0,1
После перегрева расплава до 1410 С производят обработку по известному и предлагаемому способам получения ЧВГ.
Для получения сравнительных результатов используют модельную оснастку, позволяющую получать клиновидные пробы, из которых изготавливают образцы для механических испытаний и оценки степени загрязнен ности сплава.
Полученные результаты приведены в табл.2 и 3.
Предлагаемый способ стабилизирует механические свойства чугуна с вермикулярным графитом, при этом существенно снижается степень загрязненности сплава неметаллическими включениями.
Формула изобретения
Способ получения чугуна с вермикулярным графитом, включающий двухстадийную обработку расплава и последующую подачу расплава в ковш на разливку, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения теплопотерь и уменьшения количества неметаллических включений в структуре чугуна, при двух стадиях обработки чугуна в расплав вводят РЗМ, количество которого определяется из выражения G = (5 — 6).(S>c< — (0,02—
0,03)), где G — расход РЗМ, S — содержание серы в исходном чугуне, причем на первой стадии вводят 40 — 60% от общего количества в виде лигатуры ФСЗОРЗМЗО путем ее присадки на желоб вагранки и последующем ее усвоением расплавом в подогреваемом копильнике в течение 2 — 5 мин, скачивают шлак, а на второй стадии в расплав присаживают оставшуюся часть Р3М в виде модификатора ФСМгЗ при соотношении в последнем P3M:Mg:Ti, равном 1:(0,4—
0,5):(0,3 — 0,5).
1740426
Х СО
OD
СО
S О)
4t
)ф
С)
С) CD
Ю
»D
Y о
|О о s
m c
I- Iv o
CD
CD о о о
С) CD
С)
a)
CD иъ м
- О
Ю
ОЪ м C) сч
С иъ
1 С | о м м сч !
1 I
S Ю
szo
s в
S S и
5! осх в х
Р и tz
1 I в х х с с
СС ГО
lU IЭ
Э S о м о
ГО»О
С 1с х ш в х в о
S S
l- X о ! о о m
fU С S о.
Ю S»U
oYm
2i
Q. о в си
m c) ЪГЪ м .О сч
ЪО сч
О сч
ЪО сч
С) м
С) м
a)
» » Ъ о м
Ю
С» Ъ иъ
1 S
»О а 1ю о ою
Б 1 S с ГО Y
CU" С 11-Ю О
V ClQ
Ef)
» » Ъ
lA м
ЪГЪ м
Cf) м х
S х
I 1
1 S fU с z
I с л с о. х» и )1 ГО и
1 О- l
s x
X 1со и ЮОР
l- »U
v а v
Ю в м о
ЪГЪ
С) оъ
1 в
I
1
1
I
1
I
1
I
1
1
1
1
I
1
1
I
1
1
I
1 i
1 1 и
1 В
1 и
Г)
I 1
I X с
cz
О
Х
1 О
1 и а
1 а
Е м
ЬС
ОО
Г»Ъ и
Ео
V е»ч м
K -
») ем
S: I с.) е сч м
Ъ
Е ЪСЪ
С.Ъ е с| м и
Е О о е
1 1
1 5 СО с z
1 ГХ .а о о.
Х Л о
1 »U CU
О- Il
»D м .С
UU
О о д.
М ОО
С.) во
CD м
Е
Cf) а о
С» Ъ
»и еЮ м
Е
СО а
CD ЪГЪ м Оо во о м
Е
СО
О
CD иЪ м—
О е о
») о
S 1
st-v ао и
»О Ю
1- ГО о а
Ю н о
at м
Е
СО
О о -О м „
С ) е о
Ъи м
Ы
».Э
Г
CD
С) ».Г\
CD
С) ! о о
ЪСЪ о
»:) CD о
Э
Э Х з а
23 В
tS
Z
cz в а
»о
)S
z с в о.
» ) )S
Z . х а в
СО о и в
Ф Z
33 %
S S х х
tS
Z
s
)х
Б
I 1
l I l в о
s o с m
О 11 У И
I 1 в о х
I L S
1 В и о ! СО Y
I сч
I »О с
ГО 1 Е
1
13 "й
1 с 1 а)
IQ
lU I и 1
СХ »U
1- 1»О я х о * и с m !
1 В
I 2l
1 m S о а
1 С В
1 C в о
I 11
»
1 3-»
I C)U
1 I,с.
1 В
ОО;
z а
o e о х и
1 1 I м u s сс ао х
s в с сч сх
В Я CU
am) se
СОФХСО
1 1
3f v ссао хв с» в g
cLms6 са и Х С
ГО S
Z S Y
S Iz tU ЪО»О сч ох l I I и i v 33»О X Z В аи о хае в йхл ° cZm СХ О оххo»e о х а х 1 I 1 1 J) CU 1 Z 33Хe в аs m в с о Оса,в m ао х ао i»uzи I \Q О| СС u»s ОС х|С О ОС XD х »О С m»D C) YC) Оо fU mCf)аО)- Х 1 I 1 I 1 I I 1 I I I 1 I 1 I 1 1 1 I 1 1 1 1 1 1 I I 1 I I 1 В »3I L )Х а и х с 1= х сч! 1 I I 1 ° 1 В I S I Z 1 Ф 1 Т 1 CU х 1 Я 1 В 1 В 1 Z сх I В CU а 1I И X в 1 1 lU а 1 .О L с »у )т 1 »U Z в 1 В 1 и й 1 ««Х 1»3) 2i s z z o. 1 В и м с I K» 1 1- Y u s 1 CU S 1 O. O. в I |О m I Х 1 дР S CD 1- Ю о оо 1 Z W 1 У о s а с х I Б л z с с 3 Ф S 1 Uf. и в о I O. A. с и и о 1 С»ЪО о 1 З 1 х о z u. 1 fU 1 сх m и О 3 о s 1 О. 1!ОО СО Х 3 и CU ах 1 Ф В I С O. m л 1 )-1s x с л о а. 1 S Iг о 1 СО CO! !Ъ| ф. 1740426 Таблица 3 Тепловые Способ полуиения.ЧЗГ Содержание серы в мсх. иугуне, нас.2 Расход лиг туры на 1 стадии обработки, масА Соотножение РЭН:НбьТС Расход лигатурм ма 2 стадии обработки, мас.2 Гв. НОД Кол-во 8сего KOII во рема аыержки после 1 стадии обработки, мин потери металтьь с момента обработки до заливки в Формы, C отливок из Чвг, жт тливо т ФСЗОРЗН30 ФСНг3 0,45 1,2 2,0. 2,0 0,07 1,0 0 07 О 45 2,0 3 5 среднем 0,9 0,45 2,0 5,0 0,07 верхнем 1,5 0,45 2,0 1,0 0,07 ниже нижнего 100 100 выме верхнего 0,07 0,45 0,9 7,0 2,0 Оптимизация соотноеения РЯН:MglTi в лигатуре ФСНг3 при уровне 100 100 100 100 100 100 100 90 100 95 0,07 0,45 2,18 3,5 6,2:2,5;3,1 47 1,25 нижнем 6,6:3,0:2.6 45 7:3,5:2,1 42 1,0 0.07 0.45 2,0 3,5 среднем 0,9 0,07 0,45 1.92 3,5 верхнем 1,6 0 07 О 45 2 25 3 5 6 0 2 3 3 1 48 ниже нижнего выще верхнего 0,07 0,45 1,87 3,5 7,2:3,7;2,1 38 0,95 Составитель .С.Королев Редактор Т.Лазоренко Техред М.Моргентал Корректор О,Кравцова Заказ 2051 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Оредлагаемый Оптимизация времени выдержки после 1 стадии обработки при уровне содержания ингредиентов нижнем 6 6.3 0.2 6 40 6,6:3,0:2,6 45 6,6:3,0:2,6 55 6,6:3,0:2,6 37 6,6:3,0:2,6 65 П Рль, за нина ема я иеметаллическими вклюиеи. в образцах, ь1002 зевр " 390-425 %65 390-435 %тю 395-445 — чвг375-400 Н8 395-460 430 370-420 4ТПГ 390"435 410 395-440 i 350-410 37Г 390-450 тт 1 00 100 100 100 100 100 100 95
