Способ получения чугуна с вермикулярным графитом методом термошлаково-электродуговой обработки

 

Использование: производство чугунов с вермикулярным гражитом в чугунолитейных цехах машиностроительных заводов. Сущность: обработку расплава осуществляют по термошлаково-электродуговой технологии, включающей расплавление шихты в электродуговой печи с основной футеровкой, перегрев расплава до 1560 - 1580°С, поддержание основности шлака 1,5 - 1,8 и модифицирование расплава в печи восстановлением магния и кальция из шлака и футеровки. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам производства чугунов с вермикулярным графитом, и может применяться в чугунолитейных цехах машиностроительных заводов.

Для получения чугунов с вермикулярным графитом известны следующие способы (1): обработка жидкого расплава модификаторами, содержащими РЗМ; глубокая десульфурация чугуна в сочетании с обработкой расплава модификатором, содержащим Mg и глобуляризирующий компонент, например титан; целенаправленная недоработка жидкого чугуна или поддержка обработанного магнийсодержащим модификатором расплава перед заливкой в форму; обработка высокосернистого чугуна Mg и РЗМ; обработка расплава чугуна определенного химсостава азотом.

Наиболее близким техническим решением по заявляемому объекту является способ обработки жидкого чугуна лигатурой, содержащей одновременно глобуляризирующие (Mg, Ce) и антиглобуляризирующие (Ti, Al) элементы [1], включающий плавку шихты, перегрев расплава, наведение основного шлака, его активизацию плавиковым шпатом, выдержку 10-15 мин, скачивание шлака, слив и разливку по формам.

Недостатком данного способа является использование дорогих и дефицитных компонентов, а также большое пыле- и газовыделение при взаимодействии жидкого чугуна с лигатурой.

Цель изобретения - снижение себестоимости отливок из чугуна с вермикулярным графитом за счет исключения сфероидизирующих модификаторов и улучшения экологических условий при их получении за счет переноса модифицирующей обработки в рабочее пространство печи.

С этой целью в известном способе получения чугуна с вермикулярным графитом методом термошлаковой электродуговой обработки, включающем расплавление шихты в плавильном агрегате, перегрев расплава, наведение основного шлака, ввод в него плавикового шпата, выдержку в течение 10-15 мин, скачивание шлака, выпуск расплава, модифицирование и последующую заливку в форму, шахту расплавляют в электродуговой печи с основной футеровкой, расплав перегревают до 1560-1580^оC, основность шлака поддерживают в интервале 1,5-1,8, а модифицируют расплав в печи восстановлением магния и кальция из шлака и футеровки. Выплавку чугуна ведут в дуговой электропечи с основной (магнезитовой) футеровкой под основным шлаком. Основность шлака на стадии расплавления шихты 1,1. . . 1,3, на этапе перегрева расплава 1,5...1,8. Внутрипечную обработку расплава ведут по термошлаковой электродуговой (ТШЭД) технологии. Термошлаковая электродуговая обработка расплава заключается в том, что с целью воздействия на склонность расплава кристаллизоваться с различными и, в частности, компактными (вермикулярной и шаровидной) формами графита в отливке на расплав одновременно воздействуют температурой перегрева расплава, временем выдержки расплава в области активных температур, характером и силой тока дуги и основностью и составом шлака.

Механизм ТШЭД-обработки заключается в протекании процессов восстановления Mg и Са из оксидов шлака в расплав в результате реакций восстановления и электролиза магнезиальных шлаков и перевода расплава в особое "надкритическое" состояние, заключающееся в перестройке структуры глубокорафинированных и высокоперегретых расплавов. В ТШЭД-обработке впервые используется комплексный эффект температурной, временной, шлаковой, электродуговой обработок, и найдены оптимальные параметры, при которых достигается синергетический эффект различных по природе видов физических процессов. Температурный режим плавки заключается в перегреве расплава до температуры 1560. . . 1580^оС. Его соблюдение контролируется термопарой погружения или оптическими пирометрами. Шлаковая обработка проводится таким образом, чтобы при температуре 1560...1580^оС основность магнезиального шлака была в пределах 1,5. ..1,6. При этом, с целью повышения жидкотекучести, а значит и активности шлака, его химический состав корректируется вводом металлургической извести, магнезитового порошка, доломита, плавикового шпата. Количество вводимых флюсов должно обеспечивать соотношение CaO:CuF=2:1.

Контроль основности шлака проводится аналитическим методом, либо по вязкости шлака. Термовременная обработка расплава состоит в выдержке расплава пpи 1560...1580^оС в течение 15...20 мин. Во время выдержки расплава плавильная печь переводится на работу в режим компенсации потерь тепла через кладку. Электродуговая обработка расплава заключается в обеспечении температурного режима за счет тепла, выделяемого электрической дугой. При этом электрическая дуга выполняет и технологическую функцию - она способствует электролизу магнезиальных шлаков и насыщению расплава азотом, что благоприятно для получения вермикулярной и шаровидной формы графита в отливке.

После выполнения ТШЭД-обработки шлак "скачивается" (убирается), металл сливается в раздаточный ковш и в течение 10...12 мин должен быть залит в литейные формы. При этом толщина стенки отливки не должна превышать 50 мм.

Вермикулярная форма графита в указанном способе с использованием ТШЭД-обработки реализуется при следующих параметрах: химический состав расплава чугуна, %: C 2,0-4,0; Si 1,0-2,5; Mn 0,6-1,0; S ≅ 0,01; P ≅ 0,01. Перегрев расплава в печи 1560...1580^оС. Шлак в печи магнезиальный (MgO 25.. . 35% ), основность шлака (CaO+MgO)/SiO₂ 1,5...1,8; содержание фтористого кальция 8. . . 12% к массе шлака. Выдержка расплава при 1560...1580^оС под шлаком с основностью 1,5...1,8 в течение 10...15 мин. Сила постоянного тока дуги 3...5 кА, переменного тока 20...25 кА.

Пример осуществления способа.

В дуговую электропечь ДСП-50 с основной (магнезитовой) футеровкой загрузили шихту следующего состава: стальной лом 30%, возврат СЧ20-40%, чушковый чугун 30%. Содержание углерода корректировали по результатам химического экспресс-анализа карбюризатором-электродным боем. По расплавлении шихты производили скачивание шлака и отбор пробы на химический анализ. По получении содержания С 3,5%, Si 1,8%, Mn 0,7%, S 0,01%, P 0,01% производили перегрев расплава до 1570^оС, давали в печь металлургическую известь (2% к массе металла), молотый магнезит (2% к массе металла), плавиковый шпат 0,5% к массе металла. Полученный шлак имел состав: CaO 30%, MgO 30%, CaF 10%, SiO₂ 30% . Расплав выдерживали в печи в течение 12 мин, затем расплав сливали в раздаточный ковш и разливали в литейные формы. Проведенные металлографические исследования структуры отливок показали наличие в структуре чугуна графита ГфВ по ГОСТ 3443-87, предел прочности на растяжение σ_в-530... 540 МПа и относительное удлинение 5. . . 8% в образцах диаметром 30 мм (таблица).

При получении чугуна с вермикулярным графитом отсутствовал пироэффект, газовыделение, не применялся специальный модификатор, не проводилось никакой внепечной обработки, получен экономический эффект от внедрения способа за счет исключения магнийсодержащей лигатуры из технологического процесса.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА С ВЕРМИКУЛЯРНЫМ ГРАФИТОМ МЕТОДОМ ТЕРМОШЛАКОВО-ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ОБРАБОТКИ, включающий расплавление шихты в плавильном агрегате, перегрев расплава, наведение основного шлака, ввод в него плавикового шпата, выдержку в течение 10 - 15 мин, скачивание шлака, выпуск расплава, модифицирование и последующую заливку в формы, отличающийся тем, что, с целью снижения себестоимости отливок за счет исключения использования сфероидизирующих присадок и улучшения условий окружающей среды за счет снижения пыле- и газовыделений, шихту расплавляют в электродуговой печи с основной футеровкой, расплав перегревают до 1560 - 1580^oС, основность шлака поддерживают в интервале 1,5 - 1,8, а модифицируют расплав в печи восстановлением магния и кальция из шлака и футеровкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1