Модифицирующая смесь для чугуна

 

Использование: металлургия, литейное производство, в частности в составах модифицирующих смесей, используемых при производстве серого чугуна. Сущность изобретения: модифицирующая смесь содержит, мас. кремний 45,000 70,000; магний 1,200 12,000; кальций 0,200 5,000; алюминий 0,200 3,000; РЗМ 0,300 4,000; окись магния 0,100 1,500; окись кальция 0,010 - 1,000; окись церия 0,010 1,000; двуокись кремния 0,500 2,000; углерод 0,001 25,000, железо остальное. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, литейному производству, в частности к составу модифицирующих смесей, используемых при производстве серого чугуна, отливки из которого имеют сложную конфигурацию и большой интервал по массе и толщине стенок.

Известны комплексные модификаторы ФСМг [1] содержащие кремний, магний, кальций, редкоземельные металлы, алюминий, железо при следующем соотношении компонентов, мас. Кремний 45,0-70,0 Магний 1,5-10,5 Кальций 0,2-4,0 Редкоземельные металлы 0,3-2,0 Алюминий не более 2,5 Железо Остальное Применение этих модификаторов не дает требуемого эффекта при модифицировании серого чугуна на струе, так как состав модификаторов не обеспечивает необходимую скорость растворения модификатора в процессе подачи его на струю металла и не обеспечивает раннюю защиту открытой струи металла от атмосферы, в связи с тем, что состав модификатора сбалансирован с учетом его применения для внутриформенного модифицирования в закрытых полостях литейной формы.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является модифицирующая смесь для чугуна, содержащая кремний, магний, кальций, алюминий, РЗМ, окись магния, окись кальция, двуокись кремния, углерод, железо [2] При использовании этой смеси для модифицирования серого чугуна сказывается недостаточная графитизирующая способность, что отражается на выделении графита в междендритных участках и появлении структурно свободного цементита в тонких сечениях отливок.

Цель изобретения улучшение однородности структуры чугуна и увеличение времени сохранения модифицирующего эффекта благодаря оптимально сбалансированному составу модифицирующей смеси, а также снижение себестоимости продукции из чугуна за счет использования отходов.

Цель достигается тем, что для модифицирования чугуна используется смесь, содержащая кремний, магний, кальций, алюминий, РЗМ, окись магния, окись кальция, двуокись кремния, углерод, железо, которая дополнительно содержит окись церия при следующем соотношении компонентов, мас. Кремний 45,0-70,0 Магний 1,2-12,0 Кальций 0,2-5,0 Редкоземельные металлы 0,3-4,0 Алюминий 0,2-3,0 Углерод 0,001-25,0 Окись алюминия 0,1-1,5 Окись церия 0,01-1,0 Окись кальция 0,01-1,0 Двуокись кремния 0,2-1,8, причем суммарное содержание окисей магния, церия, кальция и двуокиси кремния составляет 0,5-2,0% Гранулометрический состав модифицирующей смеси 0,01-2,0 мм. Входящие в состав модифицирующей смеси отходы ФСМг образуются при дроблении и рассеве железо-магниевой лигатуры.

Присутствие в смеси окиси церия в количестве 0,01-1,0% за счет снижения температуры плавления окислов приобретает активное воздействие на расплав чугуна благодаря эндотермическому восстановлению церия и возможности реакций раскисления и десульфурации на поверхности струи расплава, а так же обеспечивает флюсующий эффект, способствующий рафинированию расплава от продуктов взаимодействия компонентов смеси с примесями (сульфиды, нитриды, окислы).

При добавке к смеси менее 0,01% окиси церия благоприятное воздействие церия практически не проявляется, а при содержании в составе смеси более 1,0% резко возрастает кинематическая вязкость расплава окисной части модифицирующей смеси и его флюсующая способность снижается, провоцируя тем самым снижение модифицирующей способности смеси в целом.

Наличие в составе смеси углерода 0,001-25,0% обеспечивает высокую стабильность графитизирующего эффекта, что очень важно для тонкостенных отливок. Содержание углерода в смеси более 25,0% снижает твердость и износостойкость чугуна. Понижение содержания углерода менее 0,001% приводит к полному устранению его влияния на эффект модифицирования.

Магний при содержании 1,2-12,0% оказывает на металл десульфирующее влияние, повышая технологические и эксплуатационные свойства чугуна. При содержании магния менее 1,2% эффект десульфирующего влияния магния становится недостаточным для воздействия на его свойства. При увеличении содержания магния более 12,0% усиливает пироэффект при подаче смеси на струю расплава чугуна.

Кальций при содержании 0,2-0,5% оказывает раскисляющее и десульфирующее влияние на расплав чугуна и способствует компактному росту графитовых включений. Верхний предел его содержания ограничен низкой растворимостью в чугуне, а при снижении его содержания менее 0,2% снижается воздействие его на структуру чугуна.

Введение алюминия в смесь в количестве 0,2-0,3% обеспечивает хорошую раскисленность металла и увеличивает графитизирующую способность смеси. Содержание алюминия более 3,0% вызывает образование ситовидной пористости в чугуне и резко снижает его физико-механические свойства. При содержании алюминия менее 0,2% его графитизирующее действие не проявляется.

Введение редкоземельных металлов в смесь в количестве 0,3-0,4% стабилизирует процесс модифицирования в случаях изменения химического состава исходного чугуна. Нижний предел содержания редкоземельных металлов применяется для исходного чугуна с низким содержанием поверхностно активных элементов и неметаллических соединений. Содержание редкоземельных металлов более 4% вызывает появление структурно свободного цементита в тонких сечениях отливок, что ухудшает технологические свойства чугуна.

Одновременное присутствие в смеси кислых окислов SiO₂ и СеО₂ и основных окислов MgO и СаО примерно в равных количествах позволяет снизить температуру плавления смеси окислов и ускорить процесс образования защитной пленки, что способствует более полному усвоению высокоактивных составляющих смеси и повышает ее модифицирующую способность.

Присутствие в смеси окиси магния в количестве 0,1-1,5% и окиси кальция в количестве 0,01-1,0% позволяет вести в поверхностных слоях жидкого чугуна процесс десульфурации одновременно с модифицированием.

Присутствие в смеси двуокиси кремния в пределах 0,2-1,8% способствует более раннему образованию расплава окислов, благодаря повышению эффективности смеси окислов, повышает адгезию расплава окислов к неметаллическим включениям в чугуне и способствует более полному удалению последних из расплава металла.

Модифицирование чугуна предлагаемым составом осуществляется подачей смеси равномерной струей на струю расплава чугуна.

Фракционность модифицирующей смеси и способ ее подачи на струю расплава чугуна обеспечивает оптимальную скорость растворения и усвоения модификатора, равномерное распределение ее подачи по ходу выпуска всего объема расплава, обеспечивает высокий модифицирующий эффект и повышают время сохранения эффекта модифицирования, что повышает гарантию получения качественных чугунных отливок.

Использование модифицирующей смеси фракций менее 0,01 мм неэффективно из-за повышения угара высокоактивных элементов и снижения в этой связи модифицирующего эффекта смеси, а применение фракций более 2,0 мм не обеспечивает полного растворения отдельных кусочков модифицирующей смеси с одновременным образованием изолирующей пленки расплава окислов, что приводит также к повышению угара высокоактивных элементов модификатора.

Предлагаемый состав модифицирующей смеси опробован при выплавке чугуна в дуговых печах ДСП 12 Н2 и ДЧП-75.

Химический состав чугуна перед выпуском плавки, мас. Углерод 2,0-3,4 Кремний 1,4-2,0 Марганец 0,5-0,8 Хром 0,2-0,4 Никель ≅0,12 Фосфор ≅0,2 Сера ≅0,12 Ковш емкостью 1,5 т, 3,0 т или 8 т с температурой футеровки 600-700^оС мостовым краном или металловозной тележкой подают к выпускному желобу дуговой печи.

При выпуске чугуна из дуговой печи открывают дозирующее устройство бункера-дозатора, расположенного над желобом печи и осуществляет равномерную подачу модифицирующей смеси на струю расплава чугуна по ходу его выпуска.

Результаты опробования предлагаемого состава модифицирующей смеси, приведенные в таблице, показывают, что модифицирование предлагаемой смеси обеспечивает высокие технологические свойства чугуна, качественную структуру и физико-механические свойства модифицированного чугуна.

Формула изобретения

МОДИФИЦИРУЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ЧУГУНА, содержащая кремний, магний, кальций, алюминий, РЗМ, железо, углерод, окись кальция, окись магния, двуокись кремния, отличающаяся тем, что дополнительно содержит окись церия при следующем соотношении компонентов, мас.

Кремний 45,000 70,000 Магний 1,200 12,000
Кальций 0,200 5,000
Алюминий 0,200 3,000
РЗМ 0,300 4,000
Окись магния 0,100 1,500
Окись кальция 0,010 1,000
Окись церия 0,010 1,000
Двуокись кремния 0,500 2,000
Углерод 0,001 25,000
Железо Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1