Способ получения модифицирующей лигатуры для чугуна
Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейному производству, в частности к способам получения магнийсодержащих модификаторов, применяемых для получения чугуна с шаровидным графитом. В способе приготовление, нагрев, заливку и кристаллизацию расплава проводят под защитным флюсом, при этом нагрев расплава осуществляют на 10-99°С выше температуры ликвидуса t1, а величина давления составляет 10-3-0,9·10-1 МПа. Изобретение позволяет получить модифицирующую лигатуру с легкоплавкой магнийсодержащей составляющей, с высокой плотностью и равномерным распределением свойств по объему при минимальных расходах материалов. 1 табл.
Изобретение относится к области литейного производства, в частности к способам получения модификаторов, применяемых для получения чугуна с шаровидным графитом.
В литейном производстве широко применяются в качестве присадок для основного расплава лигатуры, в том числе ферросплавы. Эти лигатуры применяются либо для ввода полезных легирующих элементов, либо для удаления или связывания вредных элементов, либо для ввода компонентов, оказывающих модифицирующее действие.
Плавленые модификаторы для формирования шаровидного графита в чугунах обычно состоят из основы (чаще всего - ферросилиция или ферроникеля), в которой содержатся активные элементы (чаще всего - магний или магний совместно с РЗМ).
Известен, например, способ получения комплексного модификатора в индукционной тигельной печи, включающий подготовку печи, загрузку ферросилиция и силикокальция, расплавление и снятие шлака, перелив в весовой ковш-дозатор, перелив в ковш-реактор на предварительно введенный туда гранулированный магний и разливку в изложницы. Причем подготовка плавильной печи включает в себя неоднократные операции слива и проплавления материалов (Патент РФ №2058397, МПК С 21 С 1/00, публикация 20.04.1996).
Многооперационность и сложность указанного способа делает его нетехнологичным, нестабильным в отношении качества получаемого модификатора, что препятствует его широкому промышленному применению.
Известен также способ получения модификатора чугуна на основе ферросилиция. Способ включает получение базового сплава, который дополнительно содержит церий, магний и алюминий, при этом к базовому сплаву добавляют кислород в форме одного или нескольких оксидов металлов и серу в форме одного или нескольких сульфидов металлов (Патент РФ №2172782, МПК С 21 С 1/10, публикация 27.08.2001). Изобретение позволяет увеличить количество центров кристаллизации, образованных при добавлении модификатора в чугун, а также улучшить воспроизводимость в отношении образования центров кристаллизации.
Однако получаемые по этому способу модификаторы также характеризуются большой неоднородностью по качеству, в частности - по химическому составу, особенно - при длительном хранении и транспортировке.
Наиболее близким техническим решением является способ получения лигатуры, включающий расплавление шихты, нагрев расплава выше температуры плавления на 100-400°, заливку и кристаллизацию под давлением 0.1-200 МПа со скоростью охлаждения 10-104°С/с, при этом легирующие компоненты вводят в количестве, превышающем расчетную концентрацию в 1,2-2 раза, выдержку расплава при повышенной температуре осуществляют при перемешивании в течение 3-5 минут, затем концентрацию легирующих элементов уменьшают до расчетной с одновременным снижением температуры расплава, определяемой формулой; кристаллизацию расплава проводят в силовом поле неравномерно распределенного давления центробежных сил (Патент РФ 2111276, МПК С 22 С 1/02, публикация 20.05.1998 Бюл. №14).
Способ обеспечивает высокую степень измельчения интерметаллидных фаз, повышение производительности и уменьшение себестоимости процесса.
Причинами, ограничивающими широкое применение способа при производстве модифицирующих лигатур с легкоплавкой Mg-содержащей составляющей, являются большой угар магния, сложность и дороговизна оборудования для безопасной и надежной работы при высоких давлениях, нестабильное качество поверхностных слоев лигатуры, особенно модификаторов на ферроникелевой основе.
Технической задачей изобретения является создание способа производства Mg-содержащей модифицирующей лигатуры, устраняющего указанные недостатки и обеспечивающего простоту и надежность изготовления, снижение себестоимости продукта за счет снижения расхода материалов при сохранении стабильности и однородности получаемых свойств.
Техническим результатом от реализации изобретения является получение модифицирующей лигатуры с высокой плотностью и равномерным распределением свойств по объему при минимальных затратах, что обеспечивает повышение процента выхода годного продукта.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в способе получения модифицирующей лигатуры, включающем приготовление, нагрев, заливку и кристаллизацию расплава под давлением в поле центробежных сил, все операции осуществляют под защитным флюсом, при этом нагрев расплава осуществляют на 10-99°С выше температуры t1, а величина давления составляет 10-3-0,9·10-1 МПа.
Проведение процессов приготовления, нагрева, заливки и кристаллизации под флюсом позволяет уменьшить испарение и угар магния, за счет чего - уменьшить его расход и снизить пироэффект этих операций, снизить затраты на очистку печных газов производства.
Кристаллизация под флюсом, кроме того, позволяет создать необходимое давление в поверхностных слоях на внутреннем диаметре центробежной отливки лигатуры, обеспечивая тем самым необходимую чистоту, увеличивая равномерность плотности отливки по толщине и увеличивая выход годного продукта.
Нагрев расплава выше температуры t1 более 99°С не позволяет вести процессы без значительного испарения и угара магния и пироэффекта. Нагрев расплава выше температуры t1 менее 10°С приводит к образованию настылей на тигле, затрудняет проведение технологических операций, снижает выход годного продукта.
Кристаллизация сплава под давлением ниже 10-3 МПа не обеспечивает получения равномерной плотности по толщине отливки. Кристаллизация сплава под давлением выше 0,9·10-1 МПа не целесообразна, так как при этом увеличение равномерности плотности отливки по толщине не значительно, а оборудование для достижения таких давлений значительно усложняется.
Пример 1. Расплав модифицирующей лигатуры состава: 5% Mg, 45% Ni, 1% РЗМ, 2% С, 1% Si, 0,3% P, остальное Fe, имеющий t1≈1170°С, ts≈1060°С, готовили в индукционной печи ИСТ-0,16 с графитовым тиглем. Приготовление, нагрев и кристаллизацию расплава проводили под слоем флюса МХЗ (хлоридосодержащий флюс производства Менделеевского химического завода) с различными параметрами нагрева и кристаллизации.
Для сравнения проводили плавку по известному способу с предварительным приготовлением расплава состава; 7,5% Mg, 67,5% Ni, 1,5% РЗМ, 1,3% С, 0,7% Si, 0,2% P, остальное Fe, с перегревом расплава выше t1 на 200°С (1370°С), последующим разбавлением и захолаживанием чугуном для получения расплава с расчетным содержанием элементов, соответствующим базовому.
Разливку по всем вариантам проводили при температуре 1225°С методом центробежного литья.
Результаты, полученные при различных вариантах изготовления лигатуры, представлены в таблице 1.
| Таблица 1 | ||||||
| Способ получения лигатуры | № вар. | ΔT нагрева выше t1, °C | Давление на внешнем диаметре отливки лигатуры, МПа | Давление на внутреннем диаметре отливки лигатуры, МПа | Угар магния, % | Выход Годного продукта, % |
| Предлагаемый | 1 | 10 | 0,047 | 0,001 | 7 | 94,1 |
| 2 | 55 | 0,075 | 0,007 | 9 | 95,3 | |
| 3 | 99 | 0,090 | 0,001 | 13 | 94,7 | |
| Известный | 4 | 200 | 0,17 | - | 25 | 92,2 |
Способ получения магнийсодержащей модифицирующей лигатуры для чугуна, включающий приготовление, нагрев, заливку и кристаллизацию расплава под давлением в поле центробежных сил, отличающийся тем, что приготовление, нагрев, заливку и кристаллизацию расплава проводят под защитным флюсом, при этом нагрев расплава осуществляют на 10-99°С выше температуры ликвидуса t1, а величина давления составляет 10-3÷0,9·10-1 МПА.
