Способ легирования чугуна

 

ОП ИСАНИ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

1,!1 5 I 6746

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСИУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 13.12.74 (21) 2082542/02 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.06.76. Бюллетень № 21 (45) Дата опубликования описания 15.05.78 (51) М. Кл." "С 21С 1/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий (53) УДК 621.745(088.8) (72) Автор i изобретения

В. П. Зайко, A. И. Гавриш, М. A. Рысс и В. В. Ластовицкий

Челябинский ордена Ленина электрометаллургический комоинат (71) Зая",ïтсль (54) CHOCOh ЛЕГИРОВЛНИЯ ЧУГУНА

Изобретение относится к области металлургического производства, в частности к технологии л пирования чугуна, например титаном.

Известен способ легирования чугуна титаном, при котором титан вводят в чугун путем длительной выдержки жидкого чугуна под шлаком, обогащенным окислами титана, в основной дуговой электропечи (сообщение

Дж. Сиссера и Дж. Эриксона, 34-й международный конгресс литейщиков, Москва, 1971 r., Машиностроение) .

Известен также способ, при котором титан в виде ферротитана или отходов растворяют в ковше во время выпуска чугуна из печи или в литейной форме во время заливки в нее чугуна («Литейное производство» № 3, 1970 г., «Обработка передельного доменного чугуна») .

Кроме того, известен способ, при котором железо-титановый концентрат расплавляют в рудотермической печи, затем расплав тптанистого чугуна заливают в форму, в которую предварительно укладывают отходы титана и покрывают скрапом (авт. св. СССР №383738, С 21С 5/52).

Недостатками этих способов являются низкое усвоение титана, неравномерность распределения титана по объему чугуна, которая обусловливает неоднородность микроструктуры и механических свойств по сечению отливок и снижает эксплуатационную стойкость литых изделий. Например, прп выдержке х:еталла под шлаком в течение 40 мпн усвоение титана составляет 37%, а при выдержке

5 20 мин — 20%. Усвоение титана при растворении в ковше составляет 30 — 40%. Содержание титана в верхних зонах отливки в 1,3—

1,5 раза выше, чем в нижних.

Кроме того, способы имеют технологию ле10 гпрования.

Известен способ легированпя чугуна титаном, по которому в жидком чугуне вначале растворяют ферротитан, а затем металл подвергают воздействию твердого окислителя

15 (Пивоварский, «Высококачественный чугун», Металлургия, 1965). Этот способ приемлем для легирования чугуна ферротитаном, не имеющим способности образовывать карбиды, так как титан находится в связанном состоя20 нии с железом.

В случае применения отходов титана (стружки, скрапа) для легирования чугуна по этому способу взаимодействие титана с жидким чугуном начинается с образования кар25 бидов титана по реакции Ti+ (С) = TiC, ЛН = — 45000ккал/моль. Кусочки титана находятся в твердом состоянии, так как температура его плавления выше, чем у чугуна (1660 С). Тугоплавкие карбиды титана

30 (tn. — — 3523 С), находящиеся на границе раз516746

Формула изобретения

Составитель P. Зельцер

Корректоры: Л. Брахнина и Е. Хмелева

Редактор Е. Братчикова

Подписное

Заказ 822/13 Изд. 1чв 302 Тираж 653

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, Ж-35, Рзушская наб., д, 4/5 пр. Сапунова, 2

Типография, дела твердый титан — жидкий чугун, изолируют твердую фазу от жидкой. Кроме того, карбиды титана, диффундирующие в чугун, существенно повышают вязкость слоя чугуна, контактирующего с кусочками титана. Таким образом, следствием взаимодействия титана с чугуном является образование вязкого карбидного слоя, который изолирует кусочки титана от чугуна и тормозит их растворение.

Понижение вязкости и толщины этого слоя (например, путем окисления) способствует растворению титана. Однако реакция окисления карбидов в процессе обработки чугуна железной рудой (по способу легирования, описанному в качестве прототипа) протекает в основном в объеме жидкоподвижного чугуна с низким содержанием карбидов титана и не получает развития из-за повышенной вязкости в слое чугуна, обогащенном карбидами. Следовательно, обработка чугуна окислителем после введения титана не разрушает карбидного изолирующего слоя и не способствует растворению титана. Кусочки титана и титанокарбидные конгломераты, не успевшие всплыть на поверхность металла, обуславливают неравномерное распределение титана по объему чугуна, а всплывшие — безвозвратно теряются, снижая усвояемость титана.

Целью изобретения является увеличение усвоения титана и улучшение его распределения по объему чугуна.

Для этого предложен способ, по которому в ковш до выпуска чугуна вводят совместно с титаном (стружкой, скрапом) смесь, состоящую из железной руды и железо-кремнекальций-магниевого модификатора в соотношении 1: (0,5 —:2) по весу в количесгве 100—

200о/о от веса титана.

Процесс легирования чугуна по описываемому способу состоит в следующем, В ковш загружают титан в виде стружки, скрапа размером кусков 20 — 200 мм (Ti=95 — 99%). 3атем на титан дают смесь железной руды (до

85% 1 езОз) фракции менее 2 мл и модификатора, содержащего 40 — 65% Sl, 0,5 — 20% Са, 4 — 10 /о Mg, остальное — железо зернистостью до 5 мл, в соотношении 1: (0,5 — 2) по весу. Количество смеси составляет 100 †20 от веса титана, загружаемого в ковш. Количество титана определяется расчетом, исходя из величины необходимого в чугуне титана и его усвоения. После разогрева заданной присадки до температуры 100 — 400 С в этот ковш выпускают из печи чугун.

Во время заполнения ковша вследствие высокого сродства кремния к железу и экзотермичности процесса, в первую очередь в чугуне

55 растворяется кремнийсодержащий модификатор. Выделяющийся газообразный магний интенсифицирует процесс растворения модификатора. Кремний, кальций и магний модификатора образуют карбиды, которые взаимодействуют с железной рудой. В результате окислительно-восстановительной реакции образуется химически активное железо с низким содержанием углерода, в котором растворяется титан без образования карбидов. Перемешивание металла в ковше за счет выделяющихся газов при окислении углерода и испарении магния ускоряет процесс равномерного распределения титано-железистых соединений в объеме чугуна. Увеличение усвоения титана достигается тем, что в процессе растворения вокруг кусочков титана не образуется изолирующего карбидного слоя, который тормозит диффузионные процессы растворения при легировании чугуна известными способами. По этой причине при легировании предлагаемым способом титан растворяется с большей скоростью и со снижением потерь за счет всплывания нерастворенных кусочков титана на поверхность чугуна.

Расход смеси, присаживаемой в ковш вместе с титаном, и весовое соотношение модификатора и железной руды в этой смеси определены опытным путем. Испытания показали, .что присадка смеси в количестве, меньшем, чем вес титана, не обеспечивает полного растворения титана, который обнаруживается при визуальном осмотре снятого с чугуна шлака, а избыток смеси свыше 2 весов титана практически не влияет на результаты легирования.

Избыток и недостаток руды в смеси снижает усвоение титана, в первом случае за счет повышенного окисления титана, а во втором за счет неполного растворения.

Оптимальный расход смеси 150 /о к весу ти. тана при соотношении веса железной руды к модификатору 1: 1.

Способ легирования чугуна, заключающийся в введении в чугун в ковше металлических отходов титана с окислителем, о т л и ч а ющи и с я тем, что, с целью повышения усвоения и равномерного распределения титана в объеме чугуна, в ковш перед выпуском чугуна одновременно с отходами титана присаживают смесь, состоящую из железной руды и железо-кремне-кальций-магниевого модификатора, в весовом соотношении 1: (0,5 — 2) в количестве 100 — 200 /о от веса титана.