СМЕСЬ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЧУГУНА Российский патент 1995 года по МПК C21C1/10 

Изобретение относится к металлургии, в частности к составам модифицирующих смесей для обработки жидкого чугуна.

Наиболее близкой к предлагаемой является смесь для обработки чугуна [1] содержащая, мас. Гранулированный магний 4-11 Плавиковый шпат 0,5-4
Кремнийсодержащий ферросплав Остальное
Недостатками этой смеси являются слабое усвоение магния и невозможность получения стабильного качества отливок.

Цель изобретения повышение степени усвоения магния и качества высокопрочного чугуна.

Цель достигается тем, что в смеси, содержащей магнийсодержащие гранулы, галлоид металла и кремнийсодержащий ферросплав, в качестве магнийсодержащих гранул используют гранулы магний-алюминий-кремниевого сплава, в качестве галлоидов металла используют хлориды и/или фториды щелочных и щелочноземельных металлов, а в качестве кремнийсодержащего ферросплава ферросилиций при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.

Гранулы сплава магний- алюминий-кремний 6,0-25,0
Хлориды и/или фториды
щелочных и щелочно- земельных металлов 0,2-10,0 Ферросилиций Остальное
Причем хлориды и/или фториды щелочных и щелочноземельных металлов используют в виде оболочек, покрывающих гранулы сплава магний-алюминий-кремний, компоненты которого находятся в соотношении, мас. Алюминий 5,0-25,0 Кремний 0,5-15,0 Магний Остальное
При этом предпочтительно, чтобы ферросилиций содержал 45-75 мас. кремния, 0,5-5% одного из элементов группы бария, кальция, РЗМ (или их смеси), железо остальное.

Присутствие в составе алюминиево-магниевого сплава кремния способствует некоторому повышению температуры плавления сплава и усиливает графитизирующее наряду с модифицирующим воздействие гранул сплава на жидкий чугун, а также исключает ошлаковывание смеси при внутриформенном модифицировании, а образующиеся в сплаве силициды магния, алюминия, являясь тугоплавкими соединениями, способствуют более высокой степени усвоения магния чугуном. Устраняются также газовая пористость и пленообразование в отливках.

При содержании кремния в гранулах тройного сплава менее 0,5 мас. положительный эффект воздействия кремния еще не проявляется. Увеличение содержания кремния свыше 15 мас. нежелательно из-за значительного повышения температуры плавления сплава (свыше 800^оС) и ликвации жидкого сплава с выпадением в осадок тугоплавкого силицида магния, что делает такой сплав технологически неприемлемым для приготовления смесей (неоднородность состава, рассыпание при затвердевании).

Присутствие гранул магний-алюминий-кремний в составе смеси в количестве 6-20 мас. создает оптимальные условия для проявления их сфероидизирующего графит действия при максимальной степени усвоения магния чугуном. Нижний интервал содержания гранул тройного сплава относится к сплавам, содержащим алюминий и кремний у нижнего предела их содержания в магнии, а верхний к сплавам, содержащим алюминий и кремний в максимальных количествах.

Выбор интервала содержания гранул сплава в смеси также определяется и составом ферросилиция, влияющим на насыпную плотность смеси: чем выше плотность смеси, тем меньше должна быть добавка гранул сплава в смесь; чем выше плотность смеси, тем меньше должна быть добавка гранул сплава в смесь. При содержании в смеси свыше 20 мас. гранул сплава реакция с расплавом чугуна, особенно при ковшевом модифицировании, протекает бурно, с заметным пироэффектом, что приводит к снижению степени усвоения магния чугуном.

Смесь галлоидов металлов, состоящая из хлоридов и фторидов щелочных, щелочноземельных металлов, магния и алюминия в интервале 0,3-10 мас. способствует повышению эффективности обработки за счет флюсующего и барботирующего расплавленный чугун эффекта, что обеспечивает рафинирование расплава от продуктов взаимодействия компонентов смеси с примесями (сульфиды, нитриды, оксиды). При добавке к смеси менее 0,3 мас. галлоидов их благоприятное воздействие практически не проявляется, а при содержании в составе смеси более 10 мас. резко возрастает гигроскопичность смеси и интенсивность дымообразования за счет испарения легкокипящих компонентов, таких, как NaCl, KCl, MgCl₂ и т. п.

Дополнительный ввод в состав ферросилиция одного или в сочетании таких химически активных по отношению к сере и кислороду элементов, как кальций, барий и РЗМ, способствует снижению расхода смеси на модифицирование при одновременном улучшении качества отливок и механических свойств высокопрочного чугуна, особенно при обработке чугуна, содержащего примесь элементов-деглобуляризаторов (Литовка В.И. Повышение качества высокопрочного чугуна. Киев: Наукова думка, 1987, с.208). При содержании указанных элементов в ферросилиции в суммарном количестве менее 0,3 мас. их действия практически не проявлется, а увеличение их содержания более 5 мас. нецелесообразно из-за отсутствия дальнейшего улучшения показателей обработки при росте стоимости ферросилиция, содержащего кальций, барий и РЗМ.

Для экспериментальной проверки заявляемого состава смеси были испытаны четыре состава смеси, соответствующих заявляемой, и смесь по прототипу. Смеси готовили механическим смешением компонентов в двухконусных безотвальных бегунах. В качестве смеси галлоидов металлов использовали смесь следующего состава, мас. MgCl₂ 5,0; NaCl 20,0; KCl 70,0; СаF₂ 5,0.

Ферросилиций, содержащий, мас. Si 50,0; РЗМ 0,9; Са 0,5, остальное железо, измельчали до размера 0,63-3,00 мм.

Гранулы магний-алюминий-кремний получали путем ввода в расплавленный магний при 750-800^оС силумина марки СИЛ-00 по ГОСТ 1521-76 и порошкообразного кремния, содержащего не менее 98 мас. с последующим диспергированием жидкого сплава в смеси с расплавом галлоидов вышеуказанного состава и охлаждением их на воздухе. Для приготовления смесей использовали гранулы размером 0,5-2,5 мм, отсеянных на ситах.

Обработку чугуна проводили путем внутриформенного модифицирования.

Исходный химический состав чугуна, мас. C 3,800-3,900 Si 1,700-1,900 Mn 0,320-0,400 Ni 0,100 Cu 0,100 Cr 0,080-0,100 Ti 0,010-0,016 S 0,012-0,015 P не > 0,060
Температура заливаемого в литейные формы чугуна 1400-1440^оС. Расход смеси 0,7-0,9% от веса жидкого металла. Пироэффект и выбросы чугуна из чаши во время заливки чугуна в литейные формы отсутствовали. Отливки после охлаждения извлекали из формы, осматривали литниковые системы с целью определения качества чугуна (по излому), а из верхней и нижней частей отливок вырезали образцы для исследования микроструктуры чугуна. При осмотре реакционных камер литейных форм в опытах N 1-4 не обнаружено нерастворившихся частиц модификатора, тогда как в опыте N 5 (по прототипу) на дне реакционной камеры присутствовал комок спеченной смеси, что свидетельствует о ее склонности к ошлаковыванию.

Результаты сравнительных испытаний смесей приведены в таблице.

Из представленных в таблице данных видно, что лучшие результаты получены при испытании предлагаемых смесей.

Использование: металлургия, в частности составы модифицирующих смесей для жидкого чугуна. Сущность: смесь содержит, мас. гранулы сплава магний-алюминий-кремний 6,0-25,0; хлориды и/или фториды щелочных и щелочноземельных металлов 0,2 10,0; ферросилиций остальное; хлориды и/или фториды щелочных и щелочноземельных металлов используются в виде оболочек, покрывающих границы сплава магний-алюминий-кремний; компоненты сплава магний-алюминий-кремний находятся в соотношении, мас. алюминий 5,0-25,0; кремний 0,5 15,0; магний остальное; ферросилиций может дополнительно содержать барий и/или кальций, и/или РЗМ при следующем соотношении компонентов, мас. кремний 45,0 75,0; барий и/или кальций, и/или РЗМ 0,3 5,0; железо остальное. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. СМЕСЬ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЧУГУНА, содержащая магнийсодержащие гранулы, галлоид металла и кремнесодержащий ферросплав, отличающаяся тем, что в качестве магнийсодержащих гранул она содержит гранулы сплава магний-алюминий-кремневого, а в качестве галлоидов металла хлориды и/или фториды щелочных и щелочноземельных металлов, а в качестве кремнийсодержащего ферросплава ферросилиций при следующем соотношении компонентов, мас.

Гранулы сплава магний-алюминий-кремний 6 25
Хлориды и/или фториды щелочных и щелочноземельных металлов 0,2 10,0
Ферросилиций Остальное
при этом хлориды и/или фториды щелочных и щелочноземельных металлов содержатся в виде оболочек, покрывающих гранулы сплава магний-алюминий-кремний, компоненты которого находятся в следующем соотношении, мас.

Алюминий 5 25
Кремний 0,5 15,0
Магний Остальное
2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что ферросилиций дополнительно содержит барий, и/или кальций, и/или РЗМ при следующем соотношении компонентов, мас.

Кремний 45 75
Барий, и/или кальций, и/или РЗМ 0,3 5,0
Железо Остальное