МОДИФИКАТОР ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЧУГУНА Российский патент 1996 года по МПК C21C1/00 C22C35/00 B22D27/20 

Изобретение относится к металлургии, в частности к ковшевому или внутриформенному модифицированию чугуна, и может быть использовано в литейном производстве.

Известно применение в качестве модификатора, дисперсных тугоплавких соединений [1, 2]
Основными недостатками их применения являются плохое смачивание частиц расплавом, быстрое окисление модификатора, низкая модифицирующая способность.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является модификатор [3] содержащий, мас.

Порошок титана 25 35
Порошок алюминия 25 35
Порошок никеля 25 30
Порошок карбида кремния Остальное
Недостатком данного модификатора являются невысокие защитные функции титана и алюминия как протекторов, предохраняющих частицы ультрадисперсного порошка (УДП) карбида кремния от коагуляции окисления, снижающих потенциальную модифицирующую способность тонкодисперсных частиц карбида кремния. УДП с размером частиц менее 1,0 мкм обладают большой адсорбирующей способностью. Известно, что даже при спекании спрессованных из УДП брикетов в вакууме не удается избежать окисления частиц модификатора, что резко ухудшается смачивание их расплавом и соответственно снижает эффективность модифицирования.

Другим недостатком известного модификатора является невозможность обрабатывать им ваграночный чугун, температура выпуска которого, как правило, ниже 1350^o, в то время как ваграночный чугун широко применяется в настоящее время в литейном производстве.

В основу настоящего изобретения поставлена задача снижения расхода модификатора и температуры усвоения его расплавом, а также повышения усталостной прочности чугуна путем применения плакированного смесью твердых углеводов, например, парафином, ультрадисперсного порошка карбида кремния плазмохимического синтеза с размером частиц 0,1-1,0 мкм. Плакирование частиц карбида кремния твердыми углеводородами метанового ряда осуществляется непосредственно в высокочастотной установке получения УДП после плазмохимического синтеза при оседании частиц в смеси с расплавленным парафином в инертной среде. Плакированные частицы карбида кремния лучше усваиваются расплавом, меньше расход модификатора и ниже температура его усвоения не только за счет устранения окисленности, но также за счет улучшения тепломассообмена способствует барботаж микрообъемов расплава, создаваемый продуктами разложения парафинового слоя УДП. Поскольку при использовании предлагаемого модификатора исключается насыщение его влагой и кислородом нет необходимости нагревать модификатор особенно перед обработкой больших, масс чугуна.

Частицы карбида кремния плазмохимического происхождения обладают способностью после усвоения их расплавом и достижения ими в расплаве критического размера замедлять растворение в дальнейшем и в таком виде существовать определенное время (Бакли Г. Рост кристаллов.-М. "Иностранная литература, 1954, с. 33). Cледовательно, при введении предлагаемого модификатора в расплаве образуется громадное количество микрообъемов металла с зародышами критического размера, что облегчает графитизацию чугуна и препятствует образование твердых высокоуглеродистых фаз (цементита).

Предложенный модификатор опробовали при обработке серого чугуна: 3,1-3,3% C; 1,8-2,0% Si; 0,4-0,5% Mn; 0,03 0,04% S; 0,1-0,2% P; 0,1-0,2% Cr. Использован плакированный карбид кремния плазмохимического происхождения с размером частиц 0,05-1,5 мкм (500-15000 ) производства СКТБ ИНХ АН Латвии (г. Рига) и ИНХП АН России (г. Черноголовка Московской области). Исходный чугун выплавляли в индукционной печи, разливали в ковши, на дно которых были уложены пакеты с модификатором в количестве 0,01-0,1% от массы обрабатываемого металла. Из модифицированного чугуна заливали стандартные технологические пробы для исследования структуры и механических свойств чугуна. Число центров кристаллизации графита определяли путем подсчета количества аустенитно-графитных зерен в 1 см² поверхности травленного микрошлифа (Справочник по чугунному литью. /Под ред. Н.Г. Гиршовича -М. Металлургиздат, 1971). Результаты экспериментов обработке чугуна УДП модификатором различной фракции и различного расхода приведены в таблице.

Из таблицы видно, что оптимальные результаты получены при фракционном составе модификатора в пределах 0,1-1,0 мкм (составы NN 3-5).

При размерах частиц карбида кремния менее 0,1 мкм часть их, имея диаметр меньше критического размера, растворяется в чугуне, не образуя центров кристаллизации графита и число последних падает (состав N 2). Кроме того, нижний (минимальный) размер фракции ограничен возможностями способа ее получения и снижением производительности установки. Уменьшается число центров кристаллизации графита и с увеличением фракции SiC более 1,0 мкм. Графитные включения огрубляются и в обеих случаях падает усталостная прочность.

Применение плакированного УДП карбида кремния значительно снижает температуру усвоения модификатора (с 1380^oC до 1290-1300^oC), что позволяет обрабатывать ваграночный чугун.

Полученные высокие усталостной прочности результаты достигаются при более низком расходе модификатора (0,01-0,1% против 0,2% у известного).

Таким образом, обработанный предлагаемым модификатором серый чугун по сравнению с чугуном, обработанным известным модификатором, имеет более низкую температуру усвоения и более высокую (в 1,6 раза) усталостную прочность при меньшем расходе модификатора.

Обработка предложенным модификатором выплавленного чугуна позволяет внепечным способом переводить его в более высокую марку, а также повысить эксплуатационные показатели отлитого металлургического и машиностроительного оборудования (прокатные валки, штампы, изложницы, станины и т.д.), что даст значительный экономический эффект.

Использование: металлургия, в частности в ковшевом или внутриформенном модифицировании чугуна. Сущность изобретения: модификатор содержит дисперсный порошок карбида кремния, полученный плазмохимическим синтезом и плакированный смесью твердых углеводородов метанового ряда, преимущественно парафином. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Модификатор для обработки чугуна, содержащий дисперсный порошок карбида кремния, отличающийся тем, что он содержит дисперсный порошок карбида кремния, полученный плазмохимическим синтезом, плакированный твердыми углеводородами метанового ряда. 2. Модификатор по п.1, отличающийся тем, что он содержит дисперсный порошок карбида кремния, полученный плазмохимическим синтезом, плакированный парафином.