МОДИФИКАТОР ДЛЯ СФЕРОИДИЗИРУЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ЧУГУНА Российский патент 1996 года по МПК C21C1/10 C22C33/10 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к ковшевому и внутриформенному модифицированию чугуна, и может быть использовано в литейных цехах при производстве высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.

Известно применение в качестве модификатора для получения чугуна с шаровидным графитом порошкообразных модифицирующих добавок (авт. св. 986931, 1027261, 1320253, 1792999 все С 22 С 35/00; Литовка В.И. Повышение качества высокопрочного чугуна в отливках. Киев: Наукова думка, 1987).

Основными недостатками их применения являются быстрое окисление модификатора, низкое усвоение магния.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является модифицирующая смесь (авт. св. 609769, С 21 С 1/00, 1978), содержащая, мас.

Силикокальций 8 43
Нитрид магния 10 80
Хлористый магний 5 40
Металлический магний 1 5
Окись магния Остальное
Недостатком данной модифицирующей смеси является ее высокий расход для получения чугуна с шаровидным графитом (1 2,5 от массы жидкого чугуна) вследствие быстрой окисляемости основного компонента (10 80 мас.) смеси - нитрида магния и его угара при модифицировании (Горшков А.А. и др. Справочник по изготовлению отливок из высокопрочного чугуна. М.-К: Гостехиздат, 1961), а также коагуляции в процессе хранения и транспортировки. Кроме того, отсутствие графитизирующих компонентов приводит к низкой прочности модифицированного чугуна.

Цель изобретения снижение расхода модификатора, улучшения стабильности процесса модифицирования и санитарно-гигиенических условий труда, а также повышение прочности чугуна. Цель достигается тем, что разработанный модификатор содержит ультрадисперсные порошки магния, нитрида магния и силицида магния плазмохимического синтеза с размером частиц 0,1 1,0 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.

Нитрид магния 3 15
Магний 5 20
Силицид магния Остальное
Кроме того, ультрадисперсные компоненты модификатора плакируются смесью твердых углеводородов, преимущественно парафином.

Плакирование осуществляется после плазмохимического синтеза непосредственно в установке для получения модификатора. Плакированные частицы модификатора не насыщаются влагой, при необходимости легко прессуются в брикеты, хорошо усваиваются расплавом, что улучшает стабильность процесса модифицирования и санитарно-гигиенические условия труда, не требуя затрат на экологические мероприятия. Поскольку при использовании предлагаемого модификатора исключается насыщение его влагой и кислородом нет необходимости сушить и нагревать его особенно перед обработкой больших масс чугуна, например, в вальцелитейном производстве.

При введении модификатора в расплав образуется громадное количество микрообъемов металла с зародышами критического размера. В расплаве уже свыше 1200^oC силицид и нитрид магния разлагаются:

Выделяющийся в атомарном состоянии магний совместно с ультрадисперсным металлическим магнием способствует образованию шаровидного графита. Усиливает это действие, способствуя формированию мелкодисперсной матрицы, образующей в микрообъемах атомарный кремний, который препятствует образованию высокоуглеродистых хрупких фаз (цемента, карбидов), повышая прочность чугуна. Диффузионные процессы при этом значительно сокращаются, эффективность модифицирования резко увеличивается.

Предложенный модификатор прошел промышленное опробование на Кувшинском заводе прокатных валков Свердловской области при сфероидизирующей обработке валкового чугуна следующего состава C 3,47; Si 2,12; Mn 0,45; P 0,30; S 0,04; Cr 0,20; Ni 0,25. Использовали УДП-модификатор плазмохимического происхождения с размером частиц 0,05 1,5 мкм (), полученный из отходов кремнийполимерных и титаномагниевых производств.

Исходный чугун выплавляли в индукционной печи, разливали в ковши, на дно которых были уложены пакеты с модификатором в количестве от 0,1 до 0,3 от массы обрабатываемого чугуна. Из чугуна заливали стандартные технологические пробы для исследования структуры и механических свойств. Число центов кристаллизации графита определяли путем подсчета количества аустенито-графитовых зерен в 1 см² поверхности травленного микрошлифа (Справочник по чугунному литью. / под ред. Гиршовича Н.Г. М. Металлургиздат, 1971). Результаты экспериментов по 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 8 10).

При размерах частиц модификатора менее 0,1 мкм часть их, имея диаметр меньше критического, растворяются в чугуне, не образуя центров кристаллизации, число последних падает /состав 7/. Кроме того, нижний (минимальный) размер фракции ограничен возможностями способа ее получения и снижением производительности установки. Уменьшается число центров кристаллизации графита и с увеличением фракции более 1,0 мкм (состав 11), графитные включения укрупняются и в обеих случаях падают прочностные свойства чугуна.

Из таблицы видно, что при снижении количества магния менее 5 нитрида магния менее 3 и расхода модификатора менее 0,15 (состав 2) число центров кристаллизации графита и прочность чугуна падает, графитные включения становятся нешаровидной формы. И наоборот, при увеличении магния свыше 20 и нитрида магния свыше 15 и расхода модификатора более 0,25 процесс становится бурным и наблюдаются выбросы. Кроме того, при этом увеличивается угар нитрида магния и его эффективность уменьшается.

Полученные высокие значения прочностных свойств чугуна при УДП-модифицировании достигаются при значительно более низкое расходе модификатора (0,15 0,25 против 1,0 у известного).

Таким образом, обработка чугуна модификатором по сравнению с обработкой известным составом позволяет при более низком расходе повысить стабильность процесса, улучшить санитарно-гигиенические условия и получить более высокие прочностные свойства чугуна, что даст значительный экономический эффект.

Использование: литейное производство, в частности ковшевое и внутриформенное модифицирование в литейных цехах при производстве высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Сущность изобретения: модификатор содержит порошки магния, нитрида магния и силицида магния с размером частиц 0,1 - 1,0 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%: нитрид магния - 3^oC15; магний - 5^oC20; силицид магния остальное; дисперсные компоненты модификатора плакированы парафином. 2 з.п.ф-лы.

1. Модификатор для сфероидизирующей обработки чугуна, содержащий нитрид магния и магний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит силицид магния при следующем соотношении компонентов, мас.

Нитрид магния 3 15
Магний 5 20
Силицид магния Остальное
2. Модификатор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве его компонентов он содержит дисперсные порошки с размером частиц 0,1 1,0 мкм.