СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА Российский патент 1996 года по МПК C21C1/10 B22D27/20 

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.

Известны способы обработки чугуна порошкообразными или гранулированными модифицирующими добавками (авт. св. N 928800, С 21 С 1/00; 1106154, С 21 С 1/00; Литовка В.И. Повышение качества высокопрочного чугуна в отливках Киев: Наукова думка, 1987).

При известных способах ввода модификаторов в жидкий металл усвоение магния низкое вследствие его частичного сгорания и, следовательно, повышенного расхода модификатора на процесс, окисления при перевозках и хранении, значительного пироэффекта при вводе магния или магнийсодержащей лигатуры, выбросы жидкого металла и дымовыделения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является способ получения чугуна с шаровидным графитом (авт. св. 908513, В 22 D 27/20, БИ. N 8, 1982), заключающийся в том, что магнийсодержащий материал, преимущественно чистый магний, вводят в литейную форму, в виде гранул, а кремнийсодержащий материал, преимущественно ферросилиций используют зернистостью 0,5 2,0 мм при соотношении магния и кремния в модифицирующей смеси 0,16 0,20.

Недостатком данного способа получения чугуна с шаровидным графитом является то, что этот способ модифицирования в литейной форме не дает положительных результатов по степени сфероидизации графита в структуре чугуна при повышенных скоростях заливки его в литейную форму. При содержании серы в исходном чугуне более 0,03 форма графита получается смешанная. Кроме того, нельзя обрабатывать чугун с температурой заливки менее 1250^oC. Таким образом применение этой смеси снижает производительность процесса модифицирования, требует повышенного расхода модифицирующей смеси, повышенной температуры чугуна и его сравнительной чистоты по вредным примесям.

Цель изобретения повышение стабильности результатов модифицирования и прочности получаемого чугуна, а также улучшение санитарно-гигиенических условий труда. Указанная цель достигается тем, что магний- и кремнийсодержащие материалы вводят в жидкий чугун в виде ультрадисперсных порошков (УДП) преимущественно силицида магния и карбида кремния с размером частиц 0,01 1,0 мкм и соотношением 1:(1 3). Ультрадисперсные компоненты плакируются смесью твердых углеводородов, преимущественно парафином.

Плакирование осуществляется после плазмохимического синтеза непосредственно в установке для получения ультрадисперсных порошков. Плакированные частицы порошков не насыщаются влагой, при необходимости легко прессуются в брикеты, хорошо усваиваются расплавом, что улучшает стабильность процесса и санитарно-гигиенические условия труда, не требуя затрат на экологические мероприятия.

При введении ультрадисперсных порошков силицида магния и карбида кремния образуется громадное количество микрообъемов металла с зародышами критического размера. В расплаве уже свыше 1200^oC силицид магния разлагается:
Mg₂Si __→ 2Mg+Si
Выделяющийся в атомарном состоянии магний способствует образованию шаровидного графита. Усиливает это действие, способствуя формированию мелкодисперсной матрицы, образующийся в микрообъемах атомарный кремний, который совместно с углеродом препятствует образованию высокоуглеродистых хрупких фаз (цементита, карбидов), значительно повышая прочность чугуна.

Заявляемый способ прошел опробование на Кушвинском заводе прокатных валков Свердловской области при обработке чугуна следующего состава C 3,58; Si 2,35; Mn 0,58; P 0,25; S 0,05; Cr 0,20 и Ni 0,21. Использовали УДП силицида магния и карбида кремния, полученный на установках плазмохимического синтеза из отходов кремнийполимерных и титаномагниевых производств.

Исходный чугун выплавляли в индукционной печи ИЧТ-6, разливали в ковши, на дно которых были уложены пакеты с силицидом магния в количестве 0,03 от массы обрабатываемого чугуна. Карбид кремния давали в литейную форму в брикетированном и в пакетированном виде. Стабильность результатов модифицирования оценивали путем подсчета дисперсии (σ²) значений прочности по результатам 10 испытаний по следующей формуле:

где σ_i значение предела прочности по результатам испытания;
среднеарифметическое значение предела прочности по результатам 10 испытаний.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Из таблицы видно, что оптимальные результаты получены при соотношении силицида магния и карбида кремния 1:(1 3). При меньшем количестве карбида кремния увеличивается количество твердых высокоуглеродистых фаз, а при большем повышается разряженность перлита матрицы и появляется ферритная кайма (анормальность перлита).

Фракционный состав ультрадисперсных порошков должен быть в пределах 0,01 1,0 мкм. При меньшем размере частиц снижается производительность установки, а при большем ухудшается усвоение модификатора и наблюдаются выбросы.

Таким образом, заявленный способ получения чугуна по сравнению с известным позволяет повышать стабильность результатов модифицирования (в 4 6 раз), предел прочности при изгибе (в 1,5 1,7 раза) и улучшать санитарно-гигиенические условия труда, что дает значительный экономический эффект.

Использование: литейное производство, в частности ковшовое и внутриформенное модифицирование в литейных цехах при производстве высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Сущность изобретения: способ включает обработку расплава порошками силицида магния и карбида. Порошки плакируют парафином. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения чугуна с шаровидным графитом, включающий обработку расплава магний- и кремнийсодержащими материалами, отличающийся тем, что обработку расплава осуществляют порошками силицида магния и карбида кремния с размером частиц 0,01 1,00 мкм и соотношением 1 (1 3). 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что порошки плакируют парафином.