МОДИФИЦИРУЮЩАЯ СМЕСЬ Российский патент 1997 года по МПК C21C1/10 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к получению чугуна с шаровидным графитом.

Известно применение железо-кремний-магниевых лигатур с размером кусков 2 25 мм [1] Применение этих лигатур вызывает бурную реакцию, сопровождается сильным пирроэффектом и дымовыделением. Коэффициент использования магния не превышает 50
Известная модифицирующая смесь для получения чугуна с шаровидным графитом [2] Она содержит, мас.

Магний 5 9
Магнезит 10 50
Ферросилиций Остальное
Размеры частиц, составляющих смеси 0,05 1,0 мм.

Недостатки этой смеси следующие: наличие в смеси порошка магнезита не обеспечивает исключения образования карбидных включений в отливках из чугуна и их отбел, особенно в тонкостепенных отливках, что может служить причиной их брака. Кроме того, магнезит из-за высокой температуры плавления жидким чугуном не усваивается и поэтому является балластом в смеси и в процессе модифицирования полностью всплывает на поверхность жидкого металла, значительно увеличивая количество шлака и трудоемкость производства чугуна. Наличие же в модифицирующей смеси большого количества порошка ферросилиция приводит к увеличению содержания кремния в чугуне, что ограничивает применение в шихте чушковых чугунов с высоким содержанием кремния и может служить причиной брака отливок по образованию "черных пятен" из-за образования графитной спели.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является смесь для модифицирования чугуна [3] Она содержит, мас.

Гранулированный магний 5 15
Графит 2 5
Марганцевый шлак 16 20
Ферросилиций Остальное
Недостатки прототипа следующие: наличие в прототипе повышенного количества марганциевого шлака с основностью 1,6 2,1 вносит повышенное количество оксидов магния и кальция, что не обеспечивает исключения образования отбела в тонкостенных отливках и может служить причиной их брака. Кроме того, оксиды кальция и магния из-за высокой их температуры плавления не усваиваются жидким чугуном при модифицировании, что увеличивает количество шлака и трудоемкость процесса. Наличие в марганцевом шлаке повышенного количества оксидов марганца и железа (их соединение в нем составляет 20 30 см. "Свойства стали Г13Л и современная технология ее выплавки в электропечах". М. ВПКТИСтройдормаш. 1958, с. 12 13, 17, 74) наряду с отсутствием оптимального гранулометрического состава смеси будут вызывать бурную реакцию магния при модифицировании, сопровождающуюся сильным эффектом, дымовыделением и выбросом жидкого металла из ковша, что резко ухудшает технику безопасности и санитарно-гигиенические условия процесса модифицирования и приводит к повышенному загрязнению внешней среды, а также резко снижает коэффициент брака отливок по недомодифицированию. Повышенное содержание в прототипе ферросилиция ФС 75 приводит к увеличению содержания кремния в чугуне, что ограничивает применение в шихте чушковых чугунов с повышенным содержанием кремния и может служить причиной брака отливок по "черным пятнам" из-за образования графитной спели.

Пониженное содержание в прототипе графита не способствует замедлению реакции между магнием и расплавом чугуна, в силу чего процесс модифицирования будет проходить с пироэффектом и дымовыделением.

Применение в прототипе гранулированного магния, имеющего размеры частиц более 0,5 мм (ТУ 48-10-51-78), не обеспечивает равномерного распределения его в смеси при ее перемешивании, что приводит к пироэффекту и повышенному дымовыделению при модифицировании и повышенному расходу магния в смеси.

Выбор в прототипе марганцевого шлака в качестве перлитизатора металлической основы чугуна не даст нужного эффекта. При заявленном в прототипе количестве марганцевого шлака (16 20), содержании в нем оксида марганца (15 25 ), возможном коэффициенте восстановления жидким чугуном марганца из его оксида при модифицировании (10 20) содержание марганца в чугуне может повышаться не более, чем на 0,1 что не оказывает существенного влияния на его структуру.

Задачей изобретения является обеспечение стабильного получения чугуна с шаровидным графитом без образования отбела в отливках и снижение трудоемкости их производства, а также устранение пироэффекта и дымовыделения при модифицировании.

Указанная задача решается применением модифицирующей смеси, содержащей порошок магния фракцией 0,05 0,145 мм и порошка ферромарганца и графита фракцией 0,05 1,00 мм при следующем соотношении компонентов, мас.

Порошок магния 5,0 9,0
Порошок графита 5,5 11,0
Порошок ферромарганца Остальное.

Применение в составе модифицирующей смеси порошка магния с размерами частиц 0,05 0,145 мм позволяет получить структуру чугуна с шаровидным графитом и тем самым обеспечивает высокие свойства отливок. Это достигается тем, что при указанных размерах частиц порошка магния обеспечивается равномерное распределение их в смеси при ее перемешивании в процессе приготовления. Это обеспечивает замедление реакции между чугуном и магнием, исключающим пироэффект и дымовыделение и повышающим коэффициент усвоения магния из смеси.

Снижение содержания порошка магния в смеси менее 5 не обеспечивает полного получения структуры чугуна с шаровидным графитом, наряду с шаровидным графитом в структуре чугуна появляется вермикулярный графит, что снижает свойство отливок.

Увеличение содержания порошка магния в смеси более 9 приводит к повышенной склонности чугуна к отбелу, что может служить причиной брака отливок и к появлению в структуре чугуна вермикулярного графита в силу его перемодифицирования, что снижает свойства отливок. Кроме того, при модифицировании начинает появляться пироэффект и дымовыделение.

Применение в составе модифицирующей смеси порошкового графита с размерами частиц 0,05 1,0 мм позволяет снизить карбидообразующее и усиливает перлитно-образующее влияние порошкообразного ферромарганца, что обеспечивает получение перлитной структуры чугуна в литом состоянии без отбела даже в тонких сечениях отливок. В то же время графит служит замедлителем реакции между магнием и расплавом чугуна, в силу чего процесс модифицирования происходит спокойно, без пироэффекта, дымовыделения и выбросов металла. Применение графита с указанным размером частиц обеспечивает также однородность получаемой механической смеси и равномерное распределение магния при перемешивании. Снижение содержания порошка графита в смеси менее 5,5 не дает требуемого подавления реакции, в силу чего процесс модифицирования происходит с пироэффектом и дымовыделением и характеризуется низким усвоением магния, что может служить причиной брака отливок по недомодифицированию. Увеличение содержания порошка графита в смеси более 11 приводит к сильному замедлению реакции. Реакция идет настолько медленно, что усвоенный магний из верхних слоев смеси успевает выгореть из расплава за тот период времени, пока усваивается магний из нижних слоев смеси. Это приводит к низкому общему усвоению магния и соответственно к недомодифицированию чугуна, что ведет к снижению свойств отливок.

Применение в составе модифицирующей смеси порошка ферромарганца с размерами частиц 0,05 1,0 мм позволяет получать перлитную структуру металлической основы чугуна, что повышает свойства отливок, т. к. марганец в нем содержится не в связанном состоянии.

Кроме того, применение порошка ферромарганца в смеси позволяет применять для выплавки чугуна материалы с повышенным содержанием кремния. Содержание порошка ферромарганца в смеси определяется принятым содержанием в ней порошка магния и порошка графита. Применение указанных компонентов с указанным размером их частиц в составе модифицирующей смеси обеспечивает равномерное распределение порошка магния при перемешивании и тем самым хорошее модифицирование расплава, исключающее образование пироэффекта и дымовыделение и уменьшает содержание шлака при модифицировании.

Для экспериментальной проверки свойства предложенной модифицированной смеси были подготовлены шесть смесей, с помощью которых модифицировали расплав чугуна. Температура модифицирования чугуна поддерживалась 1450^oC. Масса обрабатываемого расплава в каждом случае составляла 130 кг, расход смеси определяли из расчета введения в расплав 0,07 магния. От каждой плавки заливали стандартные образцы для проведения механических испытаний чугуна с шаровидным графитом по ГОСТ 7293-85 и металлографического анализа по ГОСТ 3443-87, а также контрольные отливки с толщиной стенки 8 мм. Данные экспериментальной проверки приведены в таблице. Из таблицы видно, что во всех вариантах с использованием предложенной смеси (варианты 1, 2, 3) обеспечивались полностью шаровидная форма графита в чугуне и 100-ное содержание перлита в его структуре, а также отсутствие в ней цементита, что исключало отбел отливки с толщиной стенки 8 мм, шлака образовывалось мало и он был легкоудаляемый, пироэффект и дымовыделение отсутствовали.

В вариантах 4 и 5 с использованием смеси с запредельным содержанием компонентов и запредельной их фракционностью полностью не обеспечивалась шаровидная форма графита, наряду с ней в структуре чугуна появляется вертикальный графит ВГФ2, ВГФ3. Кроме того, появлялся цементит в структуре чугуна, что в целом снижало его свойства и приводило к отбелу отливки с толщиной стенки 8 мм. При модифицировании чугуна появлялись пироэффект и дымовыделение.

При использовании смеси по прототипу (вариант 6) появлялся значительный отбел отливки с толщиной стенки 8 мм, кроме того, шлака образовывалось много и он был трудноудаляемым, а в структуре чугуна наряду с перлитом появлялся и феррит.

Предлагаемая модифицирующая смесь готова к внедрению. Ее можно использовать как при выплавке чугуна в электропечах, так и в вагранках. При ее использовании снижается трудоемкость модифицирования чугуна и тем самым снижается стоимость отливок, а также обеспечивается стабильное получение шаровидного графита и перлита в структуре чугуна, что обеспечивает повышенные свойства отливок. Кроме того, ее использование не приводит к ухудшению экологической обстановки и техники безопасности, т. к. модифицирование ею чугуна не приводит к пироэффекту, дымовыделению и выбросам жидкого металла из ковша.

Использование: в литейном производстве, в частности при получении чугуна с шаровидным графитом. Сущность: модифицирующая смесь содержит, мас. %: порошок магния 5,0 - 9,0; порошок графита 5,5 - 11,0; порошок ферромарганца - остальное. 1 табл.

Модифицирующая смесь, содержащая порошки магния, графита и марганецсодержащего реагента, отличающаяся тем, что в качестве марганецсодержащего реагента она содержит ферромарганец, при этом она содержит порошок магния с размером частиц 0,05 0,145 мм, а порошки графита и ферромарганца с размером частиц 0,05 1,00 мм при следующем соотношении компонентов:
Порошок магния 5 9
Порошок графита 5 11
Порошок ферромарганца Остальноео