СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ЧУГУНА Российский патент 1997 года по МПК C21C1/00 

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству отливок из низкокремнистого серого чугуна эвтектического состава.

Известен способ модифицирования чугуна алюминием [1] который вводят на желоб плавильного агрегата или на дно разливочного ковша.

Недостаток такого способа модифицирования в том, что процесс сопровождается пироэффектом, высоким угаром алюминия и выделением в окружающую среду токсичных соединений оксидов алюминия. Кроме того, заметно ошлаковывается носок разливочного ковша, что ухудшает условия разливки, а в чугуне увеличивается количество оксидных плен, снижающих свойства чугуна.

Известен модификатор чугуна на основе алюминия, включающий кремний и железо [2] при следующих весовых отношениях компонентов, мас.

Кремний 10-16
Железо 5-9
Алюминий Остальное
Этот модификатор позволяет снизить пироэффект и угар алюминия, ошлаковывание разливочного ковша, обеспечить достаточно высокие механические свойства чугуна после модифицирования.

Однако отечественная промышленность не выпускает этот модификатор централизованно. Приходится выплавлять и перерабатывать его во фракции необходимого размера индивидуально на каждом предприятии, применяющем его, что усложняет получение и повышает стоимость модификатора и модифицированного чугуна. Кроме того, железо в нем попутный элемент при получении модификатора (сплавление алюминия с ферросилицием) и служит балластом при модифицировании, так как не является графитизатором, повышает температуру плавления модификатора, что ухудшает усвояемость последнего, увеличивает склонность к отбелу тонкостенных отливок, снижает температуру чугуна после модифицирования, вызывая необходимость в большем перегреве чугуна перед вводом модификатора. Поэтому обработка чугуна упомянутым модификатором почти не применяется.

Техническим результатом, достигаемым изобретением, является снижение стоимости и упрощение подготовки модификатора, уменьшение склонности чугуна к отбелу при сохранении его механических и литейных свойств.

Указанный технический результат достигается тем, что для снижения стоимости модификатора и уменьшения его расхода при сохранении хороших механических и литейных свойств чугуна в качестве графитизирующего модификатора предлагается использовать сплав алюминия с кремнием АК12ч в виде гранул, выплавляемый на отечественных заводах и применяемый в качестве шихты для выплавки алюминиевых сплавов отливок.

Отличительной особенностью изобретения является то, что модификатор можно получать в любом количестве и фракциями любого размера при выплавке сплава АК12ч на металлургических заводах, выпуская из плавильной печи раздробленную сжатым воздухом струю металла в ванну с водой. Регулируя толщину струи металла и давление сжатого воздуха, можно получать фракции модификатора различных размеров, а последующим рассеиванием на ситах модификатор с необходимыми размерами фракций для модифицирования в ковшах различной емкости.

Сопоставительный анализ с действующим модификатором показывает, что заявляемый объект отличается от него рядом особенностей, а именно тем, что он содержит два компонента (в модификаторе-прототипе три компонента), благодаря чему в нем более высокое содержание алюминия, и он изготовляется централизованно на отечественных металлургических заводах, имеющих возможность выпускать его в гранулах.

Указанные особенности позволяют снизить стоимость и упростить изготовление модификатора, уменьшить склонность чугуна к отбелу при сохранении хороших механических и литейных свойств чугуна.

Модифицирование осуществляют следующим образом. При получении модифицированного низкокремнистого чугуна эвтектического состава по предлагаемому способу в шамотной вагранке производительностью 3 т/ч с копильником выплавляли чугун, для которого в качестве шихты использовали чугун передельный П1, П2 ГОСТ 805-80, лом чугунный 17А и стальной 1а ГОСТ 2787-86, ферромарганец ФMn70 ГОСТ 4755-80. Для получения необходимого химического состава чугуна в каждом опыте в копильнике собирали металл трех завалок (около 1,5 т), делали коксовую пересыпку, чтобы отделить опытный чугун от металла последующих завалок, и выпускали из копильника чугун, имеющий температуру 1320-1340^oC в футерованный шамотом ковш емкостью 500 кг, на дно которого предварительно подавали необходимое количество модификатора, подогретого до 100-150^oC и содержащего, мас.

Кремний 12,42;
Алюминий Остальное
После модифицирования чугун выдерживали в закрытом крышкой ковше 50-60с при 1305-1330^oC, заливали в песчаные формы опытные отливки и образцы для испытаний. Предлагаемый способ модифицирования отличается от прототипа отсутствием в модификаторе железа, упрощением приготовления самого модификатора в виде гранул и содержанием в нем только двух компонентов и таким образом соответствует критерию "новизна".

Для модифицирования чугуна опытных плавок модификатор (состав мас. кремний 12,42; алюминий остальное) получали механической обработкой чушек сплава АК 12ч и последующим дроблением полученной стружки на фракции 5-20 мм.

Для сравнения чугун того же состава модифицировали прототипом состава, мас.

Кремний 13,45
Железо 6,27
Алюминий Остальное.

Химический состав и свойства чугуна опытных плавок приведены в таблице. Серия 1 чугун, модифицированный модификатором прототипом. Серия 2 чугун, модифицированный сплавом АК 12ч. Чугун разных серий, но одинаковых номеров опытов получали из одной и той же плавки.

Как следует из таблицы, чугун, модифицированный сплавом АК12ч, не уступает по свойствам чугуну, обработанному модификатором прототипом, при содержании кремния менее 0,6% Несмотря на то, что сплав АК 12ч вводили в чугун в меньшем количестве, содержание алюминия в серии 2 примерно такое же, как и в серии 1, что объясняется несколько большим содержанием алюминия в сплаве АК 12ч, а также повышением извлечением алюминия в чугун благодаря снижению температуры плавлением модификатора.

Ориентировочный экономический эффект на 1 т чугуна при модифицировании сплавом АК 12ч (цена взята по данным Челябинского завода "Ремстройдормаш" на сентябрь 1992 года) по сравнению с модифицированием модификатором прототипом составляет:
4,5•22,0 3,0•11,0 66 руб.

где 4,5 и 3,0 расход соответственно модификатора прототипа и сплава
АК 12ч, кг/т;
22 и 11 цена 1 кг соответственно модификатора-прототипа и сплава АК 12ч, руб.

Получение последующих 10 опытных плавок низкокремнистого эвтектического чугуна, модифицированного сплавом АК 12ч, содержащим кремний в пределах 10,2
12,93% показало, что свойства чугуна получались на том же уровне.

Таким образом, применение сплава АК 12ч в качестве модификатора низкокремнистого эвтектического чугуна позволяет значительно повысить экономическую эффективность модифицирования за счет снижения себестоимости модификатора и уменьшения его расхода при модифицировании при сохранении его механических и литейных свойств.

Использование: металлургия, в частности при производстве отливок из низкокремнистого серого чугуна эвтектического состава. Сущность: на дно ковша перед выпуском чугуна вводят сплав алюминия с кремнием АК 12ч в виде гранул. 1 табл.

Способ модифицирования чугуна, включающий ввод на дно ковша перед выпуском чугуна сплава алюминия с кремнием, отличающийся тем, что в качестве сплава алюминия с кремнием используют сплав АК 12ч в виде гранул.