СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГРАФИТИЗИРОВАННОГО ПЕРЕДЕЛЬНОГО ЧУГУНА ЛИТЕЙНОГО КЛАССА Российский патент 1997 года по МПК C21C1/10 

Изобретение относится к области металлургии может быть использовано при модифицировании доменного передельного чугуна, предназначенного для переплавки в чугунолитейных цехах при производстве отливок.

Известен способ производства модифицированного передельного чугуна путем ввода дробленного ферросилиция в жидкий чугун на желобе при выпуске из доменной печи (см. Мишин П.П. Кошелев С.П. и др. Производство высококачественных чугунов для машиностроения. М. Металлургия, 1988, 40 с.).

Однако этот способ малоэффективен и не обеспечивает сохранение модифицирующего эффекта в чушковом чугуне и при последующем повторном переплаве. В данном случае при повторном переплаве чугун ведет себя аналогично обычному доменному передельному чугуну, сохраняя его наследственные свойства, по этой причине данный способ получил широкое применение на практике только для легирования чугуна кремнием, т.е. для получения синтетического литейного чугуна.

Известен способ производства графитизированного передельного чугуна литейного класса путем ввода в жидкий чугун в ковше малых количеств графитизатора (ферросилиция) непосредственно перед разливкой чугуна в чушки (см. "Литейное производство", 1994 г. N 5, с. 6.8).

В результате реализации данного способа обработки чугуна ("позднее" модифицирование) повышается его склонность к графитизации, ликвидируется отбел, уменьшается междендритная ориентация графитовых включения, измельчается эвтектическое зерно. Новые "наследственные" признаки, приобретенные чугуном в результате "Позднего" модифицирования, сохраняются при вторичных переплавах. Все это в конечном итоге обеспечивает улучшение механических и технологических свойств готовых отливок.

Данный способ принят нами в качестве прототипа.

По известному способу в качестве графитизатора используют 75% ферросилиций, который вводят в ковш с чугуном в виде порошковой проволоки. При этом 70% от общего расхода ферросилиция вводят в ковш перед началом разливки в чушки, а оставшуюся часть после разливки 50% чугуна.

По известному способу в соответствии с ВТИ-231-Д-93 Макеевского меткомбината расход графитизатора (75% ферросилиция) на обработку чугуна рассчитывают по формуле
L K•M
где
L количество метров проволоки с 75% ферросилицием;
K постоянный коэффициент, равный 12;
M масса чугуна в ковше.

Как следует из приведенного соотношения удельный расход ферросилиция на обработку по известному способу устанавливают постоянным и не корректируют в зависимости от фактического химического состава обрабатываемого чугуна.

Обработка чугуна различного химического состава (в первую очередь с различным содержанием Mn и Si) с постоянным расходом ферросилиция является существенным недостатком известного способа. При наблюдающихся на практике колебаниях химического состава передельного чугуна по содержанию Si и Mn постоянный расход ферросилиция не обеспечивает стабильных значений механических свойств и макроструктуры (в частности, формы и характера распределения графита) чугуна после графитизирующей обработки.

Это снижает эффективность известного способа модифицирования доменного передельного чугуна графитизирующими реагентами.

Целью настоящего изобретения является улучшение однородности макроструктуры и обеспечение стабильных и более высоких механических свойств графитизированного передельного чугуна.

Поставленная цель достигается тем, что по известному способу производства графитизированного передельного чугуна литейного класса, включающему ввод в жидкий чугун ферросилиция перед и в процессе разливки в чушки, удельный расход ферросилиция на тонну чугуна устанавливают в зависимости от содержания кремния и марганца в чугуне из соотношения

где
K_FeSi удельный расход ферросилиция, кг/т чугуна;
a содержание кремния в ферросилиции,
Mn, Si соответственно содержание марганца и кремния в чугуне перед обработкой, при этом (55.66)% от общего расхода ферросилиция вводят в чугун перед началом разливки, а оставшуюся часть после разливки (40.50)% чугуна, заканчивая за (10.15) минут до окончания разливки.

Улучшение однородности макроструктуры и обеспечение стабильных и более высоких механических свойств графитизированного передельного чугуна по предлагаемому способу достигается за счет дифференцированного удельного расхода модификатора на обработку в зависимости от содержания карбидообразующего элемента марганца и элемента графитизатора кремния в чугуне перед обработкой, а также за счет оптимального расхода графитизирующего модификатора на обработку до начала и в процессе разливки чугуна в чушки.

Для отработки оптимальных параметров способа проводили специальные эксперименты на установке внепечной обработки чугуна.

Обработке подвергали доменный передельный чугун с содержанием марганца (0,27.0,60) и кремния (0,6.0,9)% при температуре (1340.1380)^oC.

Обработку проводили в чугуновозных ковшах, масса чугуна в ковше составляла (72.80) т. В качестве графитизирующего модификатора использовали ферросилиций марки ФС75.

Для сохранения модифицирующего эффекта обработку чугуна производили непосредственно на разливочной машине перед и в процессе разливки чугуна в чушки.

Ферросилиций вводили в чугун в виде порошковой проволоки посредством трайб-аппарата.

Удельный расход ферросилиция на обработку изменяли в пределах (1,7.2,6) кг/т чугуна в зависимости от содержания марганца и кремния в чугуне перед обработкой.

Режим обработки чугуна варьировали в следующих пределах:
количество ферросилиция, вводимого в чугун до начала разливки, составило от общего расхода (52.67)%
долю чугуна, обработанного в процессе разливки, изменяли в пределах - (45. 65)%
время от момента окончания ввода ферросилиция в чугун до окончания разливки (8.17) мин.

Полученные экспериментальные данные приведены в табл. 1.

Как следует из приведенных в табл. 1 данных, наибольший положительный эффект (более высокие механические свойства, минимальный размер включений графита и наименьший отбел чугуна) обеспечивается только при реализации способа в пределах параметров заявляемого изобретения (опыты 1.6).

При удельном расходе ферросилиция на обработку меньше расчетного в соответствии с формулой изобретения значений эффект графитизации чугуна не достигается. При большом расходе ферросилиция на обработку положительный эффект графитизации чугуна не возрастает, при этом повышается расход модификатора и ухудшаются механические свойства чугуна (опыты 7 и 9).

Если перед разливкой в чугун ферросилиция вводят менее 55% от общего расхода, степень графитизации чугуна не достигает оптимальных значений и, как следствие, снижаются механические свойства готовых отливок, ухудшается макро- и микроструктура чугуна.

При вводе в чугун до начала разливки более 65% ферросилиция от общего расхода наблюдается существенная неоднородность механических свойств и макроструктуры чушек чугуна, отлитых в начале и конце разливки.

Если повторный ввод оставшейся части потребного, в соответствии с изобретением, количества ферросилиция вводить в чугун после разливки менее 40% и более 50% чугуна, то в первом не обеспечивается требуемая степень графитизации чушек чугуна, отливаемых в конце разливки, а во втором случае - чушек в начале разливки.

Завершение ввода ферросилиция за (10.15) минут до окончания разливки обеспечивает необходимую степень графитизации последних порций разливаемого чугуна. Окончание ввода в чугун ферросилиция более, чем за 15 минут до завершения разливки чугуна не гарантирует оптимального уровня графитизации последних порций чугуна, а, следовательно, и достаточно высоких механических свойств твердого чугуна и однородной макроструктуры.

Окончание ввода ферросилиция менее, чем за 10 минут до конца разливки чугуна из-за малого его объема и более низкой температуры чугуна не обеспечивает равномерного распределения и полного усвоения чугуном вводимого ферросилиция, в результате чего эффект графитизации последних порций чугуна снижается, а качество его ухудшается.

По предлагаемому способу в промышленных условиях было произведено более 2000 т доменного передельного чугуна литейного класса.

В табл. 2 приведены основные показатели производства промышленных партий доменного передельного чугуна литейного класса по предлагаемому и известному способам.

Приведенные в табл. 2 данные показывают, что реализация предложенного способа производства графитизированного передельного чугуна литейного класса, при прочих равных условиях, обеспечивает более высокие механические свойства и лучшую макроструктуру чугуна отлитого в чушки, позволяет экономить модификатор ферросилиций.

Использование: металлургия, в частности, при модифицировании доменного передельного чугуна, предназначенного для переплавки в чугунолитейных цехах при производстве отливок. Сущность: способ включает ввод в жидкий чугун ферросилиция перед и в процессе разливку в чушки, при этом удельный расход ферросилиция на тонну чугуна устанавливают в зависимости от содержания кремния и марганца в чугуне из соотношения: , где K_FeSi - удельный расход ферросилиция, кг/т чугуна, а - содержание кремния в ферросилиции, %, Mn, Si - соответственно содержание марганца и кремния в чугуне перед обработкой, %, причем 55-65% от общего расхода ферросилиция вводят в чугун перед началом разливки, а оставшуюся часть - после разливки 40-50% чугуна, заканчивая за 10-15 минут до окончания разливки. 2 табл.

Способ производства графитизированного передельного чугуна литейного класса, включающий ввод в жидкий чугун ферросилиция перед и в процессе разливки в чушки, отличающийся тем, что удельный расход ферросилиция на тонну чугуна устанавливают в зависимости от содержания кремния и марганца в чугуне из соотношения
К_Fe Si=114/a + Mn/Si,
где K_Fe Si удельный расход ферросилиция, кг/т чугуна;
а содержание кремния в ферросилиции,
Mn, Si соответственно содержание марганца и кремния в чугуне перед обработкой,
при этом 55 65% от общего расхода ферросилиция вводят в чугун перед началом разливки, а оставшуюся часть после разливки 40 50% чугуна, заканчивая за 10 15 мин до окончания разливки.