МОДИФИКАТОР ДЛЯ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ЧУГУНА Российский патент 2003 года по МПК C21C1/00 C21C1/08 

Изобретение относится к области литейного производства и черной металлургии, точнее - к модификаторам для обработки металла с целью улучшения его свойств.

Известны модификаторы на основе кремния [1]. К ним относятся силикобарий, силикокальций, ферросилиций, смесь алюминия и ферросилиция и др. Известны модификаторы на основе редкоземельных металлов [2]. Большинство разработанных модификаторов высокоэффективны и получили широкое распространение. Известно также [3] использование в качестве модификатора металлокремнистых отходов производства синтетического чугуна.

Недостатком известных модификаторов в современных рыночных условиях является их высокая стоимость, что является сдерживающим фактором их применения, так как себестоимость чугуна при этом возрастает.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является лигатура - сплав железа с кремнием, который получил название ферросилиций [1]. Введение ферросилиция в жидкий металл позволяет получить чугун с мелкозернистой структурой и улучшить механические свойства отливок.

Недостатком ферросилиция является его высокая стоимость (в 2-3 раза больше стоимости чушковых чугунов).

Предлагаемое изобретение решает задачу снижения расхода ферросилиция, снижение стоимости модификатора и повышение эффективности модифицирования за счет разработки нового модификатора на основе ферросилиция.

Задача решена тем, что модификатор для модифицирования чугуна на основе ферросилиция, содержащий ферросилиций в виде мелкораздробленных кусков, дополнительно содержит природный минерал шунгит аналогичного фракционного состава при следующем соотношении компонентов, мас.%: ферросилиций - 40...50, шунгит - 50...60.

Предлагаемый модификатор представляет из себя механическую смесь ферросилиция и природного минерала шунгита в виде мелкораздробленных кусков (фракции 10-20 мм). Ферросилиций является продуктом черной металлургии. Стоимость ферросилиция - 15 тыс. рублей за 1 тонну. Шунгит - минеральное вещество, состоящее из аморфного углерода и сильнодиспергированного графита. Шунгит содержит до 90% углерода (обычно 30-40%), окись кремния, золу. Стоимость кускового шунгита - 500-600 руб/т.

Технология приготовления и использования предлагаемого модификатора следующая. Перед плавкой крупнокусковые ферросилиций и шунгит дробят до фракций 10-20 мм с просеиванием раздробленной массы. Затем компоненты просушивают нагреванием до 200-300^oС с целью удаления влаги и масел. Затем обе фракции смешивают в указанном процентном отношении и смесь складывают в короба около плавильной печи. При выпуске металла из печи смесь засыпают на выпускной желоб или в ковш, где происходит реагирование модификатора с жидким металлом с получением модифицирующего эффекта.

Предлагаемый модификатор работает следующим образом. Ферросилиций воздействует на металл обычным известным способом. Железо и кремний образуют множество тонкодисперсных твердых центров кристаллизации, на которых начинается рост кристаллов при охлаждении чугуна. Поскольку центров кристаллизации возникает бесчисленное множество, то рост кристаллов затрудняется за счет соседних кристаллов, что приводит к получению мелкозернистой структуры.

В шунгите, введенном в состав смеси, под действием тепла жидкого металла происходят следующие физические и физико-химические процессы:
а) Углерод шунгита частично растворяется в металле за счет диффузии и противодействует образованию ледебурита и цементита при затвердевании отливок. Отбел отливок при этом снижается или совсем устраняется.

б) Часть углерода шунгита реагирует с кремнеземом, который входит в состав шунгита, по реакции С+SiO₂=Si+СО₂, в результате чего в жидкий металл выделяется металлический кремний. Он образует дополнительные центры кристаллизации, что повышает модифицирующий эффект ферросилиция. Выделяемый при упомянутой реакции углекислый газ барботирует металл, перемешивает его и распределяет твердые частицы зародышей по всему объему металла, что способствует получению равномерной мелкозернистой структуры металла по всему сечению отливки.

в) Содержащиеся в шунгите оксиды, невостановленный кремний и неметаллические включения также образуют дисперсные частицы, которые являются зародышами кристаллов. Модифицирующий эффект указанных компонентов проявляется не в начальный период модифицирования, а спустя некоторое время после их переплава, что обеспечивает увеличение срока "живучести" модификатора.

Таким образом, модифицирующий эффект, достигаемый за счет шунгита, компенсирует отсутствие в предлагаемом модификаторе части ферросилиция. Модифицирующий эффект предлагаемого модификатора сравним с эффектом чистого ферросилиция и даже превышает его за счет дополнительного модифицирующего эффекта углерода, оксидов и неметаллических включений шунгита, а также за счет барботации и перемешивания расплава выделяющимся углекислым газом.

ПРИМЕР. Проводили сравнительные опыты по модифицированию чугуна марки СЧ20 в литейном цехе ОАО "ПЕНЗМАШ". В первой серии опытов чугун модифицировали в ковше емкостью 300 кг ферросилицием в количестве 3 кг (1% от массы металла). Во второй серии опытов чугун модифицировали предлагаемым модификатором, состоящим из смеси: 45% ФС 75 и 55% шунгита. Количество модификатора - 3 кг.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Из приведенных данных видно, что использование предлагаемого модификатора обеспечивает получение необходимого модифицирующего эффекта наравне с чистым ферросилицием и даже на 2-3% превышает его.

Приведенные в заявке соотношения содержаний ферросилиция и шунгита являются оптимальными, так как при выходе их из указанных пределов модифицирующий эффект значительно снижается. При содержании шунгита более 60% в общей массе модификатора увеличивается содержание окиси кремния, которая при взаимодействии с жидким металлом окисляет элементы чугуна и снижает их содержание в чугуне. Это приводит к браку металла по химсоставу и снижает его свойства. Количество шлака и содержание неметаллических включений в чугуне при этом увеличивается, что значительно снижает модифицирующий эффект. При содержании шунгита менее 50% уменьшается содержание углерода в модификаторе. Количество углерода, растворенного в металле, снижается, что уменьшает модифицирующий эффект за счет углерода.

Таким образом, предлагаемый модификатор обладает положительным модифицирующим эффектом и низкой стоимостью. Его стоимость в 1,5 раза меньше, чем известного модификатора.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Воздвиженский В.М. и др. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении. - М., "Машиностроение", 1984, с.32,342.

2. Воздвиженский В. М. Прогноз двойных диаграмм состояния. - М., "Металлургия", 1975.

3. Авторское свидетельство СССР 1715854. Модификатор для чугуна. М. кл. С 21 C, БИ 8, 1992.

Изобретение относится к области литейного производства и металлургии и используется для внепечной обработки жидкого чугуна. Модификатор дополнительно содержит природный минерал шунгит аналогичного ферросилицию фракционного состава при следующем содержании компонентов, мас.%: ферросилиций 40-50, шунгит 50-60. Предлагаемый модификатор обеспечивает получение плотной мелкозернистой структуры металла, уменьшает отбел, улучшает механические свойства отливок, при этом стоимость модификатора в 1,5 раза меньше ферросилиция. 1 табл.

Модификатор для модифицирования чугуна на основе ферросилиция, содержащий ферросилиций в виде мелкораздробленных кусков, отличающийся тем, что он дополнительно содержит природный минерал шунгит аналогичного фракционного состава при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Ферросилиций - 40-50
Природный минерал шунгит - 50-60о