СМЕСЬ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЧУГУНА Российский патент 2003 года по МПК C21C1/00 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к внутриковшовому модифицированию чугуна, и может быть использовано в литейном производстве.

Известна рафинирующе-модифицирующая смесь, состоящая из восстановителя (карбида или силицида кальция) и восстанавливаемых компонентов - галоидов, оксидов или других соединений щелочных и щелочноземельных металлов и магния (пат. Великобритании 1498959, кл. C 7 D, 1978).

Недостатки - повышенный расход смеси (3-4% от загрузки) и применение дорогостоящих соединений магния или галоидов.

Наиболее близкой по составу и целевому назначению является смесь для обработки чугуна, содержащая карбид кальция, углерод и магниевый шлак, в состав которого входят магний и его оксид, щелочные и щелочноземельные галоиды, алюминий, марганец (а. с. 836112, кл. С 21 С 1/00, 07.06.81).

Недостаток изобретения - использование значительного количества смеси (2%), а также применение дефицитных и дорогостоящих карбида кальция и магниевого шлака. Кроме того, введение в расплав галоидов приводит к необходимости удаления из него агрессивных газов, образующихся при их разложении.

Цель предлагаемого изобретения - повышение эффективности усвоения модифицирующей смеси, экономичности и экологичности процесса модифицирования, прочности отливок.

Поставленная цель достигается тем, что смесь для обработки чугуна, включающая алюминий и углерод, дополнительно содержит медную соль карбоновой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Медная соль карбоновой кислоты - 60-70
Алюминий - 20-25
Углерод - 10-15
Смесь плакирована парафином.

Авторы экспериментально установили, что введение медной соли карбоновой кислоты в указанном количестве в сочетании с другими компонентами смеси позволяет повысить усвоение модификатора расплавом чугуна и прочностные характеристики отливок.

При температуре расплава в ковше происходит полное разложение соли карбоновой кислоты на оксид меди и углекислый газ.

В момент выделения оксид меди обладает высокой дисперсностью и активностью, что повышает степень усвоения модификатора и вероятность протекания последующих реакций с восстановителями алюминием и графитом. Совместное использование последних в указанных количествах обеспечивает наиболее полное восстановление оксида меди до металла.

Известно, что введение в определенном количестве меди в состав чугуна дает возможность получить литые изделия с аустенитно-перлитной структурой и высокими эксплуатационными свойствами. Повышение прочностных характеристик объясняют способностью меди к созданию субмикрокристаллической структуры матрицы чугуна, в частности дисперсного перлита.

Кроме того, образующаяся в результате реакции высокодисперсная медь создает дополнительные эффективные центры кристаллизации чугуна, что повышает его прочностные характеристики. Получающийся в результате реакции оксида меди с алюминием оксид алюминия также является дополнительным дисперсным упрочнителем чугуна.

Выделяющийся при разложении соли карбоновой кислоты углекислый газ барботирует через расплав, тем самым повышая равномерность распределения в нем образующихся металлов и оксидов, следовательно, эффективность усвоения модификатора.

В системе отсутствуют хлор, фтор, сернистый газ, окись азота и другие агрессивные газы, образующиеся при разложении неорганических солей, в том числе галоидов, что улучшает экологию процесса модифицирования.

Концентрация медной соли карбоновой кислоты устанавливается, исходя из требований обеспечения прочности отливки.

Нижние пределы содержания алюминия и углерода выбраны с учетом необходимости осуществления полного восстановления меди из ее оксида, образующегося при разложении соли. Более высокие концентрации восстановительных агентов увеличивают расход компонентов, не приводя к повышению прочности изделия.

Плакирование парафином предотвращает адсорбцию кислорода и воды из воздуха на модификаторе, снижающую его поверхностную активность. Кроме того, оно обеспечивает формовку дозированного состава. В процессе модифицирования парафинирование увеличивает число центров кристаллизации в расплаве за счет дополнительного барботажа газов, образующихся при разложении парафина, создает дополнительную концентрацию восстановительных агентов водорода и углерода, возникающих в ходе этой реакции, более равномерное распределение модифицирующих частиц по объему расплава.

Пример. Указанную смесь использовали при изготовлении помольных шаров из серого чугуна.

Расплавленный чугун помещали в разливочный ковш, добавляя в металл дозированное количество (0,008% от массы расплава в ковше) плакированных парафином таблеток модификатора.

Для его изготовления ацетат меди (СН₃СОО)₂Сu•nH₂О, порошки алюминия и графита подвергали раздельному помолу на вибростенде до основного размера дисперсных частиц 1-2 мкм, рассеву на сите 0,063, далее смешиванию на валковой мельнице в течение 20 мин. В смесь добавляли парафин, нагревали до температуры его расплавления и перемешивали. После остывания состава дозировали и формовали таблетки.

Температура расплава в ковше была достаточной для полного протекания реакции разложения ацетата меди без дополнительного подогрева.

Из полученного чугуна отлили помольные шары, из которых вырезали образцы для определения микроструктуры и временного сопротивления. Результаты определений приведены в таблице.

При микроскопическом исследовании установлено, что вследствие добавления в расплав высокодисперсной меди в момент выделения даже в малых количествах кристаллы дендритов исчезают. Размер зерен перлита уменьшается в 2 раза, графитные включения также уменьшаются. В целом материал приобретает тонкую перлитно-цементитную структуру матрицы, более дисперсную и однородную.

Временное сопротивление отливок увеличивается на 10-15% даже в отсутствие карбидов и магния, что свидетельствует о повышении полноты и эффективности усвоения предлагаемой модифицирующей смеси.

Экономичность процесса модифицирования возрастает в связи с отсутствием в смеси дорогостоящих и дефицитных компонентов и необходимости ее введения в больших количествах ввиду полной усваиваемости. Энергозатраты на плавку чугуна снижаются за счет активного протекания экзотермических окислительно-восстановительных реакций в высокодисперсном модификаторе.

Процесс плавки становится более экологичным, так как модификатор не содержит соединений, выделяющих при разложении ядовитые и агрессивные газы типа галогенов, азотного и сернистого ангидридов.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к внутриковшовому модифицированию чугуна, и может быть использовано в литейном производстве. Смесь дополнительно содержит медную соль карбоновой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас. %: медная соль карбоновой кислоты 60-70, алюминий 20-25, углерод 10-15. Смесь плакирована парафином. Изобретение позволяет повысить эффективность усвоения модификатора, экономичность и экологичность процесса модифицирования, а также прочность отливок. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Смесь для обработки чугуна, включающая алюминий и углерод, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит медную соль карбоновой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Медная соль карбоновой кислоты - 60-70
Алюминий - 20-25
Углерод - 10-15
2. Смесь по п. 1, отличающаяся тем, что она плакирована парафином.