Комплексная добавка и способ ее получения Советский патент 1986 года по МПК C22C35/00 

Изобретение относится к металлургии литейного производства, в частности к составам и способам получения комплексных добавок для рафинирования, модифицирования и легирования железоуглеродистых сплавов.

Цель изобретения - повьшение эффективности действия добавки и возможности получения комплексной добавки с заданными .свойствами и конфигурацией.

Предлагаемая комплексная добавка включает кремнийсодержащую составляющую, наполнитель и жидкое стекло и содержит коьтоненты в следующем соотношении, мас,%:

Кр емнийс од ержащая

составляющая 15-79,9

Активный наполнительО,1-65

Жидкое стекло 20-60

Способ получения комплексной добавки (КД) включает операции размола смешивания, ввода жидкого стекла непрерывно небольшими дозами до тестообразного состояния в количестве 20-60 мас.%, выдачу по формам, выдержку для протекания экзотермической реакции с увеличением объема и отверждения.

Таким образом, из известного способа исключается операция брикетирования за счет прохождения экзотерми чес:кой реакции отверждения между . кремнийсодержащей составляющей и жид КИМ стеклом, каждый из которьп: не тольк не оказывает отрицательного действия на металл, но и улучшает его свойства. В результате реакции увеличивает ся объем КД, и она заполняет- весь объем формы заданной конфигурации, определяющей впоследствии геометрию КД,. .

КД можно получить самой разнообразной конфигурации и с различной плотностью. Причем плотность регулируется первоначально выданной массой замеса в форму определенного объема.

Предлагаемую комплексную добавку готовят смешиванием сухих компонентов в необходимом количестве, стекло добавляют постепенно до тестообразного состояния. После этого готовую смесь помещают в форму, где она затвердевает в течение 12-40 мин (без нагрева) и 5-20 мин (с подогревом) , Это время зависит от выбранного активного наполнителя, его.ха

10

15

20

25

30

55

40

45

50

рактеристик и соотношения с жидким стеклом. .

Для получения КД готовят пять смесей ингредиентов, с од ержашлх кремнийсодержащую составляющую (ФС75) фракцией до 0,5 мм, в качестве активного наполнителя - электродный бой и углекисльй барий (ВаСО) в постоянном соотношении 2:1, как и. в известной комплексной добавке.

Ка:ждую смесь готовят отдельно в металлических емкостях. Сначала перемешивают сухие компоненты в течение 3 мин. Затем к ним небольшими дозами до тестообразного состряния добавляют жидкое стекло, все перемешивают и . по формам, определяю- Д1ИМ впоследствии конфигурацию КД и ее плотность.

Формы после заполнения их КД плотно закрывают. Между кремнийсодержащей составляющей их жидким стеклом происходит экзотермическая реакция с заполнением всего объема формы и последуюш 1м отверждением. Для более быстрого протекания экзотермической реакции возможен нагрев формы до бО-ЗОО С.

В табл. 1 приведены данные о влиянии количества жидкого стекла на время прохождения экзотермической реакции отверждения с подогревом и без него.

Данные, подтверждающие положительное влияние предлагаемой комплексной добавки на свойства обработанного ею металла по сравнению с известной, приведены в табл. 2,

Из табл, 2 следует, что наиболее оптимальное количество жидкого стекла находится в пределах 20 - 60 мас,%, введение в состав КД жидкого стекла в количестве более 20 мас.% повьшает свойства сплавов без увеличения их твердости. Количество жидкого стекла обуславливается временем протекания экзотермической реакции отверждения и зависит от физико-механических свойств кремнийсодержащей составляющей и наполнителя, т.е. от их способности усваивать то или иное количество жидкого стекла в зависимости от их дисперсности, смачиваемости, химической природы частиц и т.д.

При введении жидкого стекла менее 20 мас.% не происходит полного смачивания сухой составляющей КД и затвер3

девпшй модификатор после прохождения экзотермической реакции не однороден по составу и часть его рассыпается и пылит.

При введении жидкого стекла более 60 мас.% время протекания экзотермической реакции отверждения увеличивается в 2,5-3 раза, интенсивность реакдаи снижается.

Применение комплексных добавок с предлагаемым количеством жидкого стекла повышает рафинирующую и модифицирующую способность КД, т.е. умен шается количество неметаллических включений и увеличиваются прочностны характеристики обрабатываемого КД сплава.

Для подтверждения рафинирующего влияния предлагаемой КД проводят эксперимент, согласно которому в графитовые формы в виде усеченного конуса с основаниями диаметром 20 и 35 мм высотой 70 мм заливают пробы для опр деления неметаллических .включений чугуном химического состава, мас.%: С 3,77; Si 2,31; Мп 0,41; S 0,022; Р 0,18; Mg 0,049.

Дополнительно в песчаную форму за .ливают стандартные заготовки, из которых вырезают образцы для механических испытаний. Для сравнения заливают пробы:

без промежуточной обработки; с промежуточной обработкой в ковше- КД следующего состава, мас.%: Кремнийсодержащий компонент ФС7530-40 Активный наполнитель:

силикокальций СКЗО 15-25 РЗМ10-15

соли бария До 30 магний металлический До 10 плавиковый шпат До 20 Жидкое стекло -согласно известной КД7 С промежуточной обработкой в ковше предлагаемой КД аналогичного состава с 40 мае.% жидкого стекла.

Пробы для анализа неметаллических включений режут по вертикальной плоскости, проходящей через ось конуса. Металлографическое исследование по плоскости разреза позволяет установить, что применение КД с 40 мас.% жидкого стекла снижает как размеры неметаллических включений, так и их количество, тем самым увеличивает

42535

прочность и пластичность обрабатываемого чугуна (табл. 3).

Для получения КД с различной плот- нотью, в металлическую емкость засы- 5 пают предварительно размолотые сухие составляющие (ферросилиций ФС75 32,5 мас.%) электродный бой и углекислый барий в соотношении 2;1 (соответственно 27,5 мас.%). Затем к ним

10 при перемешивании непрерывно добавляют жидкое стекло (40 мас.%), до полного смачивания сухих составляющих. Однородную тестообразную массу выдают по формам, определяюш;им при отвержде15 НИИ конфигурацию КД и ее плотность. Формы плотно закрывают.

Формы имеют разнообразную конфигурацию (полый цилиндр, пластина, куб) и заполняются приготовленной массой

20 на 1/4, 1/2, 2/3, 9/10 объема соответственно. Чем меньше вводят массы по объему, тем меньше плотность КД.

После заполнения форм между крем- нийсодержащей составляющей и жидким

25 стеклом протекает экзотермическая реакция отверждения с заполнением всего объема формы, так как формы плотно закрыты.

Полученные данные сведены .

30 в табл.. 4.

Из табл. 4 видно, что, изменяя первоначальный объем заполнения формы жидкой массой КД, при ограниченном .рабочем объеме за счет прохождения экзотермической реакции с увеличением

35

40

45

50

объема можно получить различную (заданную) плотность КД в твердом

состоянии. Из табл. 4 также видно, что время отверждения не зависит от первоначального объема заполнения формы жидкой массой КД.

При использовании предлагаемой КД и способа ее получения по сравнению с известными КД и способами их получения обеспечивается простота производства КД практически любого химического состава (в зависимости от требований), малоотходность производства, так как возможно использование в качестве исходных материалов отходов металлургической промьш - ленности (пылевидные фракции, ферросплавы, порошки, пыль различных металлов и сплавов, отходы абразивного производства и т.д.), не требуется введение в состав КД специальных

отвердителей, ввeдeшie увеличенного количества жидкого стекла повышает эффект-модифицирования КД за счет

рафинирующего и модифицирующего действия соединений натрия и калия, улучшается заполняемость формы. Кроме того, снижаются трудо- и энергозатраты, исключается дорогостоящее специальное оборудование, а также обеспечивается в озможность получения КД

Известная 436

222

217

Примеча-ние. Обрабатываемый серьй чугун имеет следующий хй5 чёс-

кий состав, мае.%: С 2,91; Si 1,51; Мп 0,86; S О 02- Р 0,022; Сг 0,11; Ni 0,01.

в любом виде, т.е. практически любой геометрии, в зависимости от того, где она используется (модифицирование на струе, в ковше, в форме и т.д.), и не только на специализированных предприятиях, но и в уело- ВИЯХ потребителей.

Т а б л и ц а 1

Таблица2

229

255

269

КоличествоКоличество неметалли-неметаллическихческихвключений,i включений, % по пло-j абс. % I щадиi

Объем зАполнения после прохождения реакции, %

100 100 100 100

Примечание. Берут КД 3 по табл. 1

Составитель К.Сорокин Редактор В.Петраш Техред М.Ходанич Корректор Т.Колб

..««.«.«.. ,...«..«..«,...-.- -.-. - i--.- -.- - - - - - .----.- --- - -- -

Заказ 3670/27 Тираж 567 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

ТаблицаЗ

Размеры Механические

неметалли-

ческихПредел проч-

включений, ности при

ммjрастяжении,

Ша

Таблица4

Плотность КД, г/см

Время отверждения КД, мин

Без подогрева Подогрев 150 С

34 34 34 34

15 15 15 15

1. Комплексная добавка для о6- - работки железоуглеродистых сплавов, включающая кремнийсодержащую состав- лянмцую, активный наполнитель и жидкое стекло, отличающаяся тем, что, что, с целью повьппения эффективности действия добавки и возможности получения комплексной добавки с заданными свойствами и конфигурацией, она содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%; Кремнийсодержащая составляющая15-79,9 Активный наполнитель 0,1-65 Жидкое стекло 20-60 2, Способ получения комплексной добавки для обработки железоуглеродистых сплавов, включающий размол, смешивание компонентов, ввод жидкого стекла и формообразование, о т- личающийся, тем, что, с целью обеспечения возможности получения комплексной добавки с заданными свойствами, жидкое стекло вводят в смесь при перемешивании до равномерного тестообразного состояния, а формообразование осуществляют в плотно закрытой форме, конструкция которой обуславливает форму, а масса тестообразной комплексной добавки и объем формы - ее плотность. с W