Способ получения чугуна для тонкостенных отливок Советский патент 1992 года по МПК C21C1/00 

Изобретение относится к металлургии чугуна, в частности к способам получения чугуна для тонкостенных отливок, и может быть применено в литейном производстве.

Известен способ изготовления отливок из чугуна с шаровидным графитом, включающий выбор и подготовку шихтовых материалов с низким содержанием фосфора и марганца, расплавление шихтовых материалов и перегрев расплава, его обработку сфероидизирующими и графитизирующими модификаторами совместно с флюсами, удаление шлама и разливку металла по формам.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ изготовления отливок из чугуна с шаровидным графитом, включающий расплавление шихтовых материалов, содержащих 0,005-0,05 мас.% фосфора и 0,03-0,40 мас.% хрома, перегрев и раскисление расплава при выпуске в ковш 0,5-1,5% силикокальция от веса металла, ввод сфероидизаторов и графитизаторов в ковш при выпуске в него расплава и заливке форм.

Недостатком известного способа является низкая жидкотекучесть получаемого чу3

сл W

00

гуна вследствие его недостаточной раскис- ленности и загрязнения металла неметаллическими включениями, а также высокой склонности к отбелу, что приводит к ухудшению качества тонкостенных чугунных отливок.

Цель изобретения -улучшение качества тонкостенных чугунных отливок за счет повышения жидкотекучести чугуна и снижения его склонности к отбелу.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения чугуна для тонкостенных чугунных отливок, включающем расплавление в индукционной печи шихтовых материалов, содержащих 0,03-0,40 мас.% хрома, перегрев расплава, раскисление расплава, ввод сфероидизаторов и графитиза- торов в ковш при выпуске в него расплава, содержание кремния в шихте поддерживают равным 0,4-0,6 мас.%, перегрев чугуна в тигле индукционной печи осуществляют до 1400-1450°С, после чего производят выдержку расплава в тигле в течение 0,2-0,5 ч, скачивают шлак и расплав раскисляют 0,1- 0,3 мас.% сплава Fe - Si - РЗМ, при этом сфероидизаторы и графитизаторы в ковш вводят одновременно в состав смеси, содержащей сплав магний-цирконий и ферро- силикобарий в соотношении 1:() при общем расходе смеси 1-2%, причем сплав Fe-Si-РЗМ содержит 25-30 мас.% РЗМ, 25- 30 мас.% Si, железо и примеси - остальное, сплав магний-цирконий содержит 5-15 мас.% Zr, 0,1-3 мас.% галоидов щелочных, щелочноземельных металлов и магния, магний - остальное, вводится в чугун в гранулированном виде, причем указанные галоиды введены в состав этих гранул в виде их солевой оболочки, в качестве ферросиликоба- рия используют, сплав, содержащий 25-30 мас.% Ва, 55-60 мас.% Si, железо и примеси - остальное.

Особенностью предлагаемого способа является сочетание недостаточной раскис- ленности расплава чугуна на стадии его выплавки и прогрева за счет пониженного содержания в нем кремния при заявленном его соотношении с содержанием хрома в чугуне, что обуславливает угар последнего в этот период плавки, с последующим глубоким раскислением расплава чугуна РЗМ и Si, его эффективной одновременной обработкой сфероидизирующими и графитизи- рующими добавками, предотвращающими раскисление расплава в процессе обработки чугуна.

При содержании кремния в шихте менее 0,4 мас.% происходит интенсивный угар углерода в расплаве, что приводит к увеличению отбела чугуна и снижению качества

отливок, а при его содержании более 0,6 мас.% кремний оказывает интенсивное раскисляющее действие, что не позволяет снизить содержание хрома в чугуне,

увеличивает склонность тонкостенных отливок к кристаллизации с отбелом. Соотношение с содержанием хрома и кремния в шихте 1:1-20 обеспечивает необходимый уровень раскисленности расплава. При значении этого соотношения ниже нижнего предела содержание кремния в расплаве недостаточно для обеспечения требуемой жидкотекучести, следовательно, и качества отливок, а при соотношении выше верхнего

предела содержание кремния излишне, что ухудшает условия угара хрома, увеличивает отбел чугуна, снижает качество отливок.

Выдержка расплава при (1400-1450)°С в течение 0,2-0,5 ч при соблюдении предлагаемых соотношений содержания кремния и хрома в шихте обеспечивает протекание в необходимом объеме процессов раскисления чугуна хромом, при температуре менее 1400°С происходит преимущественный

угар кремния из металла, а также процессы его восстановления из футеровки печи, что ухудшает качество металла, а при температуре более 1450°С происходит интенсивный угар углерода, что приводит к появлению

отбела в отливках. Выдержка в течение 0,2- 0,5 ч обеспечивает необходимую полноту протекания реакции раскисления чугуна.

Раскисление чугуна 0,1-0,3% сплава железо-кремний-РЗМ обеспечивает наряду

с эффективным удалением из расплава серы и кислорода, ввод в него готовых центров кристаллизации в виде силицидов РЗМ, содержащихся в указанном сплаве.

При его вводе в чугун в количестве менее0,1 мас.% данные компоненты расходуются в основном на раскисление и десульфурацию чугуна и это их действие не проявляется, а при его вводе в чугун более 0,3 мас.% проявляется отбеливающее чугун

действие РЗМ, качество отливок ухудшается.

Оптимальное содержание в этом сплаве 25-30 мас.% РЗМ; 25-30 мас.% Si, Fe и примеси - остальное обеспечивает благоприятное соотношение Si:P3M для формирования ими максимального количества силицидов. При меньшем содержании Si и РЗМ их количество недостаточно для эффективного раскисляющего и подложечного

действия, а при большем содержании резко

снижается плотность сплава, увеличивается

угар его компонентов в процессе обработки

расплава и снижается ее эффективность.

Одновременный ввод в ковш смеси сферридизаторов и графитизаторов обеспечивает достижение цели изобретения за счет предотвращения раскисления расплава и затухания модифицирующего эффекта. Ввод сфероидизаторов и графитизаторов в расплав чугуна в составе смеси, содержащей сплав магний-цирконий и ферросилико- барий в соотношении 1:3-8 при ее общем расходе 1-2 мас.% обеспечивает получение необходимого качества тонкостенных чугунных отливок за счет совместного подложечного действия силицидов бария и РЗМ и поверхностно-активного действия циркония, предотвращающего окисление струи расплава при его контакте с материалом формы, что повышает жидкотекучесть чугуна и качество тонкостенных отливок.

Оптимальное содержание компонентов в сплаве магний-цирконий и ферросилико- барий обеспечивает получение максимального положительного эффекта. При уменьшении их концентрации их указанное действие не проявляется, а при увеличении их верхних пределов увеличивается загрязнение металла неметаллическими включениями, ухудшающими качество тонкостенных отливок. При соотношении сплава магний-цирконий и ферросиликоба- рий в смеси менее 1:3 происходит интенсив- ный угар сплава магний-цирконий, вследствие чего защитное действие циркония на металл не проявляется. При соотношении их содержаний более 1:8 вводимого в чугун циркония недостаточно. Оптимальный расход этой смеси 1-2 мас,% обусловлен исходным содержанием кремния и хрома в шихте и тем больше, чем меньше в ней содержание кремния (и соответственно больше содержание хрома).

Для экспериментальной проверки предлагаемого способа проводят 5 опытов,

Условия проведения опытов и их результаты приведены в таблице.

Чугун плавят в индукционной печи промышленной частоты с кислой футеровкой типа ИЧТ-1 емкостью 1 т. В качестве шихты используют низкокремнистый чугун типа ПВК и остальные отходы, Исходный химический состав чугуна по расплавлении шихты, мас.%: С 3,6-4,0; Si 0,4-0,6; Сг 0,03-0,4; Р 0,005-0,05; Мп 0,4-0,6; S 0,01-0,02. В качестве сплава Fe-Si-РЗМ используют стандартный сплав типа ФСЗОРЗМЗО, в качестве сплава магний-цирконий - стандартный гранулированный сплав N-2, в качестве ферросиликобария - сплав ФС60Ба27. Сплав Fe-Si-РЗМ вводят на зеркало металла в печи после скачивания шла- ка, а остальные компоненты непосредственно на дно ковша перед выпуском в него чугуна.

Качество отливок оценивают как по величине жидкотекучести и отбелу чугуна в стандартных пробах, так и оценкой дефектов опытных тонкостенных отливок типа рабочих колес АЭС на их макротемплетах.

Формула изобретения

1.Способ получения чугуна для тонко- стенных отливок, включающий расплавление в индукционной печи шихтовых материалов, содержащих 0,03-0,40% хрома, перегрев расплава, раскисление расплава, ввод сфероидизаторов и графитизаторов

в ковш при выпуске в него расплава, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества тонкостенных чугунных отливок за счет повышения жидкотекучести чугуна и снижения его склонности к отбелу, содержание кремния в шихте поддерживают равным 0,4-0,6 мас.%, перегрев чугуна в тигле индукционной печи осуществляют до 1400- 1450°С, после чего производят выдержку расплава в тигле в течение 0,2-0,5 ч, скачивают шлак и расплав раскисляют 0,1-0,3 мас.% сплава Fe-Si-РЗМ, при этом сферо- идизаторы и графитизаторы в ковш вводят одновременно в составе смеси, содержащей сплав магний-цирконий и ферросиликобарий в соотношении 1:(3-8) при общем расходе смеси 1-2%.

2.Способ по п.1,отличающийся тем, что сплав Fe-Si-РЗМ содержит 25-30% РЗМ, 25-30% Si, железо и примеси - остальное.

3.Способ по п.1,отличающийся тем, что сплав магний-цирконий содержит 5-15% Zr, 0,1-3,0% галоидов щелочных, щелочноземельных металлов и магния, магний

- остальное вводится в чугун в гранулированном виде, причем указанные галоиды введены в состав этих гранул в виде их солевой оболочки.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ферросиликобария используют сплав, содержащий 25-30% Ва, 55-60% Si, железо и примеси - остальное.

Изобретение может быть применено в литейном производстве для получения тонкостенных чугунных отливок. Сущность способа: расплавление шихтовых материалов, содержащих 0,03-0,4% хрома, перегрев и раскисление расплава, ввод сфероидизато- ров и графитизаторов в ковш при выпуске в него расплава и заливку форм; содержание кремния в шихте поддерживают равным 0,4-0,6 мас.%, перегрев чугуна осуществляют до 1400-1450°С, после чего производят выдержку в течение 0,2-0,5 ч, скачивание шлака и раскисление 0,1-0,3 мас.% сплава железо- кремний-РЗМ; сфероидизаторы и графитизаторы в ковш вводят одновременно в составе смеси, содержащей сплав магний-цирконий и ферросиликобарий в соотношении 1:(3-8) при общем расходе смеси 1:2 мас.%, причем содержание хрома и кремния в шихте поддерживают на уровне 1:(1-20), сплав железо-кремний-РЗМ содержит 25-30 РЗМ; 25-30 мас.% кремния, железо и примеси - остальное; сплав магний-цирконий содержит 5-15 мас.% циркония, 0,1-3 мас.% галоидов щелочных, щелочно-земельных металлов и магния, магний - остальное, вводится в чугун в гранулированном виде, причем указанные галоиды введены в состав этих гранул в виде их солевой оболочки; в качестве ферросили- кобария используют сплав, содержащий 25- 30 мас.% бария, 55-60 мас.% кремния, железо и примеси - остальное. 3 з.п ф-лы, 1 табл. ел С