Способ модифицирования чугуна магнием Советский патент 1982 года по МПК C21C1/10 

(54) СПОСОБ МОДИФИЦИЮВАНИЯ ЧУГУНА МАГНИЕМ

Изобретение относится к металлургии и мо жет быть использовано в литейном производстве при изготовлении чугуна с шаровидным графитом. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ модифициров ния жидкого чугуна магнием, который осущест вляется путем установки ковша в камеру - автоклав, создания в автоклаве давления сжатым воздухом, повышающим упругость насыщающих паров магния, ввода магния на поверхность металла и перемешивания чугуна специальным устройством 1. Однако магний, введенный на поверхность жидкого чугунка, расплавляется и растекается по зеркалу металла. В результате создается большая поверхность контакта жидкого магния с воздухом, находящимся в автоклаве. Данная йоверхность еще больше увеличивается в процессе перемешивания чугуна с магнием. Кроме того, воздух в автоклаве находится в сжатом сост тоии под давлением 6 ати и поэтому кислорода в нем на единицу объема больше. Все это создае предпосылки для значительного угара магния при модифицировании. Целью изобретения является уменьшение угара магния и снижение его расхода. Поставленная цель достигается тем, чю согласно способу модифицирования чугуна под давлением, включающему установку ковща с жидким чугуном в камеру автоклав, подачу воздуха под давлением, ввод магния на поверхность металла и его перемешивание, разгерметизацию и выпуск воздуха, использованный в автоклаве воздух с частично или полностью удаленным кислородом перекачивают из автоклава в отдельную емкость, откуда его затем вводят в камеру - автоклав для , создания давления при последующем модифицировании. Отработанный сжатый воздух в автоклаве не сбрасывают в атмсоферу, а перекачивают в специальную герметичную емкость, в которой он накапливается до модифкиирова1тя очередных порций чугуна. В ходе последующего модифицирования воздух из емкости-накопителя передают в автоклав компрессором, либо под 39 действием избыточного давления в емкости. Подачу воздуха в автоклав прекращают по достижении в нем заданного давления. Затем на поверхность чугуна вводят магний и производят перемешивание чугуна. Поскольку при входе магния в чугун происходит его взш имодействие с воздухом, последний обедняетс кислородом. При многократном использовании одного и того же объема воздуха, кисЛород, входящий в его состав, переходит всвязанно состояние; в окись магния и модифицирование происходит в защитной атмосфере азота. Для оденки степени удаления кислорода из за данного объема воздуха при его многократнол использовании выполнен расчет для автоклава КМ-2. Расчет расхода магния при модифюифовани в атмосфере возд5гха (1-ое модифицирование) Исходные данные для расчета: Масса жидкого металла в ковше, кг Исходная концентрация серы в металле, вес.% Остаточная концентрация серы в металле, вес.% Остаточная концентрация магния, вес.% Объем воздуха в автоклаве 3,5 (масса при 6 ати , м воздуха 4,5 Масса кислорода в воздухе пои 6 ати, кг 0,9 (воздух в из атмосфер Количество введенного магния (0,20%), кг1,8 Статьи расхода магния в чугуне при модифицировании. Расход магния на связь с серой. На основании практического опыта получения высокопрочного чугуна установлено, что при исходной концентрации серы 0,04-0505% на связь с магнием уходит 0,02-0,03%. В соответствии со стехиометрическйм соотношением компонентов по реакции образования MgSMg + S MgS на 35 г серы расходуется 24 г магния. На связь 240 г серы (0,03% S в чугуне) в сульфид магния израсходуется 140 г мапад Остаточное количество магния в чугуне 0,06 вес.% (480 г). Расход магния на взаимодействие с кислородом воздуха в автоклаве проведен, исходя из стехиометрического соотношения компоне тов по реакции:. . Мд + уОг МдО, откуда следует, что на каждые 16 г кислорода расходуется 24 г магния. Поскольку при первом модифицировании в воздухе 900 г кислорода, то для связи зтого количества требуется 1440 г магния. Таким образом, при модифицировании чугуна (800 кг) в атмосфере воздуха расход магния должен составлять 140 г + 480 г + 1440 2,06 кг, Ввод .агния в меньшем количестве приводит, либо к пониженной концентрации остаточного магния в чугуне и к повышенному содержанию кислорода и серы в чугуне. Так как оба указанных фактора нежелательны, расход магния должен быть выше 1,8 кг. Расчет расхода магния при модифицировании чугуна в атмосфере однократно использованного воздуха в автоклаве. При повторном использовании воздуха расход магния составляет 140 г на взаимодействие с серой; 480 г остаточное соединение и -lyryне; 180 г на взаимодействие с остатком KDCлорода (120 г) (итого 800 г). Таким образом из приведенных расчетов следует, что уже после одного повторного использования воздуха в автоклаве, расход магния может быть сокращен на 1,8 кг - 0,8 кг : 1 кг, т. е. более чем на 50%. Способ осуществляют следующим образом. Выплавку чугуна осуществляют в индукционной печи ИСТ-1 с кислой кварцевой футеровкой емкостью 1 т. Модифицирование производят в автоклаве КМ-1 с объемом, занимаемым воздухом при атмосферном давлении 0,17 м. При давлении 6 ати зто соответствует 0,17 X 7 - 1,19 м В качетсве резервуара для отобранного воздуха используют автоклав КМ-1 без футеровки. Это обеспечивает четырехкратное превышение объема воздутса в резервуаре (автоклав КМ-1) над свободным объемом, занимаемым воздухом при модифицировании в автоклаве КМ-1. Свободный объем воздуха в автоклаве КМ-1,используемом в качестве резервуара, 0,82 м. При давлении 2 ати объем воздуха в автоклаве 1,64 м, при 3 ати 2,46 м . Подачу воздуха в системе автоклав-резервуар осуществляют компрессором. Чугун (Модифицируют; в ковше емкостью 250 кг. Для оценки зффективности предлагаемого способа модифицирования проводят две серии опытов: с обработкой чугуна магнием в среде атмосферного воздуха и воздуха после многократного обращения в системе автоклаврезервуар при расходе магния 0,12% (300 г) и 0,20% (500 г). Во всех случаях химический -состав исходного чугуна находится в пределах, вес.%: углерод 3,47-3,52; кремний 2,16-2,19; мар59ганец 0,54-0,59; фосфор 0,016-0,018; сера 0,04-0,05. .Порядок проведения опытов с использованием указанных способов модифицирования по известному способу следующий. После заливки металла в ковш последний взвешивают ручным ковшом, доводят вес до 250 кг и устанавливают ковш с чугуном заданного веса в автоклав, на мешалку уклады вают заданную навеску магния, закрывают автоклав, включают компрессор и подают воздух. Поднимают давление до достижения 6 ати Затем мешалку с магнием погружают в чугун и производят его перемешивание. Время перемешивания 55-65 с. После перемешивания воздух из автоклава выпускают и компрессором подают в предварительно вакуумированны : второй автоклав, служивший резервуаром. Таким образом, после серии опытов с многократным использованием воздуха при модифицировании чугуна в резервуаре накоплено 2,4 м воздуха. При проведении модифицирования с много. кратным использованием воздуха для создания избыточного давления в автоклаве первоначально используют предварительно накопленный воздух в автоклав-камере от первой серии опытов, затем используют воздух, который многократно используется во второй серии. Для анализов модифицированного металла отливают специальные образцы. Из первой серии при вводе магния 0,12%, из второй при вводе тех же количеств магния при многократном использовании воздуха. Об зффективности предлагаемого способа судят но расходу и остаточному содержанию магния в чугуне при вводе 0,12 и 0,20%. Остаточное содержание магния определяют методом спектрального анализа. В результате проведенных опытов установлено, что для модифицированного чугуна в атмосфере воздуха одноразового использования 1 рстаточное содержание при вводе магния 0,12 и 0,20 % составляет соответственно 0,023 и 0,041%. При модифицировании в атмосфере Ьоздуха трехкратного использования остаточное содержание магния в чугуне ссютветствешш 0,056 и 0,078%. Таким образом, установлено, что предлагаемый способ обеспечивает остаточное содержание магния в обоих случаях, которое npeBbuuaet обычно требуемое по технологии (0,04 0,06 вес.%). Это позволяет утверждать, что в условиях многократного использования воздуха при модифицировании для получения указашюго остаточного содержания магния в чугуне его расход может быть уменьшен по сравнешпо с установленными нормами на 30-50%, а усвоение повышено на 25-40%. По предварительным расчетам ожидаемый зкономический эффект составляет не ниже одного рубля на 1 т обрабатываемого чугуна. Формула изобретения Способ модифицирования чугуна магнием под давлением, включающий установку ковша с жидким чугуном в камеру-ёвтоклав, подачу воздуха под давлением, ввод магния на поверхность металла и его перемешивание, разгерметизацию и выпуск воздуха, отличающийся тем, что, с целью уменьшения угара магния и уменьшения его расхода, использо ванньш в автоклаве воздух с частично или полностью удаленным кислородом перекачивают из автоклава в отдельную емкость, откуда его затем вводят в камеру-автоклав для создания давления при последующем модифицировании. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Справочник по чугунному литью. М., Машиностроение, М, 1978, с. 210-251.