СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОГО ЧУГУНА
METHOD OF IRON MODIFICATION

Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к способу получения модифицированного чугуна с шаровидным графитом, который может использоваться для изготовления деталей машин и оборудования.
Известен способ модифицирования жидкого чугуна под сыпучим покровным материалом, включающий выплавку чугуна заданного состава, размещение слоя твердого измельченного модификатора на дне ковша, нанесение на поверхность модификатора слоя покровного материала, заполнение ковша расплавом чугуна и засыпку зеркала жидкого чугуна тем же покровным материалом, который состоит из углеродного пассиватора (измельченный кокс) и теплоизолирующей добавки (вспученный перлит).
(SU 1077929, С21С 1/10, опубликовано 07.03.1984)
В процессе модифицирования жидкого чугуна в нижних его слоях, находящихся в донной части ковша, образуются пузырьки паров магния из твердых частиц лигатуры при ее контакте с расплавом. Во время их всплытия на поверхность расплава происходит усвоение магния чугуном. При таком процессе модифицирования коэффициент распределения магния по объему чугуна составляет 0,8.
Однако недостатками данного способа являются низкий процент усвоения магния расплавом (55-65%).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ модифицирования жидкого чугуна, включающий выплавку в плавильной печи чугуна заданного состава, слив из плавильной печи расплава в ковш, засыпку зеркала жидкого чугуна покрывным материалом - порошком флюсперлита «Барьер», который, коагулируя шлак, образует с ним плотный вязкий покров, введение через зазор между футеровкой ковша и покровным материалом в расплав чугуна твердого тяжелого модификатора на основе церия, магния и никеля и засыпку зазора покрывным материалом. При таком процессе усвоение магния и церия достигает 95%.
(RU 2422546, С22С 1/10, опубликовано 27.06.2011)
Модифицирование расплава чугуна идет в процессе опускания модификатора в донную часть ковша. Поэтому недостатком данного способа модифицирования являются низкий коэффициент распределения магния и церия по объему жидкого чугуна (до 0,6), находящегося в ковше. Усвоение магния и церия верхними слоями расплава в ковше происходит в большей степени, чем нижними. Поэтому отливки, полученные из металла верхних слоев ковша, содержат 95% графита правильной формы, а отливки, полученные из металла нижних слоев ковша, - 55%, что отрицательно сказывается на прочностных характеристики этих отливок.
Задачей изобретения и его техническим результатом является повышение коэффициента распределения магния и церия по объему жидкого чугуна, которым будут заливать литейные формы.
Технический результат достигается тем, что способ получения модифицированного чугуна включает выплавку чугуна заданного состава, засыпку на зеркало чугуна покровного материала, выдержку его до образования плотного вязкого покрова и введение в расплав твердого модификатора на основе церия, магния и никеля, причем перед введением в расплав модификатор выдерживают в воде, а выплавку и модифицирование чугуна ведут в тигле индукционной печи с частотой тока 50-2400 Гц при уровне расплава чугуна не выше уровня верхнего витка индуктора печи, перед засыпкой покровного материала на 5-50% уменьшают величину номинальной мощности, подводимой к индуктору печи, после чего модифицированный чугун сливают в ковш.
Технический результат также достигают тем, что при частоте тока индуктора 2400 Гц засыпку покровного материала и введение модификатора осуществляют после уменьшения величины номинальной мощности, подводимой к индуктору печи, на 5-15%; при частоте тока индуктора 500 Гц засыпку покровного материала и введение модификатора осуществляют после уменьшения величины номинальной мощности, подводимой к индуктору печи, на 15-25%; при частоте тока индуктора 50 Гц засыпку покровного материала и введение модификатора осуществляют после уменьшения величины номинальной мощности, подводимой к индуктору печи, на 40-50%; твердый модификатор вводят между футеровкой тигля и покрывным материалом; время введения в расплав твердого модификатора составляет менее 5 секунд; твердый модификатор вводят в количестве 1,0-1,5% от массы модифицируемого жидкого чугуна; место введения твердого модификатора в расплав чугуна засыпали покровным материалом; в качестве покровного материала используют порошок флюсперлита «Барьер».
Способ по изобретению можно проиллюстрировать следующим примером.
Для расплавления железоуглеродистых шихтовых материалов и выплавки легированного чугуна заданного состава использовали среднечастотную (500 Гц) индукционную печь. При ведении процесса при номинальной мощности на индукторе идет процесс интенсивного перемешивания расплава, что не дает возможности сформировать на поверхности расплава защитного покрова.
При достижении температуры жидкого чугуна 1440°С уменьшали величину номинальной мощности, подводимой к индуктору печи, на 20-21% и засыпали зеркало расплава покрывным материалом - порошком флюсперлита «Барьер» в количестве 0,5% от массы обрабатываемого расплава. При уровне расплава в тигле не выше уровня верхнего витка индуктора электропечи и появления выпуклого мениска расплава при снижении мощности создаются условия быстрого затягивания твердого модификатора в донную часть тигля электропечи, где происходило его растворение, что обеспечивало повышение коэффициента распределения магния и церия по объему жидкого металла. При этом образующийся после выдержки порошка флюсперлита плотный вязкий покров не разрушается.
Затем в жидкий чугун между футеровкой тигля индукционной печи и покровным материалом вводили известный твердый сфероидизирующий модификатор на основе церия, магния и никеля в количестве 1,0% от массы обрабатываемого расплава. Модификатор содержал магний, церий, железо и никель при следующем соотношении компонентов, мас. %: магний 7,0-8,0, церий 8,0-10,0, железо ≤ 1,5, Ni - остальное. Перед введением в расплав твердый модификатор предварительно выдерживали в воде в течение времени (несколько минут), достаточного для пропитки его водой и окисления наружной поверхности компонентов. Благодаря этому в сочетании с уменьшением интенсивности перемешивания расплава от снижения величины номинальной мощности, подводимой к индуктору, начало взаимодействия модификатора с расплавом происходило с задержкой, т.е. через 5 секунд после введения модификатора в расплав, и протекало менее интенсивно. Время введения модификатора в расплав составило 4 сек, после чего место введение засыпали порошком флюсперлита «Барьер».
Задержка интенсивного взаимодействия модификатора и расплава происходило, за счет образования вокруг частиц модификатора паровой подушки и окисленности ее наружной поверхности. Благодаря этому горение магния и церия на начальной стадии взаимодействия компонентов модификатора и расплава не происходило, что уменьшало их угар.
Дополнительно к этому при сливе жидкого чугуна из тигля индукционной печи в ковш его нижние слои перемешиваются с верхними слоями за счет чего коэффициент распределения магния и церия по объему расплава еще больше выравнивается и достигает 0,96.
После модифицирования чугун имел следующее содержание элементов, мас. %: углерод 3,5, кремний 1,8, хром 8,0, марганец 1,0, никель 4,5, бор 0,3, ванадий 0, 6, медь 0,4, церий 0,03, магний 0,03, железо остальное.
Аналогичные результаты были получены при осуществлении способа по изобретению на других индукционных печах с иными частотными характеристиками. При этом для высокочастотной индукционной печи с частотой тока индуктора 2400 Гц достижение технического результата обеспечивается при засыпке покровного материала и введении модификатора после уменьшения величины номинальной мощности, подводимой к индуктору печи, на 5-15%, а для низкочастотной индукционной печи с частотой тока индуктора 50 Гц - после уменьшения величины номинальной мощности, подводимой к индуктору печи, на 40-50%.
Результаты сравнительного анализа известного способа и способа по изобретению для получения модифицирования чугуна с шаровидном графитом приведены в таблице.
Приведенные данные в таблице свидетельствуют о том, что модифицирование расплава в тигле работающей индукционной печи способствует повышению коэффициента распределения магния и церия по объему расплава, находящегося в ковше с 0,6 до 0,88-0,98, а количество (усредненное) шаровидного графита увеличивается с 65 до 86-95%.
Таблица
№
Емкость тигля, т
Масса чугуна, т
Уменьшение номинальной мощности, %
Место модифицирования чугуна
Количество шаровидного графита, %
Ковш
Индукционная печь с частотой тока, Гц
50
500
2400
Коэффициент распределения магния и церия по объему расплава, К
Известный
1
1,0
1,0
-
0,6
-
-
-
65
2
-
-
-
-
3
-
-
-
-
По изобретению
4
1,0
0,85
50
-
0,95
-
-
90
5
45
-
0,96
-
-
93
6
40
-
0,98
-
-
95
7
1,0
0,85
25
-
-
0,92
-
89
8
20
-
-
0,93
-
92
9
15
-
-
0,95
-
94
10
1,0
0,85
15
-
-
-
0,88
86
11
10
-
-
-
0,90
88
12
5
-
-
-
0,92
90