СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ КОРРЕКТИРОВКИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ЧУГУНА ПРИ ПЛАВКЕ В ИНДУКЦИОННЫХ ТИГЕЛЬНЫХ ПЕЧАХ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ КОРРЕКТИРОВКИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ЧУГУНА ПРИ ПЛАВКЕ В ИНДУКЦИОННЫХ ТИГЕЛЬНЫХ ПЕЧАХ

Ш.Б. Давулов1, ассистент Д.О. Суванова2, преподаватель А.Ш. Бозоров3, магистрант М.Ш. Бозаров4, инженер

1Ташкентский государственный технический университет имени Ислама Каримова Общеобразовательная школа № 348 3НИТУ МИСиС

4Филиал РХТУ им. Д.И. Менделеева 1,2,4

DOI:10.24412/2500-1000-2024-2-2-117-120

Аннотация. В статье рассмотрены возможности усовершенствования технологии корректировки химического состава чугуна при плавке в индукционных тигельных печах. В процессе исследования описаны результаты эксперимента, полученные в результате плавки серого и высокопрочного чугуна. Сделан вывод о том, что для получения стабильного химического состава чугуна при его плавке в индукционной тигельной печи необходимо придерживаться оптимального порядка загрузки шихты и использовать карбюризаторы на основе графита, которые характеризуются низким содержанием золы и примесей, с размером частиц 1,0-5,0 мм.

Ключевые слова: чугун, плавка, химический состав, печь, графит.

Конструкционные чугуны - уникальные сплавы. Область их применения охватывает большинство отраслей народного хозяйства благодаря удачному сочетанию эксплуатационных и технологических свойств. Особой и преобладающей областью применения чугунов является машиностроение, подавляющее большинство корпусных отливок для которого изготавливается из этого сплава. Кроме того, технологичность чугуна позволяет управлять свойствами за счет эффективного регулирования процессов структурообразования на этапе выплавки и последующей темпе-ратурно-временной обработки. Это дает возможность повысить механические свойства или придать специальные характеристики для конкретных условий эксплуатации: износостойкость, жаропрочность, коррозионная стойкость, особые магнитные характеристики [1].

Наличие в чугунах графитной фазы различной морфологии позволяет варьировать комплексом их свойств в очень широких пределах и конкурировать со сталью в литом и деформированном состоянии, а

также с другими материалами. Конечная структура и свойства чугуна зависят не только от процесса выплавки металла, но и от способа литья. Коррекция химического состава чугуна при его выплавке является одной из ключевых технологических операций, которая влияет на качество готовой продукции и эффективность ее производства. Основное требование к процедуре коррекции химического состава расплава чугуна заключается в том, что продолжительность ее выполнения должна быть по возможности минимальной и безошибочной.

Структурообразование в чугуне изучается уже давно, однако с развитием технологий и исследовательского оборудования появляется возможность проводить более глубокие теоретические и практические исследования, что и предопределило выбор темы данной статьи.

Различные методы плавления и внепеч-ной обработки чугунов с целью улучшения формы вкраплений графита, управления их размерами и процессами распределения в металлической матрице описывают в

своих трудах Ровин С.Л., Калиничен-ко А.С., Долгий Л.П., Шейнерт В.А., Луз-гин В.И., Петров А.Ю.

Над вопросами оптимизации химического и гранулометрического состава для различного по функциональному назначению серого или белого чугуна в литейной форме трудятся Ковалько М.С., Волоч-ко А.Г., Зизико А.В., Рубаник В.В., Квят-ковский С.А.

Однако, несмотря на имеющиеся труды и наработки, ряд вопросов в данной предметной плоскости остается открытым. В частности, отсутствие информации о характеристиках ферросплавов и других добавок, необходимых для использования при коррекции химического состава чугуна, затрудняет их эффективное применение в автоматических системах управления технологическим процессом изготовления металлопродукции.

Таким образом, цель статьи заключается в рассмотрении возможностей усовершенствования технологии корректировки химического состава чугуна при плавке в индукционных тигельных печах.

Основным этапом процедуры доведения состава чугуна до необходимой кондиции является расчет количества соответству-

ющих материалов, присадок для внесения в расплав с целью увеличения содержания конкретных элементов в чугуне [2]. Например, расчет порции ферромарганца, необходимой для добавления в расплав жидкого чугуна, чтобы повысить содержание Mn до требуемой величины. Искомой функцией в таком расчете является масса (объем, количество) материала, которую нужно внести в расплав для получения требуемого содержания в чугуне корректируемого химического элемента [3].

Итак, обозначим массу корректирующей добавки материала Aqм. Аргументами являются масса расплава чугуна печи q, кг; требуемое содержание анализируемого элемента в чугуне Еч, %; содержание элемента в расплаве, по результатам измерения химического состава пробы, отобранной из ванны расплава, Ез, %; содержание элемента в материале, который применяется для корректировки этого элемента, Ем, %; величина угара Уг, %, элемента, содержание которого корректируется, в процессе добавления в расплав корректирующего материала. Величина АЕ, на которую необходимо увеличить содержание элемента, определяется как АЕ = Еч - Ез, %.

Формула для расчета Адм имеет вид:

Дам =---или Дам =-^^—-

£т

Необходимо отметить, что переменные Ем и Уг в выше представленных формулах являются случайными величинами. Величины q и Ез в каждом случае целесообразно принимать за условно постоянные, достоверность которых определяется точностью аппаратуры, применяемой для их контроля. Результаты экспресс-анализа содержания Eз химических элементов в расплаве чугуна определяет направление и объем корректировки состава чугуна. Ве-

личина Еч необходимого содержания конкретного элемента в составе чугуна устанавливается в самом начале. Она является «точкой прицеливания» в процедуре коррекции его химического состава [4].

Рассмотрим особенности применения данной методики на практике. Химический состав серого (СЧ) и высокопрочного чугуна (ВЧ) опытных плавок приведен в таблице 1. Плавка осуществлялась в индукционной тигельной печи.

Таблица 1. Химический состав чугуна

Сплав Содержание, % масс

С Si Mn Cr Ni S P Mg

СЧ 2,9-3,1 1,5-1,9 0,7-0,9 0,1 0,1 0,02 0,02

ВЧ 3,5-3,7 3,2-3,5 0,45-0,55 0,1 0,1 0,02 0,02 0,035-0,050

Следует отметить, что химический состав СЧ подобран так, чтобы получить высокие показатели прочности в исследуемых тонкостенных отливках. Для ВЧ выбор верхнего предела содержания углерода связан с особенностями технологии литья по полистирольным моделям. При заливке чугуна с содержанием углерода выше 3,7 % часть углерода, образующаяся в результате термодеструкции пенополисти-рола и не успевающая удаляться вакуумной системой через противопригарное покрытие в песок, не усваивалась расплавом, а выделялась на поверхности отливки. Это приводило к появлению таких дефектов отливки, как углеродные раковины, склад-

чатость, пленки пироуглерода. Кроме того, повышенное содержание углерода способствует получению ферритной структуры. На герметичность также влияет степень сфероидизации графита - более высокая гидроплотность наблюдается у чугуна с шаровидной формой графита [5].

Металлографический анализ чугуна проводили с использованием микроскопа МИМ-8. Образцы для механических испытаний изготавливали из приливных проб. Испытания на растяжение проводили согласно EN 10002-1:2006. Твердость измеряли согласно ISO 6506-1:2007. Типичная микроструктура отливок, полученных из СЧ, представлена на рисунке 1.

Рис. 1 Микроструктура отливок из СЧ: не травленная

Как свидетельствует рисунок 1, в структуре присутствует пластинчатый графит формы ПГф1 и ПГф2 (рис. 1, а). Размер графитовых вкраплений 45-90 мкм, распределение - ПГр1, количество ПГ2-ПГ4.

Металлическая матрица - перлит дисперсностью Пд0,3 (рис. 1, б), феррит 2-8%. Цементит в структуре отсутствует.

На рисунке 2 показана типичная микроструктура отливок из ВЧ.

Рис. 2 Микроструктура отливок из ВЧ: не травленная

Согласно рисунка 2 в структуре ВЧ присутствует шаровидный графит формы ШГф5 и ШГф4 (рис. 2, а). Степень сферо-идизации графита - 90%. Размер графитовых вкраплений 15-25 мкм, распределение - ШГр1, количество ШГ2-ШГ4. Металлическая матрица феррит (70%) + перлит (30 %) (рис. 2, б).

Испытания на гидроплотность показали, что отливки из СЧ и ВЧ выдерживают испытательное давление жидкости в 40 МПа. Испытания на растяжение показали, что СЧ характеризуется прочностью в 305-

220 НВ. Временное сопротивление при растяжении ВЧ составляло 460-480 МПа, относительное удлинение - 5-8%, а твердость - 175-204 НВ.

Таким образом, для получения стабильного химического состава чугуна при его плавке в индукционной тигельной печи необходимо придерживаться оптимального порядка загрузки шихты и использовать карбюризаторы на основе графита, которые характеризуются низким содержанием золы и примесей, с размером частиц 1,05,0 мм.

320 МПа. Твердость СЧ составляла 196-

Библиографический список

1. Туракулов М.Р. Разработка эффективной технологии получения синтетического чугуна в индукционной тигельной печи // Universum: технические науки. - 2022. - № 62 (99). - С. 30-33.

2. Лузгин В.И. Высокопроизводительные индукционные печи средней частоты для плавки чугуна и стали // Промышленная энергетика. - 2022. - № 9. - С. 20-27.

3. Печенкина Л.С., Емельянов И.И. Влияние химического состава и структуры на износостойкость малоуглеродистых белых чугунов // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2023. - Т. 19. № 6. - С. 192-198.

4. Кобелев В.А., Онорин О.П., Спирин Н.А. Вопросы технологии и условия выплавки низкокремнистых чугунов в доменных печах // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. - 2023. - Т. 79. № 1. - С. 10-21.

5. Болдырев Д.А. Исследование эффективности альтернативного кремнийсодержащего материала для выплавки чугуна // Технология металлов. - 2023. - № 4. - С. 38-41.

IMPROVEMENT OF TECHNOLOGY FOR ADJUSTING THE CHEMICAL COMPOSITION OF CAST IRON WHEN MELTING IN INDUCTION CROUCHABLE

FURNACES

Sh.B. Davulov1, Assistant D.O. Suvanova2, Teacher A.Sh. Bozorov3, Graduate Student M.Sh. Bozarov4, Engineer

1Tashkent State Technical University named after Islam Karimov 2Secondary school № 348 3NUST MISIS

4Branch of Russian Chemical Technical University named after DI. Mendeleev 1,2,4

Abstract. The article considers the possibilities of improving the technology of adjusting the chemical composition of cast iron during melting in induction crucible furnaces. In the process of research, the experimental results obtained from melting of gray and high-strength cast iron are described. It is concluded that in order to obtain a stable chemical composition of cast iron when melting it in an induction crucible furnace, it is necessary to adhere to the optimal order of loading the charge and use graphite-based carburizers, which are characterized by a low content of ash and impurities, with a particle size of 1.0-5.0 mm.

Keywords: cast iron, melting, chemical composition, furnace, graphite.