СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ЧУГУНА
METHOD OF IRON MODIFICATION

Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к способу модифицирования легированного чугуна с шаровидным графитом, который может быть использован для изготовления быстроизнашивающихся деталей, например мелющих элементов рудо- и углеразмольных мельниц.
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). Усвоение магния при этом процессе достигает 55-65%.
(SU 1077929, С21С 1/10, опубликовано 07.03.1984)
Недостатками данного способа являются низкий процент усвоения магния в расплаве и сложность удаления сыпучего покровного материала с поверхности жидкого чугуна, находящегося в ковше, что увеличивает вероятность засорения частицами покровного материала тела отливок и, соответственно, возникновения брака в литье по неметаллическим включениям.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ модифицирования жидкого чугуна в ковше, включающий засыпку зеркала жидкого чугуна покрывным материалом - порошком флюсперлита «Барьер», выдержку его до образования вязкого сплошного слоя, 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)
Недостатком способа являются его неэффективность при модифицировании расплава чугуна массой свыше 150 кг. При большей массе чугуна требуется достаточно большое количество модификатора, что приводит к разрушению вязкого защитного покрова флюсперлита под воздействием паров магния и церия. Это приводит к контакту модификатора и жидкого чугуна на воздухе, протеканию пироэффекта, дымовыделения и повышенному угару магния и церия.
Задачей и техническим результатом изобретения является повышение эффективности защитного действия покрова, что позволяет увеличить массу расплава модифицируемого чугуна, ограничить взаимодействие твердого модификатора с жидким чугуном на воздухе, уменьшить угар магния и церия.
Технический результат достигается тем, что способ модифицирования чугуна включает засыпку зеркала расплава чугуна в ковше порошком покровного материала - флюсперлитом «Барьер» до образования сплошного вязкого слоя, введение в расплав твердого модификатора и засыпку места введения модификатора покровным материалом, при этом сначала зеркало расплава засыпают кусковым алюминием до образования сплошного слоя оксида алюминия толщиной 0,5-1,5 мм, затем слой оксида алюминия засыпают порошком силикокальция до образования сплошного слоя шлака толщиной 0,5-2 мм, затем поверхность шлака засыпают порошком покровного материала до образования сплошного вязкого слоя толщиной 2-3 мм, затем поверхность вязкого слоя засыпают порошком покровного материала толщиной до 15 мм, после чего вводят модификатор и засыпают место введения модификатора порошком покровного материала верхнего слоя, а перед введением в расплав модификатор выдерживают в воде.
Технический результат также достигают тем, что время введения в расплав модификатора составляет менее 5 секунд; модификатор в расплав чугуна вводят между футеровкой ковша и покрывным материалом; а в качестве модификатора используют твердый сфероидизирующий модификатор на основе церия, магния и никеля, который вводят в количестве 0,8 - 1,2% от массы модифицируемого расплава чугуна.
Способ по изобретению можно проиллюстрировать следующим примером.
В электропечи расплавляли железоуголеродистые шихтовые материалы и получали легированный чугун. При температуре 1440°С расплав массой 1500 кг сливали в открытый ковш. После чего на зеркало чугуна вносили засыпкой кусковой алюминий в количестве около 0,4% от массы модифицирующего расплава. После расплавления алюминия и его окисления образуется плотной сплошной слой оксида алюминия толщиной 0,5-1,5 мм, который предохраняет компоненты модификатора, находящиеся в расплаве, от контакта со слоем покровного материала. В противном случае куски модификатора прилипают к покрову и сгорают на зеркале жидкого чугуна, в результате чего графит шаровидной формы образуется только в верхних слоях расплава, а в нижних слоях расплава, находящихся в донной части ковша, графит будет иметь вермикулярную форму.
Затем слой оксида алюминия засыпали порошком силикокальция марки СК15 в количестве около 0,4% от массы обрабатываемого расплава до образования второго сплошного вязкого слоя шлака толщиной 0,5-2 мм, состоящего из оксида кальция и диоксида кремния. При прохождение кусков модификатора через второй слой их поверхность частично покрывается слоем вязкого шлака, благодаря чему взаимодействие модификатора с жидким чугуном происходит с задержкой, т.е. через 5 секунд.
После образования слоя шлака его поверхность засыпают третьим слоем порошка покровного материала в количестве около 0,5% от массы модифицирующего расплава. В качестве покровного материала использовали флюсперлит «Барьер» (ТУ 5717-001-11035757-2006), который представляет собой фракционированную (размеры частиц 0,63-2,5 мм) перлитовую породу, содержащую диоксид кремния, оксид алюминия, оксид железа, оксид кальция, оксид кальция и натрия, глину при следующем соотношении компонентов, мас.%: диоксид кремния 65-77, оксид алюминия 11-16, оксид железа 0,5-6,0, оксид кальция 0,1-3,5, оксид кальция и натрия 3-11, глина не более 0,5. В процессе взаимодействия с горячим вторым слоем в течение нескольких минут покровный материал коагулирует и образует сплошной вязкий слой-покров толщиной 2-3 мм.
Затем на поверхность вязкого покрова засыпают тем же порошком флюсперлита «Барьер» в количестве около 0,5% от массы обрабатываемого жидкого чугуна толщиной до 15 мм. Четвертый слой также нагревается, но при этом сохраняет свое сыпучее состояние. Если при модифицировании третий защитный покров разрушался, то сыпучий горячий порошок флюсперлита четвертого слоя поступал в этот разрыв третьего слоя и под действием температуры расплава образовывал новый плотный защитный покров, то есть ликвидировал разрыв в третьем слое.
Сразу после этого между футеровкой ковша и покрывным материалом в расплав чугуна вводили известный твердый сфероидизирующий модификатор на основе церия, магния и никеля, присадку в количестве 1,0% от массы обрабатываемого расплава. Модификатор содержал магний, церий, железо и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%: магний 7,0-9,0; церий 8,0-10,0; железо ≤ 1,5; Ni - остальное.
Перед введением в расплав чугуна модификатор предварительно выдерживали в воде в течение времени (несколько минут), достаточном для пропитки водой и окисления наружной поверхности компонентов. Благодаря этому начало взаимодействия присадки с расплавом чугуна происходило с задержкой, т.е. через 5 секунд после ввода присадки в расплав. За это время место ввода модификатора в расплав засыпали горячим порошком покровного материала четвертого верхнего слоя. Задержка интенсивного взаимодействия присадки и расплава происходило за счет образования вокруг присадки паровой подушки и окисленности ее наружной поверхности. Благодаря этому горение магния и церия на начальной стадии взаимодействия с расплавом не происходило, что уменьшало угар указанных компонентов при модифицировании.
После модифицирования чугун с шаровидным графитом 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, алюминий 0,2, магний 0,03, кальций 0,3, железо - остальное.
Результаты сравнительного анализа известного и предлагаемого способов модифицирования легированного чугуна приведены в таблице.
Приведенные данные в таблице свидетельствуют о том, что способ по изобретению при модифицировании чугуна массой 1500 кг обеспечил повышение степени усвоения магния и церия с 25-30 до 98%, а также исключил наличие при модифицировании расплава пироэффекта и угара церия и магния. При этом масса обрабатываемого жидкого чугуна увеличилась с 150 до 1500 кг.
Таблица
Способ модифици-рования чугуна
Масса обрабатываемо-го расплава, кг
Число покровных слоев
Материал модификатора, мас.%
Степень усвоения, %
Наличие пиро-эффекта
магния
церия
Известный
150
один
Mg 7,0-9,0
95
92
нет
500
Се 8,0-10,0
60
55
да
1500
Fe ≤ 1,5
30
25
да
По изобретению
150
четыре
Ni - остальное
98
98
нет
500
98
98
нет
1500
98
98
нет