СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ЧУГУНА С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ
METHOD FOR MODIFICATION OF CAST IRON WITH SPHERICAL GRAPHITE

Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к способу модифицирования легированного чугуна с шаровидным графитом, которые могут использоваться в качестве быстроизнашивающихся деталей, например, мелющих элементов рудо- и углеразмольных мельниц.
Известен способ модифицирования жидкого чугуна под сыпучим покровным материалом, включающий выплавку чугуна заданного состава, последовательное размещение слоя твердого измельченного модификатора - магнийсодержащего ферросплава на дне ковша до начала заполнения его расплавом чугуна, нанесение на поверхность модификатора слоя покровного материала, слив из плавильной печи расплава чугуна в ковш, засыпку зеркала жидкого чугуна покровным материалом, который состоит из углеродного пассиватора (измельченный кокс) и теплоизолирующий добавки (вспученный перлит). Усвоение магния при этом процессе достигает 55-65%. (SU 1077929, C21C 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 чугуна с шаровидным графитом, включающий засыпку на зеркало расплава чугуна покрывного материала и введение в расплав жидкого чугуна твердого модификатора, причем в качестве покрывного материала используют порошок флюсперлита «Барьер-200», а в качестве твердого модификатора -дробленные цериевую присадку и никель-магниевую лигатуру, которые вводят в расплав между футеровкой ковша и покрывным материалом.
После засыпки зеркала жидкого чугуна порошок флюсперлита «Барьер» коагулирует шлак и образует с ним плотный вязкий покров. Твердые тяжелые модификаторы вводят в расплав через зазор между футеровкой ковша и покровом. Усвоение магния и церия при этом процессе достигает 95%. Процесс модифицирования расплава преимущественно проходит без пироэффекта и дымовыделения. (RU 2422546, C22C 1/10, опубликовано 27.06.2011).
Недостатками данного способа являются его эффективность при модифицировании расплава чугуна массой до 150 кг. При большей массе чугуна требуется большее количество модификатора, что приводит к увеличению при модифицировании уровня парциального давления паров магния и церия под флюсом. Под действием паров вязкий защитный покров флюса может разрушаться, что приводит к контакту модификатора и жидкого чугуна на воздухе, протеканию пироэффекта, дымовыделению и угару магния и церия.
Задачей и техническим результатом изобретения является повышение эффективности действия защитного покрова, что позволит увеличить массу расплава модифицируемого чугуна, ограничить взаимодействие твердого модификатора с жидким чугуном на воздухе, уменьшить угар магния и церия.
Технический результат достигают тем, что способ модифицирования чугуна с шаровидным графитом включает засыпку на зеркало расплава чугуна покровного материала в виде порошка флюсперлита «Барьер» и введение в расплав чугуна твердого модификатора в виде твердой церий-магний-никелевой присадки, причем перед введением твердого модификатора на зеркало расплава засыпают первый слой покровного материала и выдерживают его до образования плотного вязкого слоя, затем на первый слой засыпают второй слой покровного материала и вводят в расплав твердый модификатор с последующей засыпкой места ввода горячим покровным материалом, при этом твердый модификатор перед введением в расплав чугуна выдерживают в воде.
Технический результат также достигается тем, что твердый модификатор вводят в расплав между футеровкой и покрывным материалом; расход покровного материала за каждую засыпку составляет более 0,4% от массы модифицируемого чугуна; время введения в расплав твердого модификатора составляет менее 5 секунд; что церий-магний-никелевую присадку вводят в количестве 0,8-1,2% от массы модифицируемого чугуна.
Способ по изобретению можно проиллюстрировать следующим примером.
В электропечи расплавляли железоуглеродистые шихтовые материалы и получали легированный чугун. При температуре 1440°С расплав массой 1000 кг сливали в открытый ковш. После чего зеркало чугуна засыпали первым слоем покровного материала в количестве 0,5% от массы модифицируемого расплава чугуна и первый слой выдерживали при воздействии температуры жидкого чугуна с течение нескольких минут до образования на поверхности расплава плотного вязкого слоя (покрова). 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.
После образования плотного вязкого слоя флюсперлита на его поверхность засыпали тем же порошком флюсперлита «Барьер» в количестве 0,5% от массы обрабатываемого жидкого чугуна второй слой покровного материала. Второй слой также нагревается, но при этом сохраняет свое сыпучее состояние. Если при модифицировании первый защитный покров разрушался, то сыпучий горячий порошок флюсперлита второго слоя поступал в этот разрыв первого слоя и под действием температуры расплава образовывал новый плотный защитный покров, то есть ликвидировал разрыв в первом слое.
После образования двухслойного защитного покрова между футеровкой ковша и покровным материалом в расплав чугуна вводили известную твердую сфероидизирующую церий-магний-никелевую присадку в количестве 1,0% от массы обрабатываемого расплава. Присадка содержала магний, церий, железо и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%: 7,0-9,0 Mg; 8,0-10,0 Ce; 1,5≥Fe; Ni - остальное.
Перед введением в расплав чугуна твердую сфероидизирующую присадку предварительно выдерживали в воде в течение времени (несколько минут), достаточном для окисления наружной поверхности присадки и ее пропитки водой. Благодаря этим факторам начало взаимодействия присадки с расплавом чугуна происходило с задержкой, т.е. через 5 секунд после ввода присадки в расплав. За это время место ввода присадки в расплав засыпали горячим порошком покровного материала второго 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 присадки и расплава 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
Магний
0,03
Железа
Остальное
Результаты сравнительного анализа известного и предлагаемого способов модифицирования легированного чугуна приведены в таблице.
Приведенные данные в таблице свидетельствуют о том, что Способ модифицирования чугуна с шаровидным графитом обеспечило повышение степени усвоения магния и церия с 38-95 до 96-98%, а также исключить наличие при модифицировании расплава пироэффекта и угара церия и магния. При этом масса обрабатываемого жидкого чугуна увеличилась с 150 до 1000 кг.
Таблица
Способ модифицирования чугуна
Масса расплава, кг
Число слоев покровного материала
Материал присадки
Степень усвоения, %
Наличие пироэффекта
магния
церия
Известный
один слои
церий-магний-никель
1
150
95
92
нет
2
500
60
55
да
3
1000
40
38
да
По изобретению
два слоя
1
150
98
96
нет
2
500
98
96
нет
3
1000
98
96
нет