Способ легирования чугуна

) 56746 Союз Советских Социалистических РеспубликК АВТОР СИОМУ СВИДЕТЕЛЬСИУ ив Фтф(22) Заявлено 13.12.74 (21) 2082542/02с присоединением заявки Ме(45) Дата опубликования описания 15.05,78(51) М. Кл." "С 21 С 1/00 осударствеииый комитет Совета Мииистров СССР ло делам изобретенийи открытий(72) Автор, изобретения В. П, Зайко, Л. И. Гавриш, М. Л. Рысс и В. В. Ластовицкий Челябинский ордена Ленина электрометаллургический комоинат(54) СПОСОЬ ЛЕГИРОВЛНИЯ ЧУГУНА Изобретение относится к области металлурического производства, в частности к технологии летирования чугуна, например титаном.Известен способ легирования чугуна титаном, при котором титан вводят в чугун путемдлительеОй зыдержкт жтдкого угуна подшлаком, обогащенным окислами титана, в основной дуговой электропечи (сообщениеДж. Сиссера и Дж, Эриксона, 34-й международный конгресс литейщиков, Москва, 1971 г.,Машиностроение) .Известен также способ, при котором титанв виде ферротитана или отходов растворяютв ковше во время выпуска чугуна из печи илив литейной форме во время заливки в неечугуна (Литейное производство Ме 3,1970 г., Обработка передельного доменногочугуна),Кроме того, известен способ, при которомжелезо-титановый концентрат расплавляют врудотермической печи, затем расплав титанистого чугуна заливают в форму, в которуюпредварительно укладывают отходы титана ипокрывают скрапом (авт. св. СССР Мв 383738,С 21 С 5/52).Недостатками этих способов являются низкое усвоение титана, неравномерность распределения титана по объему чугуна, котораяобусловливает неоднородность микроструктуры и механических свойств по сечению отливок и снижает эксплуатационную стойкостьлитых изделий. Например, прп выдержке х;еталла под шлаком в течение 40 мин усвоениетитана составляет 37%, а при выдержке5 20 мин - 20/о. Усвоение титана при растворении в ковше составляет 30 - 40/о. Содержание титана в верхних зонах отливки в 1,3 -1,5 раза выше, чем в нижних.Кроме того, способы имеют технологию ле 10 гпрования.Известен способ легированпя чугуна титаном, по которому в жидком чугуне вначалерастворяют ферротитан, а затем металл подвергают воздействию твердого окислителя15 (Пивоварский, Высококачественный чугун,Металлургия, 1965). Этот способ приемлемдля легирования чугуна ферротитаном, неимеющим способности образовывать карбиды,так как титан находится в связанном состоя 20 нии с железом,В случае применения отходов титана(стружки, скрапа) для легирования чугуна поэтому способу взаимодействие титана с жидким чугуном начинается с образования кар 25 бидов титана по реакции Т+ (С) =ТС,ЛН= - 45000 ккал/моль, Кусочки титана находятся в твердом состоянии, так как температура его плавления выше, чем у чугуна(1660 С), Тугоплавкие карбиды титана30 (1 п.т,=3523 С), находящиеся на границе раз516746 Формула изобретения Составитель Р, Зельцер Корректоры: Л, Брахнина и Е, Хмелева Редактор Е. Братчикова Подписное Заказ 822/13 Изд. Юо 302 Тираж 653 НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5пр. Сапунова, 2 Типография,дела твердый титан в хкидк чугун, изолируют твердую фазу от жидкой. Кроме того, кар. биды титана, диффундирующие в чугун, существенно повышают вязкость слоя чугуна, контактирующего с кусочками титана. Таким образом, следствием взаимодействия титана с чугуном является образование вязкого карбидного слоя, который изолирует кусочки титана от чугуна и тормозит их растворение.Понижение вязкости и толщины этого слоя (например, путем окисления) способствует растворению титана. Однако реакция окисления карбидов в процессе обработки чугуна железной рудой (по способу легирования, описанному в качестве прототипа) протекает в основном в объеме жидкоподвижного чугуна с низким содержанием карбидов титана и не получает развития из-за повышенной вязкости в слое чугуна, обогащенном карбидами. Следовательно, обработка чугуна окислителем после введения титана не разрушает карбидного изолирующего слоя и не способствует растворению титана. Кусочки титана и титанокарбидные конгломераты, не успевшие всплыть на поверхность металла, обуславливают неравномерное распределение титана по объему чугуна, а всплывшие - безвозвратно теряются, снижая усвояемость титана,Целью изобретения является увеличение усвоения титана и улучшение его распределения по объему чугуна.Для этого предложен способ, по которому в ковш до выпуска чугуна вводят совместно с титаном (стружкой, скрапом) смесь, состоящую из железной руды и железо-кремне- кальций-магниевого модификатора в соотношении 1: (0,5 - :2) по весу в количесгве 100 - 200% от веса титана.Процесс легирования чугуна по описываемому способу состоит в следующем, В ковш загружают титан в виде стружки, скрапа размером кусков 20 - 200 мм (Т 1=95 - 99%). Затем на титан дают смесь железной руды (до 85% Ре 20 з) фракции менее 2 мл и модификатора, содержащего 40 - 65% %, 0,5 - 20/о Са, 4 - 10 о/о Мд, остальное - железо зернистостью до 5 мл, в соотношении 1: (0,5 - 2) по весу. Количество смеси составляет 100 в 20 от веса титана, загружаемого в ковш. Количество титана определяется расчетом, исходя из величины необходимого в чугуне титана и его усвоения. После разогрева заданной присадки до температуры 100 - 400 С в этот ковш выпускают из печи чугун.Во время заполнения ковша вследствие высокого сродства кремния к железу и экзотермичности процесса, в первую очередь в чугуне 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 растворяется кремнийсодержащий модификатор. Выделяющийся газообразный магний интенсифицирует процесс растворения модификатора. Кремний, кальций и магний модификатора образуют карбиды, которые взаимодействуют с железной рудой. В результате окислительно-восстановительной реакции образуется химически активное железо с низким содержанием углерода, в котором растворяется титан без образования карбидов. Перемешивание металла в ковше за счет выделяющихся газов при окислении углерода и испарении магния ускоряет процесс равномерного распределения титано-железистых соединений в объеме чугуна. Увеличение усвоения титана достигается тем, что в процессе растворения вокруг кусочков титана не образуется изолирующего карбидного слоя, который тормозит диффузионные процессы растворения при легировании чугуна известными способами. По этой причине при легировании предлагаемым способом титан растворяется с большей скоростью и со снижением потерь за счет всплывания нерастворенных кусочков титана на поверхность чугуна.Расход смеси, присаживаемой в ковш вместе с титаном, и весовое соотношение модификатора и железной руды в этой смеси определены опытным путем. Испытания показали, .что присадка смеси в количестве, меньшем, чем вес титана, не обеспечивает полного растворения титана, который обнаруживается при визуальном осмотре снятого с чугуна шлака, а избыток смеси свыше 2 весов тита. на практически не влияет на результаты легирования.Избыток и недостаток руды в смеси снижает усвоение титана, в первом случае за счет повышенного окисления титана, а во втором за счет неполного растворения.Оптимальный расход смеси 150 о/о к весу ти тана при соотношении веса железной руды к модификатору 1: 1. Способ легирования чугуна, заключающийся в введении в чугун в ковше металлических отходов титана с окислителем, о т л и ч а ющи й с я тем, что, с целью повышения усвоения и равномерного распределения титана в объеме чугуна, в ковш перед выпуском чугуна одновременно с отходами титана присаживают смесь, состоящую из железной руды и железо-кремне-кальций-магниевого модификатора, в весовом соотношении 1: (0,5 - 2) в количестве 100 - 200/о от веса титана.