Способ получения чугуна с шаровидной формой графита

СОЮЗ СОЕЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИ 1РЕСПУБЛИН 9) И 718 УДАРСТБЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ БРЕТЕН ОМ ВТ(71) Донецкий научно-исследователский институт черной металлургии(56) Авторское свидетельство СССРВ 502946, кл, С 21 С 1/10, 1976.Патент Швейцарии У 565864,кл. С 21 С 1/10, 1978. аШАРО(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНАВИДНОЙ ФОРМОЙ ГРАФИТА(57) Изобретение относится кти литейного производства и а"ко- Е бла жет ОПИСАНИ ВИДЕТЕЛЬСТВ У быть использовано для получениябольших единичных масс высокопрочного чугуна с шаровидным графитом,в частности для производства крупнотоннажного литья. Цель изобретениястабилизация процесса сфероидизацииграфита, улучшение качества и уменьшение стоимости чугуна. Чугун вначале обрабатывают экзотермической шла.ковой смесью в количестве 1,0 - 2,53от смеси чугуна, затем модифицируютмагнием в количестве 0,12-0,173 отмассы чугуна, выдерживают его в течение 0,3-0,5 ч и после удаления шлка проводят повторное модифицировние магнийсодержащей лигатурой вличестве 0,05-1,07. от массы чугуна.3 табл.35 40 45 50 Изобретение относится к литейному производству, в частности к получению больших единичных масс высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, и может быть применено при отливке сталеразливочных изложниц припоточном производстве крупнотоннажного литья (изложницы, поддоны),Цель изобретения - стабилйзацияпроцесса сфероидизации графита, улуч"шение качества и уменьшение стоимости чугуна,Предлагаемый способ получениячугуна с шаровидной формой графитавключает обработку чугуна экзотермической шлаковой смесью в количестве1,0-2,57 от массы металла, затем модифицирование магнием в количестве0,12"0,177 от массы металла, выдержку чугуна в течение О, 3-0,5 ч и вторичное модифицирование сфероидизирующей лигатурой.в количестве 0,05-1,07.от массы металла.Чугун сначала обрабатывают экзотермическими шлаковыми смесями в количестве 1,0-2,57 от массы металла,затем слитковым или гранулированныммйгнием в количестве 0,12-0,173 от массы металла и выдерживают в течение 0,3-0,5 ч, После этого с его поверхности удаляют шлак и производят вторичное модифицирование комплексным модификатором в количестве 0,05- 1,07 от массы металла.Предварительная десульфурация чугуна производится экэотермической шлаковой смесью и идет с экзотермическим эффектом, поэтому в этот период,нет потери теплачугуна. В качестве экзотермической шлаковой смеси применяют известную смесь, содержащую, мас.7: карбит кальция 40"60; графит 5-10; ферросилиций остальное.Наведенный шлак выполняет при этом: препятствует испарению магния и защищает поверхность чугуна от окисления, уменьшает тепловые потери на испарение магния и сокращает потери тепла излучением, уменьшает расход магния на десульфацию эа счет десульфурации чугуна компонентами, входящими в состав шлака,В табл. 1 приведено усвоение магния, а также суммарное количество тепла Я,1 потерянного (-) или полученного (+) чугуном при введении магния, в зависимости от количества шлакообразующей смеси. 5 0 15 20 25 ЗО Из табл, 1 следует, что при 0,87. шлакообразующей смеси потери тепла значительные, которые снижают температуру металла на 7-10 фС, При количестве шлакообразующей смеси 17. потери тепла практически равны нулю и с увеличением количества смеси до 2,57 они практически не изменяются, Шлаковое покрытие уменьшает также тепловые потери через зеркало металла за счет излучения, В результате общие тепловые потери уменьшаются в два раза. Кроме того, при обработке чугуна шлаками в количестве менее 1,07 от массы чугуна толщина покрытия шлака недостаточна и при обработке чугуна парами магния наблюдаются прорывы сплошности шлака, что приводит к повышенному окислению магния. Обработка шлаковой смесью более 2,57. нецелесообразна,так как дальнейшее увеличение практически не влияет на ход процесса и необоснованно увеличивает количество шлака. При обработке чугуна в ковшах с отношением высоты к диаметру (Н/Д) ) 1 количество шлаковой смеси может находиться в пределах 1,0-1,5 Х от массы металла, при Н/Д ( 1 количество смеси целесообразно увеличи" вать до 2,57.Нижний и верхний пределы количества вводимого магния 0,12-0,173т массы обрабатываемого чугуна обусловлены, исходя из условий получения на первом этапе модифициро- ванном чугуне не менее 703 графита сфероидальной формы и находятся в зависимости от исходного содержания серы в чугуне и температуры чугуна, При содержании серы в чугуне в пределах 0,01-0,027. степень сфероидиэации 70"803 обеспечивается при вводе магния в количестве не менее 0,123. При более высоком содержании серы в исходном чугуне (до 0,057.) необходимую степень сфероидизации получают при вводе магния до 0,173 от массы обрабатываемого чугуна (табл. 2). Нри вводе магнйя более 0,177 получают уже на первом этапе модифицирования графит практически полностью сфероидальной формы и при вторичном модифицировании чугуна комплексным модификатором, содержащим сфероиднзирующие элементы, остаточное .содержание магния в чугуне настолько высоко, что ухуд 1271886шается обрабатываемость отливок,Отказываться от вторичного модифицирования нецелесообразно, так каккроме улучшения структуры чугунаи обрабатываемости отливок, зта операция стабилизирует процесс сфероидизации графита. Это особенно важно. при отливке крупнотоннажного металлургического литья, имеющего большой интервал кристаллизации и требующего больших масс высокопрочногочугуна,Пределы во времени выдержки чугуна после модифицирования магниемобусловлены необходимостью образования устойчивости шлаковой корки наповерхности металла и процессами десульфации - ресульфурации.При выдержке чугуна менее 0,3 чна поверхности металла не успеваетобразоваться достаточно плотнаясплошная шлаковая корка, что приводит к тепловым потерям. Кроме того,этого времени недостаточно для полного всплывания и удаления в шлакобразовавшихся в ре=ультате реакцийсульфидов, что снижает степень десульфурации, Выдерживать чугун более0,5 ч также нецелесообразно, так какв этом случае наблюдается явление 30частичного перехода серы из шлакав чугун (ресульфурация), С увеличением времени выдержки возрастаетпроцент. перешедшей в чугун серы, Кроме того, на поверхности ковша за это З 5время наблюдается образование достаточно прочной шлакометаллическойкорки, которую трудно удалить и которая может стать причиной остановкипроцесса модифицирования. 40Вторичное модифицирование производится сфероиднзирующей лигатуройв количестве 0,05-1,0 Х от массы чугуна, Из табл. 3 видно, что ввод модификатора менее 0,053 практически 45не оказывает влияния на усилениесфероидизирующего эффекта и улучшение структуры высокопрочного чугуна: ввод более 1,ОХ модификаторанецелесообразен, так как, с одной 50стороны, это приводит к удорожаниючугуна, с другой - к некоторомуухудшению структуры чугуна вследствие эффекта перемодифицирования.Кроме того, ухудшается обрабатываемость отливок. Из табл,3 видно также,что степень сфероидизации графитапри вводе комплексного модиФикатова в виде лигатуры в количестве 0,057, соответствующем нижнему пределу, практически не отличается от степени сфероидизации при вводе комплексного модификатора в количестве 0,037, т,е,.ниже предлагаемого предела. Однако, при расходе модификатора менее 0,053 в структуре отливок наряду с графитом шаровидной и вермикулярной формы наблюдаются колонии пластинчатого графита, что нежелательно. Ввод в чугун комплексного модификатора в количестве 0,053 и более способствует полному исчезновению колоний пластинчатого графита, и структура состоит исключительно из графита шаровидной и вермикулярной формы. Следовательно, нижний предел расхода модификатора обусловлен не степенью сфероидизации, а недопустимостью получения в структуре колоний пластинчатого графита и соответствует 0,057.П р и,м е р. Доменный предельный чугун поступает в цех изложниц в чугуновозном ковше, Масса металла в ковше 85 т, температура чугуна 1400 фС, химический состав, мас.7.: С 4,2; 8 0,7; Мп 0,7; Р 0,08; Я 0,025.В.порожний чистый чугуновозный ковш, установленный в приямок, оборудованный вентиляционным устройством, загружается экзотермическая смесь,.содержащая карбид кальция, графит, кальцинированную.соду и ферросилиций в количестве 0,76 т (1,57 от массы обрабатываемого чугуна) и производится слив50 т чугуна при 380 С. При сливе практически весь доменный шлак остается с остатками чугуна в первом ковше, После выдержки в течение 15 мин, необходимых для образования устойчивого шлакового покрытия на поверхности чугуна,производится обработка его слитковым магнием по известному способу "магний - газ", в котором магний вводится в чугун с помощью полого испарителяКоличество вводимого магния составляет 0,152 или 1,5 кг на 1 т чугуна. Необходимое количество магния вводится за 0,3 ч (2 погружения испарителя), Окончание процесса модифицирования характеризуется обильным дымовыделением, что связано с догоранием продуктов реакции вследствие нарушения сплошности шлакового пок 5 12 рытия при выемке испарителя, Поэтому после окончания модифицирования чугун выдерживают в течение 0,5 ч в приямке при включенной вытяжной вентиляции. За это время на его поверхности образуется корочка шлака и прекращается выделение дыма. Потери температуры эа период от сли." ва чугуна до начала вторичного модифицирования составляют 80 ОС. Остаточное содержание магния в пробе, нзятой.из ковша, составляет,7: 0,050; углерода 4,0; кремния 0 83Вторичное модифицйрование чугуна производится нри 1 300 С комплексным модификатором - лигатурой, содержа" щей, мас,й: 81 55; Мя 5; Са 4; Ре остальное. Модификатор в количестне , 0,5 т ( 1,07 от массы металла) загружают на дно разливочного ковша и покрывают теплоизоляционным покрытием - древесным углем, для защиты поверхности чугуна от окисления, после чего в раэливочный ковш сливают модифицированный магнием чугун.Сливчугуна производится так, чтобы основная масса шлака с небольшими остатками металла осталась в чугуновозном ковше. После слива чугуна производят выдержку чугуна в течение 0,5 ч и далее заливку Форм из ложниц при 1260 фС.Конечный химический состав чугуна изложниц, мас,7: С 3,9 ф 8 1,2; Ип 0,7; Мя 0,06; Я следы; Р 008; Са 0,01. Металлическая основа чугуна перлитно-ферритная (П 70), графит имеет правильную шаровидную форму,степень сфероидиэации не менее 90,остальнЬЙ графит имеет неправильную шаровидную или вермикулярную Форму,Преимущество предлагаемого способа по сравнению с известным заключается н значительном упрощении технологического процесса. Предлагаемый способ исключает трудоемкую дополнительнук операцию, заключающуюсян повторном подогреве чугуна в индукционных печах, который неизбежновызывает потери магния при высокотемпературных выдержках чугуна, что,соответственно, приводит к его перерасходу, увеличивает расход электроэнергии и продолжительность технологического цикла получения высокопроч ного чугуна, Обработка чугуна экзотермическими шлакообразующими смесями по предлагаемому способу не71886 15 20 25 30 35 40 45 50 55 только уменьшает тепловые потери,испарение магния и окисление металла, но также увеличивается стабильность и эффективность процесса модифицирования за счет более глубокой предварительной десульфурации чугунанедефицитной экзотермической шлаковойсмесью. Так, содержание серы в чугуне предварительной десульфурациипо предлагаемому способу не превышаа"ет 0,0057, в то время как -десульфурация чугуна по известному способу обеспечинает содержание серы до 0,013. Содержание серы в исходном чугуне при этом в обоих случаях одинаково и составляет 0,03 - 0,063.Более глубокое рафинирование металла в результате предварительной обработки по предлагаемому способу позволяет получить высокую степень сфероидизации графита (без кодоний пластинчатого) при меньшем (0,05 1,0 Е к массе жидкого металла) расходе комплексного модификатора по сравнению с известным способом, который обеспечивает необходимую степень сфероидизации при расходе модификатора 1,47 Кроме того, предварительная обработка чугуна экзотермическими смесями приводит, как правило, к существенному снижению содержания в чугуне газов и элементов - демофикаторов, на нейтрализацию ко" торых расходуется до 203 сфероидизирующих добавок,Формула изобретения Способ получения чугуна с шаровидной формой графита, включающий обработку чугуна магнием, удаление шлака и последующее модифицирование магнийсодержащей лигатурой и ферросилицием, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью стабилизации процесса сфероидизации графита, улучшения качества и уменьшения стоимости чугуна, чугун нначале обрабатывают экзотермической шлаковой смесью н количестве 1,0-2,53 от массы чугуна, затем его модифицируют магнием н количестве 0,12-0,173 от массы чугуна, выдерживают в течение 0,3-0,5 ч и после удаления шлака осуществляют вторичное модифицирование магнийсодержащей лигатурой н количестве 0,05-1,07 от массы чугуна,1271886 ТаблицаУсвоение магния, Х, и значение Я, при количестве шлакообразующей смеси, Й от массы чугуна Количество 2,7 1,5 2,0 2,5 1,0 0,8 0,5 20-35 20-40 45-50 50-55 55-57 55-60 55-60 О,2 Чеуиккал/т+153 макс,Т а б л и ц а 2 Степень сфероидизации, Х, при количестве вводимого магния, Х:0 1271886 Таблица 3 Сепень сфероидизации графита, Х при количестве вводимого комплексного модификатора, Х одерание 0,03 0,05 О) 0,5 07 1,0 1,2 0,12 0,0 75-85 92-97 95-100 95-100 78-87 95-100 97-100 92-95" 0,01 О,5 90-92 92-95 0 17 001 0,12 0,25 72-78 72-78 75-80 75-85 92-95 95-100 92-95 ф 0,15 0,25 75-80 75-80 75-82 О,7 0,25 75-82 75-82 78-85 78-87 92-100 100 72-75 72"78 75-80 78-90 90-95 0,05 0,12 70-78 72-78 75" 80 75-83 90-95 92-97 0,15 0,05 70-78 72-78 78-82 80-85 95-100 97-100 90-95 ф 0,05 0,17Уменьшение степени сфероидизации графита за счет эффекта перемодиФицирования,Составитель К, СорокинТехред А.Кравчук Корректор А. Обручар Редактор Н. Яцола Заказ 6309(25 Тираж 552 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо.делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Кол-во вводимого М 8, Х серы в чугуне, % 75-80 75-80 75-82 75-82 75-82 75-85 75-85 75-82 78-87 1 82-90 97-100 10075-82 85-92 92-95 90-92 ф 90-95 90-95 ф