Брикет для плавки железоуглеродистого сплава

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 8766 2 В 1/2 С 51)5 С 21 С 1/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ литеинонно кавов,икетов АН УССРнститутской меняе. - еталли ия яв- ифициключен сти енко,ковалю- торьх СС 9тве 6альное.умень, изза сче ССР 980 54) БРИ(ЕТ ДЛЯИСТОГО СПЛАВА ВКИ ЖЕЛЕЗОУГЛЕР лав еродсодержащий й и стружку в составе котоий в количестве чугунную стружку, угл материал, Ферросилици алюминиевых сплавов, рых присутствует магн 6-131, при следуюцем компонентов, мас.4: к плавв частношении иий УглеродсодержматериалФерросилицийСтружка алюминиевых сплавовЧугунная стружка-1,9 -3,5 2,0-3,0Остально для плавки лава содержитГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТпо изОБРетениям и ОтнРытияПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Институт проЬлем литьяи Киевский политехническийим. 50-летия Великой Октябрсоциалистической революции(56) Авторское свидетельствМ 1296620, кл, С 22 С 35/00Авторское свидетельствойф 926476, кл, 1 27 В 1/00,ИзоЬретение относится к литейномупроизводству, преимуцественноке железоуглеродистых сплавов,ности к изготовлению Ьрикетов из металлической стружки, применяемых вкачестве составляюцей металлическойшихты.Целью изоЬретения является сокрацение расхода модифицируюцих добавок,измельчение включений графика и улучшение пластичности сплава,Предлагаемый Ьрикетжелезоуглеродистого сп(57) Изобретение относится к му производству, преимуцестве плавке железоуглеродистых спл в частности к изготовлению Ьр из металлической стружки, при мых в качестве составляюцих м ческой щихты. Целью изобретен ляется сокрацение расхода мод руюцих добавок, измельчение в графита и улучшение пластично сплава. Брикет содержит, мас. леродсодержаций материал 0,Я- ферросилиций 2,5-3,5; стружка миниевых,сплавов в составе к присутствует магний в количес 131 2-3; чугунная стружка ост Применение Ьрикетов позволяет шить расход модификатора на 6 мельчить включение графита и этого повысить пластичность с на 25. 3 табл, 1618766Изготовление предлагаемого брикета производится следующим образом.Ферросилиций ФС 75 и углеродсодержащий материал (коксик) измельчают поочередно сначала в молотковой дробилке, затем в шаровой мельнице до фракций 0,1-2,5 мм. Расчетное количество измельченного Ферросилиция и коксика, а также стружку алюминиевых сплавов добавляют в процессе наполнения мерного приемного бункера чугунной стружкой.Качественный и количественный составы предлагаемого брикета выбраны. на основании оЬщих требований, предьявляемых к качеству переплавляемых брикетов (брикет должен обладать повы-. шенной плотностью и прочностью, иметь в составе компоненты, обладающие по О вышенной рафинирующей и модифицирующей способностью), НаиЬолее полно удовлетворяет этим требованиям бри.кет, содержащий, кроме чугунной стружки, углеродсодержащее вещество, Фер росилиций и стружку алюминиевых сплавов в указанном соотношении,Для устранения вредного влияния водорода и оксидных включений железа на механические свойства сплава, в том числе и на пластичность, и поддержание углерода на определенном уровне при плавке. и выдержке расплава я состав брикета вводят углерод- содержащее вещество. Количество по" следнего в составе Ьрикета изменяют в пределах 0,8-1,9;, Применение таких компонентов, как коксик, кокс и графит в качестве восстановителей,не содержащих водород, позволяет уменьшить содержание водорода в сплаве и восстановить оксиды железа, присутствующие в переплавляемой стружке. Чем меньше окисленность переплавля емой стружки, тем полнее происходит удаление серы из расплава, тем мень" ше треЬуется углеродсодержащей добав- ки в Ьрикет,При применении коксика в .количестве менее 0,8 мас. Ф происходит недостаточное рафинирование чугуна от оксидов и вредных примесей (серы, кислорода, азота), что способствует понижению пластичности сплава и дополнительному расходу модификатора при модифицировании его в ковше, Если вводить коксик в состав брикета в количестве более 1,9 мас., то имеет место недостаточная прочность брикета, так как измельченный материал создает дополнительное сопротивлениедвижению стружки, в пресс-форме, и,как следствие, брикеты обладают повышенной осыпаемостью при транспортировке и загрузке в плавильную печь.Ферросилиций замедляет скоростьохлаждения сплава и способствуетпроцессу графитизации. Для интенсификации процесса графитизации, особенно в тонкостенных отливках, к которым можно отнести и гильзы цилиндров,в состав брикетов вводят Ферросилиций,Сокращение расхода модифицирующихдобавок при модифицировании чугунав ковше, измельчение включений графита и повышение пластичности сплавадостигаются преимущественно введениемв состав Ьрикета стружки алюминиевыхсплавов, содержащих магний в количестве бмас.1. При таком содержаниимагния в стружке в жидкий чугун вводится 0,012-0,039 мас.1 магния.Под действием магния графитныевключения в процессе кристаллизациипринимают не пластинчатую (удлиненную), а шаровидную (укороченную)форму. Иаровидные включения, имеющиеминимальную поверхность при данномобъеме, значительно меньше ослабляют металлическую основу чугуна, чемпластинчатые включения.Используемая в качестве модифицирующей доЬавки стружка алюминиевыхсплавов является вполне доступным идешевым материалом и содержит такиеэлементы как алюминий, кремний и магний, которые в ряду электроотрицательности находятся почти рядом и поотношению к элементам, входящим всостав чугуна, имеют наименьшие значения электроотрицательностей. Поэтому они должны в первую очередь взаимодействовать с металлоидами - кислородом, азотом, серой, углеродом и др.,т.е. основная часть введенной добавки в расплав чугуна в составе брикета из чугунной стружки расходуется нарафинирование его по сере, кислороду .и азоту, а также на измельчение включений графита, размер и Форма которых оказывают существенное влияние напрочностные характеристики сплава,в том числе и на пластичность. Основными параметрами, характеризующимиэффективность добавки Ферросилиция187666регрева ванны до 1380-1 ч 00 С вводт тчугунную стружку в виде брикетов вь количестве 10 мас.;,от массы завалки,5затем догружают сверху чугунный истальной лом, После расплавления, корректировки сплава по химическомусоставу, прогрева ванны до температуры 1 Й 20-1 ч 60 С печь отключают, сзеркала расплава удаляют шлак и расплав сливают в ковш, предварительнопрогретый до 600-700 С, где дополнительно проводят обраЬотку жидкогометалла Ферросилицием ФС 75. Послевыпуска расплав для усреднения егопо химическому составу тщательно перемешивают металлическим прутком.,тля определения механическихсвойств и микроструктуры чугуна СЧ,20 выплавленного как с применением брикетов предлагаемого состава, так иизвестных, отливают образцы в песча-.ную Форму,Результаты исследований представ 25 лены в табл,1,ЭФФективность указанной добавки всостав брикета зависит от количествавводимого Ферросилиция, от качественного состава стружки алюминиевыхсплавов, ее количества и массовойдоли переплавляемых брикетов в составе шихты при выплавке железоуглеродистого сплава. Ферросилиций замедляет скорость охлаждения сплава и способствует графитизации, В реальныхусловиях скорость охлаждения определяется толщиной стенки отливки. Оемменьше толщина стенки отливки, тембыстрее охлаждение и в меньшей степени протекает процесс графитизации,что способствует понижению пластичности сплава,Содержание кремния в сплаве можноувеличить как за счет обработки расплава в ковше Ферросилицием в количестве 0,3-0,8, так и путем ввода последнего в состав переплавляемых брикетов в пределах 3-8 масВведение указанного количества Ферросилиция в состав брикетов позволя-ет существенно сократить расход модиФикаторов при обработке расплавав ковше или же полностью исключить 5 16 и стружки алюминиевых сплавов в состав переплавляемых брикетов, служат размер включений графита, плэстичност сплава и уменьшение расхода модификаторэ при модифицировании чугуна в ков ше. эту операцию, улучшить пластичностьсплава и тем самым повысить качество Ьрикетов. Качественный состав алюминиевой стружки определяется химическим составом алюминиевых сплавов(АЛ 22 и АЛ 29), которые, кроме алюминия, содержат 6- 13 мас, магния,около 1 мас,5; кремния и другие компоненты, Иассовая доля переплавляемых брикетов в составе шихты привыплавке серых чугунов обычно не превышает 1 Й, Условно считают эти величины постоянными, а количество Ферросилиция и стружки алюминиевых сплавов в составе переплавляемых брикетов переменными величинами,Оптимальное количество Ферросилиция и стружки алюминиевых сплавов всоставе брикетов из чугунной стружкиустановлено нэ основании экспериментальных данных, Для этого в индукционной печи ИСТвыплавляютсерый чугун марки ГО, После расплавления металлической шихты и пеИз табл.1 следует, что лучшие результаты получают при добавке в состав Ьрикета 2,5-3,5 мас,л ферроси лиция и 2,0-3,0 мас,1 струкжи алюминиевых сплавов, Это объясняется тем,что при использовании в составе брикета до 2,5 мас. Ферросилиция иалюминиевой стружки в количестве менее 2,0 мас.ь не обеспечивается эффективное рафинирование чугуна отвредных примесей и измельчение включений графита, При дальнейшем повышении количества модифицирующих доЬа вок в составе брикета (стружки ))3,0 мас.1, а РеБ-. ) 3,5 мас,) происходитнтенсивное оЬразование и насыщение чугуна оксидами алюминия,магния, кремния и другими соединени ями, которые оказывают влияние надиФФузионные процессы при кристаллизации расплава, Эти соединения,располагаясь по границам кристаллов,ослабляют межкристаллитные связи вчугуне и спосоЬствуют росту включений графита в виде пластин по гра"ницам кристаллов, понижая тем самымего пластичность. Наступает эффектперемодифицирования сплава.При содержании магния в стружкеалюминиевых сплавов меньше нижнегопредела (6,0 мас.1) эффект модиФицирования проявляется в значительноменьшей степени. В момент расплавле 1618166ния брикетов процесс окисления протекает не так интенсивно и почти весьмагний расходуется в первую очередьна взаимодействие г кислородом,се 5рой и другие элементами, а поэтомуне оказывает существенного влиянияна Форму включений графита, размери Форма которых оказывают влияниена прочностные характеристики сплава, в том числе и на пластичность,При содержании магния в стружкеалюминиевых сплавов Ьольше верхнегопредела (13 мас,ь) наблюдается эффект перемодифицирования. В моментрасплавления брикетов процесс окисления протекает очень интенсивно, сопровождается значительным угаром магния, образованием и насыщением чугуна оксидами алюминия, магния, кремния и другими соединениями, которые,располагаясь по границам кристаллов,ослабляют межкристаллитные связи вматрице и спосоЬствуют росту включения графита, понижая тем самым пластичность жепезоуглеродистого сплава,Подтверждением вышеописанному могут служить результаты дополнительных исследований табл,2), полученные при выплавке чугуна СЧв печи ИСТс применением в брикетахстружки алюминиевых сплавов, содержащих различное количество магния.Приплавке чугуна применяют брикетыследующего состава, мас.Ф: углеродосодержащее вещество 1,1; Ферросилиций 2,5; стружка алюминиевых сплавов 2,5; чугунная стружка остальное,Масса каждой плавки 160 кг, а массовая доля переплавляемых брикетов,используемых в качестве шихты, 10/массы завалки.1 ак следует из таЬл.2, лучшие результаты получают при использованиив составе брикета стружки алюминиевых сплавов, содержащих магний вколичестве 6,0-13,0 мас, (сплавыАЛ 22, АЛ 23 и АЛ 29), тогда как при испопьзовании стружки алюминиевыхсплавов, содержащих магний менее6 мас., г,сплав АЛ 13) и более 13,0 мас.(сплавы: 1,0 кремния + 13,5-11,5 хмагния + алюминий остапьное), результаты получают зна ительно ниже.Следовательно. применение в составе шихты предлагаемых брикетов, содержащих стружку алюлиниевьх сплавов,с содержаниеМ (,0-13,0 мас,;, магния, Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Брикет для плавки железоуглеродистого сплава, содержащий чугунную стружку и углеродсодержащий материал, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью сокращения расхода модифицирующих добавок, измельчения включений графита и улучшения пластичности сплава, он дополнительно содержит Ферросилиций и стружку алюминиевых сплавов, в составе которых присутствует магний в количестве 6 13;, при следующем соотношении компонентов, мас.4:Углеродсодержащийматериал 0,8-1,9 позволяет уменьшить расход модификатора в ковше, измельчить включения графита до 50-100 мкм и за счетэтого получить пластичггость сплавадо 9,2 Ж.В производственных условиях проводят четыре опытно-промышленные плавки чугуна СЧ-О с применением в качестве шихты брикетов, не содержащихферросилиций и стружку алюминиевыхсплавов плавки 1, 2), и брикетов, всостав которых входит 3,0 мас,/ ферросилиция и 2,5 мас.4 стружки алюминиевых сплавов (плавки 3,г).Брикеты изготовляют из чугуннойстружки на гидравлическом прессеБч с усилием прессования 2,5 МН,а плавки проводят в индукционной печи ИСТ, Масса каждой плавки160 кг. Количество чугунной стружки,используемой я качестве шихты, составляет 10/ от массы завалки,Для определения механическихсвойств и микроструктуры чугунныхгильз цилиндров с каждой плавки отбирают 3 гильзы, из которых изготовляют образцы. В результате проведенных исследований табл.3) установлено, что пр менение предлагаемыхбрикетов, содержащих Ферросилицийи стружку алюминиевых сплавов,позволяет повысить пластичность сплаваот 5,5 до 9,0 мас.1 за счет измельчения включений графита до 50-100 мкм,при этом сократить расход Ферросилиция при модифицировании чугуна вковше на 671 по сравнению с применением Ьрикета-прототипа(без Ферросилиция и стружкиалюминиевых сплавов).1 О 1618766 2,0-3,0Остальное 2,5-3,5 ФерросилицийСтружка указанных алюминиевых сплавовЧугунная стружка Таблица Размер Ьрикет Компоненты, входящие в состав брикета, мэс.2 Пластичностьчугна,Количество включений магния,приходящегосяна 1 т жидкого чугунапри введении его в Стружкаалюминиевых ферросилиций Чугуннаястружка Углеродсодержащее вещество графита в чугуне, мкм сплавов расплав всоставе брикетов,мас.ь Остальное 0,4-0,5 120-160 6,5 22 смоляныхостатков итяжелых Фракций промышленных масел Известный 11 редлагаемый1 2 3 45 6 7 6,8 7,2 2,8 8,5 9,0 8,5 7,5 0,003-0,006 0,006-0,0130,09-0,020 0,0 12;0,026 0,015-0,033 0018-0,039 0,02 1-0,046 110-140 90-130 60-120 50-100 50-100 60-110 90"130 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 О, 1 О 0,05 1,0 15 2, О 2, 5 3, О 3, 5 4,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 0,04 коксика 0,010,30,81,41,92,4 То же(Ферросилиций ФС)при обработке чугуна вКОВ 10 Е, от об 1 цего количе- ства Пластич.ность Иаркасплава чугустружке алюминиевых сплавов,мас4 АЛ 13 4,5 АЛ 13 5, О АЛ 13 5,5 АЛ 23 6,0 АЛ 29 8,0 АЛ 22 11,0 АЛ 22 13, 013,5Ш 14,014,5 45 42 40 . 38 35 32 29 25 21 19 Расходмодификатора(ферросилицияФС)на 1 тжидкогочугунапри обработкеего вковше 100-140 90-130 80-110 60-100 60-90 50-90 50-100 70-110 80-120 90-13012 1618766 Табли ца 3 Плавка Характеристика переплавляемых брикетов Основные параметры, характеризующиеэффективность брикетов (данные покаждой отливке) Размервключений гра"фита,мкм Расход модификатора (ферросилиция ФС) приобработке чугуна в ковше, 4от общего количества Пластичностьчугуна,6,7 6,5 6,5 6,8 6,5 6,7 Применение брикетов содержащих 98. мас.1 чугуннойстружки и 2 мас.Ф углеродсодержащего вещества ввиде смоляных остаткови тяжелых фракций промышленных масел (брикетпрототип)Применение брикетов, со" 9,0держащих 93 мас.Ф чугунной 8,7стружки, 14 мас.Ф углерод,0содержащего вещества 8,7Тираж Подписное ВНИИПИ Государ:твенного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5