Результат интеллектуальной деятельности: КОМПЛЕКСНЫЙ МОДИФИКАТОР ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ОТЛИВОК ИЗ ЧУГУНА С ВЕРМИКУЛЯРНЫМ И КОМПАКТНЫМ ГРАФИТОМ

Настоящее изобретение относится к черной металлургии, в частности к составу модификаторов для производства отливок из чугуна с вермикулярным и компактным графитом.

Известен «Модификатор для чугуна» (а.с. 1590481, МПК С22С 35/00), используемый при производстве чугуна с вермикулярным графитом, содержащий магний, кальций, редкоземельные металлы, алюминий, углерод, цирконий, кремний, железо, азот и титан.

Однако данное изобретение имеет следующие недостатки:

- в составе присутствуют десферодизаторы графита (титан, цирконий), которые, накапливаясь в возврате чугуна, приводят к увеличению расходных характеристик для стабильного получения чугуна с вермикулярным графитом;

- наличие азота ухудшает механическую обрабатываемость чугуна;

- время сохранения эффекта модифицирования не превышает 15 минут.

Заявляемое техническое решение направлено на стабильность производства отливок из чугуна с вермикулярным и компактным графитом, снижение литейных напряжений и повышение теплопроводности чугуна.

Для этого комплексный модификатор для производства отливок из чугуна с вермикулярным и компактным графитом, содержащий магний, кальций, алюминий, кремний, редкоземельные металлы и железо, дополнительно содержит марганец, оксид магния и сумму оксидов РЗМ, а в качестве РЗМ - сумма иттрия и церия и лантан, при следующем соотношении компонентов, мас.%: магний 0,5-10, кальций 0,1-10, алюминий 0,1-10, кремний 30-80, сумма иттрия и церия 0,1-15, лантан 0,001-10, марганец 0,1-15, оксид магния 0,001-5, сумма оксидов РЗМ 0,001-10 и железо остальное.

Ведение в состав комплексного модификатора для производства отливок из чугуна с вермикулярным и компактным графитом магния менее 0,1% не обеспечивает воздействия на образование графита в виде вермикулярной или компактной формы, а при введении магния более 10% происходит формирование шаровидного графита и повышенное переохлаждение в чугуне, что вызывает образование карбидов.

Наличие в составе кальция менее 0,1% не обеспечивает свою основную функцию - связывание серы, как нежелательного элемента в чугуне; наличие же кальция более 10% значительно снижает жидкотекучесть чугуна, повышая шлакообразование.

Содержание алюминия менее 0,1% не обеспечивает необходимого количества центров кристаллизации графита в чугуне, а при содержании алюминия свыше 10% значительно ухудшаются технологические свойства чугуна - жидкотекучесть, формозаполняемость, происходит образование оксида алюминия, вызывающего подкорковую пористость в отливках.

Менее 30% кремния в смеси повышает необходимую температуру чугуна для усвоения модификатора, снижает растворимость и не обеспечивает равномерного распределения в структуре модификатора остальных элементов, введение свыше 80% кремния нецелесообразно, так как ухудшает способ производства модификатора, повышается вязкость при разливке модификатора на кристаллизующие валки, повышается неоднородность структуры модификатора.

В качестве редкоземельных металлов используют иттрий, церий и лантан, при этом количественное значение иттрия и церия объединено общим интервалом (сумма иттрия и церия), а пределы лантана указаны отдельно.

Наличие менее 0,1% суммы иттрия и церия не обеспечивает совместно с магнием формирование вермикулярной формы графита, а более 15% создает значительное переохлаждение в чугуне, в результате чего графит переходит в химические соединения (Fe₃С и более сложные карбиды) и прекращается формирование вермикулярного графита.

Добавление в состав лантана менее 0,001% не влияет на видоизменение в чугуне исходной пластинчатой формы в вермикулярную или компактную форму, а добавление более 10% лантана в сочетании с другими активными элементами (магнием, церием, иттрием) нецелесообразно, поскольку качественного улучшения вермикулярной формы графита не происходит.

Введение в состав комплексного модификатора для производства отливок из чугуна с вермикулярным и компактным графитом менее 0,1% марганца не обеспечивает основную функцию в составе модификатора - повышение растворимости в чугуне, а при введении более 15% марганца прекращается эффект улучшения растворимости модификатора в чугуне.

Наличие оксида магния менее 0,001% не обеспечивает усиления эффекта вермикуляризации графита в сочетании с другими элементами (магний, церий, иттрий, лантан), более 5% оксида магния в составе модификатора ухудшает равномерность распределения активных элементов в модификаторе, что ослабляет эффект вермикуляризации графита в чугуне.

Введение оксидов редкоземельных металлов (оксиды иттрия, церия и лантана) менее 0,001% не обеспечивает стабилизации вермикулярной формы графита в чугуне под воздействием активных элементов (магний, иттрий, церий, лантан), более 10% оксидов редкоземельных металлов блокируют активные элементы (магний, иттрий, церий, лантан), препятствуя равномерному образованию вермикулярного графита в чугуне.

Железо обеспечивает технологичность производства комплексного модификатора для производства отливок из чугуна с вермикулярным и компактным графитом и является его металлической основой.

Отличительной особенностью заявляемого химического состава является наличие активных вермикуляризирующих графит элементов, а именно магния, лантана, суммы иттрия и церия, действие которых стабилизируется наличием оксидов магния и суммы РЗМ в сочетании с кальцием, алюминием и марганцем, без применения десферодизаторов графита (титан, цирконий). Сочетание активных элементов (магний, лантан, сумма иттрия и церия) и их оксидов позволяет увеличить эффект сохранения модифицирующего действия («живучесть») до 30 минут с момента взаимодействия модификатора с жидким металлом до момента заливки модифицированным чугуном литейных форм.

Модификатор изготавливают в виде быстроохлажденных пластин («чипс-модификатор») толщиной до 3 мм. Толщина модификатора обеспечивает однородность структуры модификатора и равномерность распределения элементов в модификаторе, а также создает оптимальные химические, кинетические и термодинамические условия усвоения модификатора в чугуне, в широком интервале температур от 1170 до 1600°С при отсутствии пироэффекта и выплесков металла из ковша.

Фракционный размер частиц пластин модификатора составляет 0,1...50 мм, именно такой диапазон обеспечивает спокойное устойчивое усвоение модификатора в чугуне без повышенного шлакообразования.

Эффективность действия предлагаемого модификатора проверена в опытно-производственных условиях литейного цеха на исходном чугуне, содержащем мас.%: углерод 3,8...4,0; сера 0,014...0,017; марганец 0,35...0,60; кремний 1,70...1,95; хром 0,06...0,09; никель 0,06...0,08; медь 0,06...0,08; титан 0,015...0,019; фосфор 0,04...0,06.

Модифицирование проводили в открытых ковшах чайникового типа. Емкость ковша 2,2 тонны. Модификатор засыпали на дно ковша. Фракция модификатора 0,1...50 мм. Толщина пластин модификатора 3 мм. Температура модифицирования 1480...1500°С. Расход модификатора 0,6% от массы жидкого чугуна. Для устранения отбела в чугуне в ковш добавили 0,6% графитизирующего модификатора - ФС75. Заливку форм проводили при температуре 1440...1460°С.

Литейные напряжения определяли на пробах-решетках, теплопроводность измеряли на установке ИТС-400 (образцы диаметром 15 мм и высотой 30 мм).

Составы предлагаемого и известного модификаторов приведены в табл.1, а свойства чугуна на их основе - в табл.2.

Использование заявляемого химического состава позволяет повысить стабильность производства отливок из чугуна с вермикулярным и компактным графитом, а именно:

- увеличить время сохранения эффекта модифицирования в 1,7...2,0 раза за счет введения в состав модификатора оксида магния и суммы оксидов редкоземельных металлов;

- снизить литейные напряжения в 1,2...1,4 раза за счет отсутствия в составе модификатора титана, циркония и за счет наличия в модификаторе марганца, который повышает растворимость в чугуне;

- повысить теплопроводность чугуна в 1,4...1,6 раза за счет более равномерной структуры вермикулярного графита, обеспечиваемой наличием оксидов магния и редкоземельных металлов.

Заявляемое техническое решение имеет ряд преимуществ:

1. Модификатор имеет низкую температуру усвоения чугуном - от 1170°С.

2. Имеет эффект сохранения модифицирования до 30 минут.

3. Отсутствие в составе модификатора десферодизаторов (титана, циркония, азота) не препятствует параллельному производству в цехе чугуна с вермикулярным графитом и чугуна с шаровидным графитом.