Результат интеллектуальной деятельности: Способ внепечной обработки высоколегированного чугуна для валков

Изобретение относится к литейному производству, в частности к способам внепечной обработки высоколегированного чугуна, содержащего более 15% Cr, для рабочего слоя центробежнолитых валков весом до 20 тонн и более.

Известен способ модифицирования чугуна (SU 1271884 А1, 23.11.1986), используемого для получения крупных отливок весом до 40 тонн и более. Предлагаемый способ предназначен для повышения степени сфероидизации графитных включений и механических свойств чугуна.

Недостатком данного способа является то, что для приготовления чугуна используется пламенная печь, что неприемлемо для плавления высоколегированного сплава рабочего слоя.

Известен способ внутриформенного модифицирования чугуна (SU 1588790 A1, C1, С1/10, 30.08.1990), используемого для получения отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом и повышенными показателями прочности и пластичности.

Недостатком предлагаемого способа является то, что он осуществляется загрузкой брикетированного модификатора внутрь формы, что затрудняет процесс обработки высоколегированного чугуна при центробежном литье, так как под действием сил вращения брикет, характеризующийся меньшей плотностью по сравнению с чугуном, будет всплывать на свободную поверхность движущегося расплава. Недостатком предлагаемого способа является то, что содержание плавикового шпата более 4% снижает прессуемость и механическую прочность брикетируемого модификатора, а, следовательно, способствует образованию засоров в отливке, наличие которых недопустимо в рабочем слое валков.

Известен способ продувки газами (аргон, азот) черных сплавов (Каблуковский А.Ф. Производство электростали и ферросплавов. - М: ИКЦ «АКАДЕМКНИГА», 2003, с. 423-424). Предлагаемый способ предназначен для дегазации расплава и доводки сталей по химическому составу, а также ее обработки оболочковой порошковой проволокой с разным составом наполнителей.

Недостатком предлагаемого способа является то, что обработка расплава в ковше осуществляется только путем продувки газом без предварительного его очищения от неметаллических включений, что неприемлемо для высоколегированного чугуна, содержащего более 15% Cr, характеризующегося по сравнению со сталями повышенной вязкостью, нетехнологичностью в литье, гетерогенностью и неоднородностью в структуре.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому является способ обработки чугуна (SU 1360892 А1, 23.12.1987), используемого для литья прокатных валков. Обработку чугуна предлагается проводить вне печи, что способствует повышению степени его очищения от серы и усвоения модификатора.

Недостатком предлагаемого способа является то, что он осуществляется загрузкой гранулированного модификатора в полость литейной формы, что неприемлемо при центробежном литье крупногабаритных валков.

В основу изобретения поставлена задача разработки внепечной обработки высоколегированного чугуна, для валков, заключающаяся в предварительном очищении его расплава от неметаллических включений с помощью компактированного реагента и последующем его принудительном перемешивании газообразным азотом в разливочном ковше. Это обеспечит снижение неметаллических включений в высоколегированном чугуне для валков, однородность его состава и структуры, а, следовательно, повышение уровня механических и эксплуатационных свойств.

Решение поставленной задачи заключается в том, что высоколегированный чугун, содержащий более 15% Cr, в разливочном ковше предварительно очищают от неметаллических включений путем введения в него компактированного реагента, состоящего из карбида кальция (20-30%), кальцинированной соды (10-15%), плавикового шпата (15-30%) и магниевой лигатуры (остальное) в виде железо-кремний-кальций-магниевого сплава, содержащего 50% кремния, 10% кальция, 10% магния, остальное железо, и проводят последующее усреднение высоколегированного чугуна принудительным перемешиванием газообразным азотом. В результате коэффициент усвоения магния η достигает 0,8, снижается доля серы в составе высоколегированного чугуна, содержащего более 15% Cr, в 3 раза, загрязненность неметаллическими включениями в 1,45 раза, а эксплуатационные показатели возрастают в 1,77 раза.

Использование в качестве компактированного реагента смеси карбида кальция (20-30%), кальцинированной соды (10-15%), плавикового шпата (15-30%) и магниевой лигатуры (остальное) в виде железо-кремний-кальций-магниевого сплава, содержащего 50% кремния, 10% кальция, 10% магния, остальное железо, позволяет снизить содержание серы в составе высоколегированного чугуна, содержащего более 15% Cr, менее 0,02%, загрязненность неметаллическими включениями в 1,45 раза по сравнению с неочищенным расплавом (таблица 1-2).

Принудительное перемешивание в разливочном ковше газообразным азотом расплава, предварительно обработанного компактированным реагентом, позволяет усреднить состав высоколегированного чугуна, содержащего более 15% Cr, по всему объему рабочего слоя: разница в показаниях содержания химических компонентов составила 0,5-0,7%, что не превышает погрешности измерений (см. таблицу 1).

При перемешивании расплава газообразный азот, обладая повышенной химической активностью, растворяется в железе, что повышает стабильность карбидов, образуемых в высоколегированном чугуне, содержащем более 15% Cr. Вследствие этого рабочий слой характеризуется более стабильным уровнем твердости, что оказывает положительное влияние на эксплуатационные показатели центробежнолитых валков. С другой стороны, образуемые нитриды магния могут служить дополнительными центрами кристаллизации (см. таблицу 2).

Заявляемый способ внепечной обработки высоколегированного чугуна для центробежнолитых валков осуществляли следующим образом. В подогретый разливочный ковш с помещенным в специальное углубление компактированным реагентом выпускали из печи металл при температуре не ниже 1450°C. После окончания реакции растворения компактированного реагента в высоколегированном чугуне, содержащем более 15% Cr, счищали шлак с поверхности его расплава, контролировали его температуру контактной термопарой. Затем устанавливали над разливочным ковшом устройство, разработанное для внепечной обработки расплава газообразным азотом. С его помощью путем принудительного перемешивания проводили усреднение состава расплава в объеме разливочного ковша.

После продувки газообразным азотом счищали оставшийся шлак с поверхности расплава, отбирали пробы на химический анализ и замеряли его температуру. Затем заливали металл в песчано-глинистые формы, после кристаллизации которых изготавливали образцы для оценивания качества высоколегированного чугуна, содержащего более 15% Cr, для рабочего слоя центробежнолитых валков.

В результате использования заявляемого способа внепечной обработки высоколегированного чугуна, содержащего более 15% Cr, для рабочего слоя центробежнолитых валков снизилась доля серы в его составе в 3 раза, загрязненность неметаллическими включениями в 1,45 раза по сравнению с неочищенным чугуном, повысилась однородность его химического состава и структуры. Это гарантировало повышение эксплуатационных показателей центробежнолитых валков: наработки в 1,77 раза.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1271884 А1, опубликовано 23.11.1986.

2. Авторское свидетельство СССР №1360892 А1, опубликовано 23.12.1987.

3. Авторское свидетельство СССР №1588790 Al, C1, С1/10, опубликовано 30.08.1990.

4. Каблуковский А.Ф. Производство электростали и ферросплавов. М, ИКЦ «АКАДЕМКНИГА», 2003, с. 423-424.