Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ЧУГУНА

Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к способу модифицирования чугуна, который может быть использован для изготовления быстроизнашивающихся деталей, например, мелющих элементов рудо- и углеразмольных мельниц.

Известен способ модифицирования чугуна под сыпучим покровным материалом, включающий выплавку чугуна заданного состава, размещение на дне ковша слоя твердого измельченного модификатора на основе магнийсодержащей лигатуры, нанесение на поверхность модификатора слоя покровного материала, заполнение ковша расплавом чугуна и засыпку зеркала жидкого чугуна тем же покровным материалом, который состоит из углеродного пассиватора (измельченный кокс) и теплоизолирующей добавки (вспученный перлит).

(SU 1077929, C21C 1/10, опубликовано 07.03.1984)

Недостатками данного способа являются низкий процент усвоения магния расплавом (55-65%), поскольку в процессе модифицирования часть магния всплывает на поверхность расплава, что приводит к пироэффекту и дымовыделению.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ модифицирования жидкого чугуна под плотным вязким покровом, включающий выплавку чугуна заданного состава в электропечи, слив его расплава из печи в открытый ковш, засыпку зеркала жидкого чугуна покрывным материалом - порошком флюсперлита «Барьер», который коагулирует шлак с образованием плотного вязкого покрова, ввод через зазор между футеровкой ковша и покровом в расплав чугуна твердого дробленного тяжелого модификатора на основе цериевой присадки и никель-магниевой лигатуры, засыпку зазора порошком флюсперлита «Барьер». При таком способе модифицирования усвоение расплавом магния и церия достигает 95%.

(RU 2422546, C22C 1/10, опубликовано 27.06.2011).

Поскольку в известном способе модифицирование расплава чугуна идет в процессе опускания модификатора в донную часть ковша, то с увеличением массы обрабатываемого чугуна модифицирование (усвоение магния и церия) верхних объемов расплава в ковше происходит в большей степени, чем нижних объемов. В результате этого отливки, полученные из металла верхних объемов ковша, содержат количество графита правильной шаровидной формы 95%, а отливки, отлитые из металла нижних объемов ковша, только 55%, что отрицательно сказывается на прочностных характеристиках этих отливок. Кроме того, при осуществлении известного способа эффект модифицирования чугуна исчезает через 15-20 минут после введения в расплав модификатора, что может произойти при длительной транспортировке разливочного ковша к литейным формам или задержке литья по техническим причинам.

Задачей и техническим результатом изобретения является повышение коэффициента распределения магния и церия по объему жидкого чугуна, находящего в разливочном ковше, а также увеличении времени действия эффекта модифицирования после введения в расплав модификатора.

Указанный технический результат достигается тем, что способ модифицирования чугуна включает выплавку в электропечи чугуна заданного состава, слив расплава в ковш, засыпку зеркала расплава покровным материалом, выдержку его до образования плотного вязкого покрова, введение в расплав твердого модификатора и засыпку места ввода покровным материалом, при этом выплавку чугуна ведут в тигле индукционной печи с частотой тока 50-2400 Гц при уровне расплава чугуна не выше уровня верхнего витка индуктора печи, после чего уменьшают на 5-50% величину номинальной мощности, подводимой к индуктору печи, засыпают зеркало расплава покрывным материалом, выдерживают его до образования покрова, вводят в расплав твердый модификатор, выдерживают расплав в течение 2-6 мин и сливают его в ковш, где повторно засыпают зеркало расплава покрывным материалом, выдерживают его до образования покрова и вводят в расплав твердый модификатор, причем модификатор перед введением в расплав выдерживают в воде и вводят в тигель индукционной печи в количестве 0,5-0,7% от массы модифицируемого чугуна, а в ковш - 0,3-0,8% от массы модифицируемого чугуна.

Технический результат также достигается тем, что в индукционной печи при частоте тока индуктора 2400 Гц засыпку покровного материала и введение модификатора осуществляют после уменьшения величины номинальной мощности, подводимой к индуктору печи, на 5-15%; в индукционной печи при частоте тока индуктора 500 Гц засыпку покровного материала и введение модификатора осуществляют после уменьшения величины номинальной мощности, подводимой к индуктору печи, на 15-25%; в индукционной печи при частоте тока индуктора 50 Гц засыпку покровного материала и введение модификатора осуществляют после уменьшения величины номинальной мощности, подводимой к индуктору печи, на 40-50%; твердый модификатор на основе цериевой присадки и никель-магниевой лигатуры вводят в расплав через зазор между футеровкой тигля или ковша и покровом; в качестве покровного материала используют порошок флюсперлита «Барьер»; общая масса твердого модификатора составляет 1,0-1,5% от массы модифицируемого чугуна; время введения в расплав твердого модификатора составляет менее 5 секунд.

Выплавку чугуна требуемого химического состава в тигле индукционной печи с частотой тока от 50 до 2400 Гц ведут при номинальной мощности печи, обеспечивающей получение расплава чугуна и интенсивное перемешивание расплава в тигле, что не дает возможности сформировать на поверхности расплава защитного покрова. Если уровень расплава в тигле не превышает уровня верхнего витка индуктора электропечи, то, при снижении номинальной мощности печи, на поверхности расплава происходит формирование выпуклого мениска, что создает условия быстрого затягивания твердого дробленого модификатора в донную часть тигля электропечи, в том числе модификатора, вводимого в зазор между футеровкой тигля и сформированным защитным покровом. Указанное осуществление способа существенно повышает равномерность распределения (коэффициент распределения) магния и церия по объему расплава.

Способ по изобретению можно проиллюстрировать следующим примером.

Для расплавления железоуглеродистых шихтовых материалов и выплавки легированного чугуна заданного состава использовали среднечастотную (500 Гц) индукционную печь. Уровень расплава в тигле был не выше уровня верхнего витка индуктора индукционной печи. При достижении температуры расплава жидкого чугуна 1440°C уменьшали величину номинальной мощности, подводимой к индуктору, на 20-21% и после образовании выпуклого мениска поверхность расплава засыпали порошком флюсперлита «Барьер» в количестве 0,5% от массы модифицируемого чугуна. После выдержки и образования плотного вязкого покрова в расплав между футеровкой тигля индукционной печи и покровом вводили твердый дробленый модификатор на основе цериевой присадки и никель-магниевой лигатуры в количестве 0,7% от массы модифицируемого чугуна. Модификатор содержал магний, церий, железо и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%: 7,0-8,0 Mg; 8,0-10,0 Ce; 1,5≥ Fe; Ni - остальное. Перед введением в расплав модификатор предварительно выдерживали в воде в течение времени (несколько минут), достаточного для окисления наружной поверхности модификатора и пропитки его водой. Благодаря этому начало взаимодействия модификатора с расплавом происходит с задержкой, т.е. через 5 секунд после ввода модификатора. За это время место ввода модификатора в расплав засыпали покровным материалом - порошком флюсперлита «Барьер».

Благодаря большей плотности твердого модификатор по сравнению с плотностью расплава и, особенно, наличию вынужденной конвекции жидкого чугуна в тигле работающей индукционной печи, которая вызвана электромагнитными силами, дробленый модификатор очень быстро затягивается в донную часть тигля. При этом пузырьки паров магния и церия, образующиеся из твердых частиц модификатора при его контакте с расплавом, всплывают из нижнего объема в верхний объем тигля. Благодаря этому усвоение магния и церия чугуном происходит равномерно по всему его объему. После выдержки в течение 3 мин после введения модификатора расплав сливали в ковш. При сливе жидкого чугуна из тигля в ковш происходит дополнительное перемешивание расплава, за счет чего коэффициент распределения магния и церия по объему расплава еще больше выравнивается и достигает 0,96-0,98.

Затем ковш с частично модифицированным расплавом перемещали к литейным формам. После этого повторно засыпали зеркало расплава покрывным материалом - порошком флюсперлита «Барьер», выдерживали его до образования плотного покрова и вводили в расплав в зазор между футеровкой ковша и покровом твердый модификатор, предварительно выдержанный в воде. Количество вводимого модификатора составило 0,4% от массы модифицируемого чугуна. При этом общая масса твердого модификатора, введенного в расплав в два приема, составила 1,1% от массы модифицируемого чугуна. После выдержки расплава коэффициент распределения магния и церия по объему расплава несколько снижается до 0,92.

Использованный флюсперлит «Барьер» согласно ТУ 5717-001-11035757-2006 содержит, мас.%: диоксид кремния 65-77, оксид алюминия 11-16, оксид железа 0,5-6,0, оксид кальция 0,1-3,5, оксид калия и натрия 3-11, глина не более 0,5. Размер частиц флюсперлита находится в пределах 0,63-2,5 мм.

Осуществление способа по изобретению - модифицирование расплава чугуна, как в тигле работающей индукционной печи, так и в разливочном ковше способствует повышению коэффициента распределения магния и церия по объему расплава, находящегося в разливочном ковше с 0,6 до 0,90-0,92, а количество (усредненное) графита правильной шаровидной формы увеличивается до 86-94% за счет сохранения эффекта сфероидизирующего модифицирования расплава. При этом время действия эффекта модифицирования после введения в расплав модификатора составило более 25 мин.