способ обработки расплава магнием

Классы МПК:C21C1/10 получение чугуна со сфероидальной формой графита 
C22C33/10 включая процесс введения магния
Автор(ы):
Патентообладатель(и):Георг Фишер АГ (CH)
Приоритеты:
подача заявки:
1990-11-27
публикация патента:

Изобретение относится к области металлургии. По способу обработки расплава магнием для получения обработанного расплава, содержащего неметаллические включения в количестве менее 100 г/т, магний вводят на глубину от поверхности расплава не менее 200 мм. Регулируют испарение магния с получением энергии смещения не менее 1000 Вт/м3. Над поверхностью расплава в реакционном сосуде создают неокислительную атмосферу. Магний могут вводить в виде чистого кускового, гранулированного магния или в смеси с реакционно-нейтральным веществом, например железными опилками, при содержании Mg в смеси не менее 40%. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2

Формула изобретения

1. Способ обработки расплава магнием, включающий введение магния в расплав металла, находящегося в реакционном сосуде, на определенную глубину, вывод реакционных продуктов в шлак в процессе испарения магния, отличающийся тем, что для получения обработанного расплава с содержанием неметаллических включений менее 100 г/т магний вводят на глубину не менее 200 мм от поверхности расплава и регулируют испарение магния с получением энергии смешения не менее 1000 Вт/м3, причем над поверхностью расплава в реакционном сосуде создают неокислительную атмосферу.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что магний вводят в расплав в виде кускового чистого магния.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют гранулированный магний.

4. Способ по любому из пп.1 и 3, отличающийся тем, что дополнительно в расплав вводят реакционно-нейтральное вещество, например железные опилки, в смеси с гранулированным чистым магнием при содержании магния в смеси не менее 40 мас.%.

5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что содержание серы в исходном расплаве металла составляет от 0,001 до 0,30 мас.%.

6. Способ по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что расплав обрабатывают при температуре от 1400 до 1500oC.

7. Способ по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что основность шлака при обработке расплава металла составляет более 1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается способа обработки магнием, предназначенного для получения обработанного расплава с содержанием неметаллических включений менее 100 г/т, а также устройство для проведения этого способа.

При обработке расплава чугуна магнием с целью воздействия на строение графита таким образом, чтобы образовывался шаровидный графит, образуются большие количества неметаллических соединений, например, окислов, сульфидов и тому подобных. Причина этого эффекта заключается в высоком сродстве магния к кислороду и сере.

Большая часть неметаллических реакционных продуктов выделяется уже при обработке расплава чугуна или в период времени между окончанием обработки и разливки вследствие разницы в удельном весе частиц шлака (примерно 3000 кг/м3) и расплава (примерно 7000 кг/м3). Однако известно, что часть реакционных продуктов, а именно частицы, которые меньше 12,5 мкм также и по прошествии обычных, имеющихся в распоряжении промежутков времени, остаются в расплаве во взвешенном состоянии.

Скорость флотации может вычисляться с относительно достаточной точностью по уравнению Стокса.

способ обработки расплава магнием, патент № 2127320

где L - высота флотации в мм;

d - размер частиц в мкм;

способ обработки расплава магнием, патент № 2127320Fe - удельный вес чугуна в кг/м3 (7000);

способ обработки расплава магнием, патент № 2127320S cnblacke - удельный вес шлаков в кг/м3 (3000);

t - продолжительность флотации в секундах;

способ обработки расплава магнием, патент № 2127320 = динамическая вязкость (0,007).

Практические измерения показали, что при традиционных методах обработки количества взвешенных частиц составляет от 200 до 600 г/т обработанного чугуна, которые затем попадают с потоком чугуна в литьевую форму. Исследования показали также, что эти включения, остающиеся в отлитой детали, могут значительно снижать динамические свойства отлитой детали.

Чтобы обеспечить процесс флотации реакционных продуктов, расплав должен был бы длительное время отстаиваться в ковше. Следствием этого, однако, были бы значительные, и, как правило, непозволительные температурные потери (6 - 15oC/мин).

Использование известного из технологий производства стали способа промывки расплава инертным газом (N, Ar и другими) вызывает более интенсивное окисление магния, приводящее к образованию дополнительных новых включений, вследствие чего желаемая цель этим способом не достигается.

Известен способ обработки расплава магнием, включающий введение магния в расплав металла, находящегося в реакционном сосуде, на определенную глубину, вывод реакционных продуктов в шлак в процессе испарения магния (DD, N 242637 C 21 G 1/08, C 22 C 33/10, 04/02/87).

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ и устройство, при помощи которых можно было бы управлять процессом обработки таким образом, чтобы снизить до минимума содержание неметаллических включений в обрабатываемом расплаве.

Указанный технический результат достигается за счет того, что для получения обработанного расплава с содержанием неметаллических включений менее 100 г/т магний вводят на глубину не менее 200 мм от поверхности расплава и регулируют испарение магния с получением энергии смешения не менее 1000 Вт/м3, причем над поверхностью расплава в реакционном сосуде создают неокислительную атмосферу.

За счет того, что обрабатывающее средство (реакционный магний) непосредственно вводится в расплав и полностью окружается им, в течение всего времени процесса между обрабатывающим средством происходит реакция по всему объему расплава и сокращается длительность флотации реакционного продукта. Существенное преимущество заключается в том, что вследствие этого отпадает необходимость выдержки расплава в течение длительного периода времени для выплавления продуктов реакции в шлак, находящийся на поверхности расплава, следствием которого может являться нежелательная потеря температуры расплава.

Введение магния в расплав железа является технологически более надежными и экономичным для получения железоуглеродистого литейного материала с шаровидным графитом. При этом магний действует известным самим по себе образом, впрочем как и другие элементы щелочноземельной группы и группы редких металлов, выделяя графит во время затвердевания и/или заключительной термообработки в шаровидной форме и приводит тем самым к значительному повышению механических свойств отливки.

Согласно предложенному изобретению продукты реакции в расплаве после обработки должны уменьшаться до минимума. Это осуществляется путем установки температуры обработки, в частности, за счет мероприятий, при которых магний вводится в расплав ниже уровня расплава, по меньшей мере, на 200 мм. Реакция управляется таким образом, чтобы она происходила во всех направлениях и поэтому обеспечивалось оптимальное перемешивание в расплаве, что улучшает эффект промывки. Неметаллические загрязнения промываются на поверхности, причем пузырьки паров магния служат носителем, действующим как интенсивное перемешивающее средство. Это приводит к повышенному качеству получаемого продукта.

За счет контролируемой промывки расплава в восстановительной атмосфере, находящейся над поверхностью расплава чугуна, уже во время обработки магнием образующиеся при этом процессе реакционные продукты коагулируются и выводятся поднимающимися пузырьками пара магния в виде шлаков на поверхность расплава. На процесс коагуляции реакционных продуктов влияют образующиеся количества пара и энергия смешения. Опыты показывают, что интенсивность процесса коагуляции значительно увеличивается за счет столкновения неметаллических частиц во время их образования, т.е. в месте протекания реакции. Энергия смешения может определяться по следующему уравнению:

способ обработки расплава магнием, патент № 2127320

где E - энергия смешения в Вт/м3;

Q - количество газа в Нл/мин;

T - температура в oК;

p0 - давление на поверхности расплава в атм;

p = p0 + ферростатическое давление в атм;

V - объем расплава в м3.

Практические опыты показали, что количества неметаллических включений в расплаве могут быть снижены до значений менее 100 г/т, эти энергии смешения больше 1000 Вт/м3, если пары магния образуются на глубине не менее 200 мм от поверхности расплава и если атмосфера над расплавом пересыщена паром магния.

Это поясняется ниже при помощи примеров.

Пример 1.

Из расплава чугуна со следующим составом легирующих добавок:

C = 3,72%

Si = 2,3%

Mn = 0,27%

S = 0,08%

P = 0,05%

после обработке чистым магнием в закрытом реакционном сосуде, имеющем отверстие площадью 30 см2, и четыре реакционных отверстия, связывающие реакционную камеру с расплавом и имеющие общую площадь поперечного сечения 1250 мм2, по прошествии времени реакции в 60 с была взята проба. Анализ показал содержание кислорода в количестве 3 млн-1 и серы в количестве 50 млн-1. Было вычислено количество неметаллических включений, равное 20 г/т.

Количественный металлографический анализ показал наличие неметаллических включений в количестве 23 г/т.

Пример 2.

Из расплава, имеющего 3,65% C, 2,12% Si, 0,25% Mn, 0,02% S, 0,05% P после обработки чистым магнием в соответствующей емкости с четырьмя реакционными отверстиями, связывающими реакционную камеру с расплавом, имеющим общую площадь поперечного сечения 1250 мм2, после времени реакции, равном 60 секундам, была взята проба.

Затраченная энергия (E после расчета по формуле) составила 3200 Вт/м3.

Как и в примерах, содержащихся в первоначальном описании, количество неметаллических включений составило 18 - 20 г/т.

Параллельно проведенная обработки с предварительным легированием Fe, Si, Mg (5,5% Mg) с введением предварительно легированных элементов в количестве 1,8 мас. %, при энергии менее чем 400 Вт/м3 установлено количество неметаллических включений, равное от 425 или 515 г/т.

Пример 3.

Исследование осуществлялось в 15 литейных мастерских, работающих с различными печами; дало следующие результаты.

В 9-ти литейных мастерских применяли способ с управляемым количеством энергии, равном 2000 - 3500 Вт/м3 и в 6-ти литейных мастерских применяли обычный способ с предварительным легированием Fe Si Mg (содержащем Mg от 3 до 30%).

Полученное железо содержалось в разливочной печи и непосредственно заливалось в форму. Один раз в неделю из печи сливали собранный шлак, взвешивали и делили на тоннаж получаемого железа:

обычный способ - вес/шлак/на тонну железа = 850 г

контролируемая энергия - вес/шлак/на тонну железа = 80 г

На прилагаемых чертежах представлено устройство для обработки расплава магнием. На фиг. 1 и 2 показан конвертор 1 с расплавом 2 чугуна. Конвертор, являющийся в данном примере реакционным сосудом, имеет реакционную камеру 4, отделенную от расплава стенкой 5 с отверстиями 7a и 7b, через которые может осуществляться связь между реакционной камерой и расплавом. В верхней части конвертера имеется отверстие, которое соединяет его полость с окружающей атмосферой, обеспечивая при этом над поверхностью расплава избыточное давление пара магния.

Класс C21C1/10 получение чугуна со сфероидальной формой графита 

способ ковшевого сфероидизирующего модифицирования высокопрочных чугунов -  патент 2525870 (20.08.2014)
лигатура -  патент 2521916 (10.07.2014)
модификатор -  патент 2521915 (10.07.2014)
способ легирования чугуна ванадием -  патент 2520929 (27.06.2014)
способ получения модифицированного чугуна -  патент 2515160 (10.05.2014)
способ получения отливок из хладостойкого чугуна -  патент 2509159 (10.03.2014)
способ ковшового модифицирования расплава чугуна легкими магнийсодержащими лигатурами -  патент 2500819 (10.12.2013)
способ получения высокопрочного чугуна с вермикулярным графитом внутриформенным модифицированием лигатурами системы fe-si-рзм -  патент 2497954 (10.11.2013)
способ получения наноструктурированного науглероживателя для внепечной обработки высокопрочного чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом -  патент 2495134 (10.10.2013)
способ производства высокопрочных чугунов с шаровидным или вермикулярным графитом на основе наноструктурированного науглероживателя -  патент 2495133 (10.10.2013)

Класс C22C33/10 включая процесс введения магния

Наверх