способ сфероидизирующей обработки чугуна с шаровидным графитом

Формула изобретения

Способ сфероидизирующей обработки чугуна с шаровидным графитом в открытом ковше, включающий одновременную загрузку магнийсодержащей лигатуры, меди и/или никеля в ковш и заливку их расплавом металла, отличающийся тем, что предварительно магнийсодержащую лигатуру заключают в медные и/или никелевые капсулы, при этом отношение веса металла капсулы к весу помещенной в нее магнийсодержащей лигатуры составляет 0,6 - 2,5.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, а более конкретно к получению чугуна с шаровидным графитом, применяемого для изготовления отливок в автотракторном и сельскохозяйственном машиностроении, деталей сменного металлургического оборудования, а также для центробежнолитых труб и изделий.

Известен способ сфероидизирующей обработки чугуна с шаровидным графитом в открытом ковше, при котором магнийсодержащую лигатуру помещают на дно ковша и пригружают ее стальной высечкой перед заливкой расплавом металла (см. справочник "Чугун" под ред. Шермана А.Д. и др. Москва, Металлургия, 1991 г., стр. 283).

Такой прием может предотвратить окисление модификатора, хотя несколько снижает дымовыделение и пироэффект. Расход модификатора при этом составляет 1,9-2,5% от веса жидкого металла в ковше, а коэффициент усвоения не превышает 20-40%.

Известен способ сфероидизирующей обработки чугуна с шаровидным графитом в открытом ковше, при котором магнийсодержащую лигатуру или измельченный магний помещают в ковш с чугуном на штанге в колокольчике и плунжером вводят упомянутый модификатор (см. там же). Расход модификатора составляет 1,5-2,0%. Данный способ не позволяет устранить пироэффект и дымовыделение.

Наиболее близким аналогом к изобретению по совокупности существенных признаков является способ сфероидизирующей обработки чугуна с шаровидным графитом в открытом ковше, включающий одновременную загрузку магнийсодержащий лигатуры, меди и/или никеля в ковш и заливку их расплавом металла (см. там же).Этот способ также не исключает дымовыделение и отсутствие пироэффекта.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение условий труда.

Технический результат заключается в устранении дымовыделения, пироэффекта и снижении расхода модификатора. Указанный технический результат достигается за счет того, что магнийсодержащую лигатуру предварительно заключают в медные и /или никелевые капсулы, при этом отношение веса металла капсулы к весу помещенной в нее магнийсодержащей лигатуры составляет 0,6 - 2,5.

На дно ковша укладывались капсулы, выполненные из и/или никеля, в которые предварительно была заключена магнийсодержащая лигатура. В начале заполнения ковша расплавом металла капсулы прогреваются до начала плавления оболочки капсулы. К этому моменту в ковше имеется достаточное количество металла, чтобы предотвратить открытый контакт кислорода с магнием. При дальнейшем заполнении ковша одновременно идет реакция кипения магния (t_кип.Mg= 1102^oC, t_{металла} при заливке ковша = 1280-1500^oC) и его усвоение металлом по схеме противопотока: от донной части ковша поступают новые порции паров магния, а с верхней части ковша - свежие порции жидкого металла. По окончании заливки ковша прекращается реакция модифицирования. В процессе заливки ковша расплавом металла модификатор защищен от окисления кислородом воздуха. Изготовление капсул может быть осуществлено любым известным способом.

Для предотвращения быстрого и нежелательного расплавления оболочки капсулы отношение ее веса к весу помещенной в нее магнийсодержащей лигатуры составляет 0,6-2,5.

Подтверждение выбора указанного диапазона приведено в таблице.

При отношении веса металла капсулы к весу модификатора в ней менее 0,6 в начале заполнения ковша произойдет быстрое растворение оболочки капсулы с утратой ее защитных свойств от доступа кислорода и окисление магния, что приведет к большому дымовыделению, пироэффекту и увеличению расхода модификатора.

При отношении веса металла капсулы к весу модификатора в ней более 2,5 металла капсулы остаточное содержание меди превысит предел ее растворимости в чугуне и она выделится в структурно-свободное состояние, что приведет к резкому ухудшению механических свойств отливок.

Пример осуществления способа

Плавку проводили в индукционной печи емкостью 160 кг. Шихта состояла из 50% стальных отходов, 45% лома собственного возврата из высокопрочного чугуна и 5% электродного боя. После расплавления чугун перегревали до температуры 1490-1500^oC и выпускали в 100 - килограммовый ковш. В ковш на дно помещали 4 медные капсулы с толщиной стенок 2,5 мм и длиной 170 мм каждая. В каждой капсуле помещалось по 240-250 г магнийсодержащей лигатуры марки ФСМг-7. Вес каждой медной капсулы составлял 300-350 г. После достижения температуры чугуна в тигле печи до 1500^oC чугун выпускали в ковш. Растворение модификатора шло спокойно без дымовыделения и пироэффекта. После скачивания шлака были залиты литейные формы корпусов кранов запорной нефтяной арматуры и клиновые пробы для оценки механических свойств чугуна. Остаточное содержание магния в чугуне составило 0,043%, меди 0,94%. Полученный чугун имеет следующие механические свойства в литом состоянии: предел прочности при растяжении 920-980 МПа, предел текучести 775-785 МПа, относительное удлинение не менее 4%, твердость 279 НВ.

Структура металлической матрицы состояла из 100% мелкодисперсного перлита без структурно-свободного цемента. Графит правильной шаровидной формы размером 25-45 мкм. Расход модификатора составлял 0,8-1,2 от веса металла в ковше.