Проект цеха высокопрочного чугунного литья на выпуск 23 000 тонн в год

Металлические компоненты шихты загружают в бадью весовой тележки краном, с помощью электромагнитной шайбы. Углерод, ферросплавы, стружка россыпью, известняк подаются в бадью из бункеров.

Шихтовые материалы должны удовлетворять предъявляемым к ним требованиям по габаритам и массе.

Краном бадья с шихтой поднимается на второй этаж и подается к плавильной печи. Плавка в дуговой печи ведется под горячим шлаком, что позволяет устранить вредные примеси фосфора. После загрузки, установки свода и электродов ведётся расплавление шихты. Общая продолжительность периода расплавления 50 минут. Общая продолжительность цикла по проекту 90 минут. После расплавления шихты трансформатор переключается на понижение мощности. После отбора проб и получения результатов происходит доводка расплава по химическому составу и температуре. При получении положительных результатов производится выпуск чугуна в ковш, предварительно нагретый до 800-900°С. Температура при выпуске высокопрочного чугуна должна быть 1350-1400°С.

Перед заполнением ковша в него с помощью дозаторов вводится необходимое количество модификатора. Жидкий чугун из плавильной печи выпускается в промежуточный ковш. С помощью крана ковш подается в электродуговую печь выдержки, устанавливается на поворотный стенд и жидкий чугун переливается в печь. Заполнение чугуна ведётся при отключенной печи и поднятых электродах.

Затем отбирают пробы на химический анализ и на отбел и пневмопочтой отправляют в экспресс-лабораторию. Данные по химическому составу выдают на световое табло. Выдачу чугуна производят в раздаточные ковши, разогретые до 800-900 °С. В раздаточном ковше чугун модифицируют.

Шлак из передаточных ковшей скачивается в устройства системы грануляции, после этого шлак подается в вагоны. Шлак из печей плавки и выдержки скачивается в специальные шлаковики и затем отправляется в отвал.

Для управления процессом выплавки чугуна предусмотрена автоматизированная система контроля. Для плавки чугуна применяется печь ДЧП-25, а для выдержки - ДЧП-50. Для перевозки жидкого чугуна из печи плавки в печь выдержки будем использовать ковш ёмкостью 25 т. Шлаковня объёмом 3,5 м³ необходима для использованного шлака. Ковш вместимостью 0,3 т необходим для разливки жидкого чугуна в формы.

2.12 Разработка технологии заливки форм

По конструкции ковши бывают чайниковые, барабанные и стопорные.

Ковш служит для транспортировки жидкого металла и заливки форм. Ковш имеет стальной кожух, у которого стенки и дно изнутри выложены огнеупорным материалом. Для заливки чугуна ковш футеруют шамотом. Толщина слоя футеровки 65 - 180 мм.

Для заливки чугуна чаще применяют чайниковые ковши, ковш с носком или ковш с перегородкой. В нашем случае это ковш с носком.

Ковши сушат и нагревают горелками, работающие на природном газе. Ковш нагревают до 700-750 °С. Ковш сразу же после прогрева заполняют расплавом.

Чугун перед разливкой должен быть очищен от шлака. В начальный момент заливки необходимо проворачивать ковш плавно без рывков, но достаточно быстро, чтобы заполнить литниковую систему и чашу. В дальнейшем поворот ковша осуществляют с такой скоростью, чтобы уровень расплава в чаше оставался по возможности постоянным. После появления расплава в чаше уменьшают скорость поворота ковша для того, чтобы расплав не вытек из чаши.

2.13 Разработка технологии охлаждения форм, выбивки, обрубки, очистки

После заливки формы отливка охлаждается и затвердевает. Полностью затвердевшая отливка должна определённое время охлаждаться с формой, так как прочность металла при высоких температурах мала и отливка может разрушиться при выбивке её из форм.

Продолжительность выдержки отливки в форме при охлаждении до заданной температуры выбивки обуславливается длиной участка охлаждения на автоматической формовочной линии.

Процесс выбивки отливок заключается в том, что затвердевшие и охладившиеся до заданной температуры отливки извлекаются из формы. Форму разрушают и из отливки удаляют стержни, а также отделяют литники и прибыли; после этого выполняют очистку наружной и внутренней поверхностей отливки от пригоревшей смеси.

Для выбивки отливок используют систему эксцентриковых выбивных решеток.

Технологический процесс очистки отливок включает следующие операции:

удаление стержней из отливок;

отделение литников;

очистка от приставшей формовочной смеси;

удаление окалины и заусенцев;

грунтование;

окончательный контроль качества отливок после обрубки и очистки.

Для выбивки стержней из отливок используют вибрационные или водоструйные установки.

Литники отделяют молотками.

Очистка отливок от пригоревшего песка и окалины осуществляется дробемётным способом.

Зачистка осуществляется абразивными материалами.

Окрашивание отливок осуществляется для защиты от коррозии в процессе обработки резанием и при хранении на складе.

2.14 Разработка системы контроля технологии и качества отливок

Входной контроль - контроль прибывших шихтовых и формовочных материалов.

Контроль химического состава, механических свойств и микроструктуры полученного чугуна.

Контроль формовочных и стержневых смесей.

Контроль моделей и полуформ верха и низа.

Контроль температуры и времени заливки.

Контроль и учёт залитых форм.

Контроль количества отливок и внешнего вида после выбивки.

Контроль после обрубки и очистки.

Контроль на соответствие чертежу отливки.

Завершающий контроль количества штук, контроль внешнего вида.

2.15 Расчет литниково-питающей системы

Объём отливки (V_отл) определяем по чертежу отливки; разбивая ее на части (простейшие геометрические фигуру), определяем их объёмы, а затем суммируем. При этом получаем:

V_отл=4,510^-4 (м³)

Массу отливки определяем по формуле (3.1).

G=V_отл (3.1)

где - плотность материала отливки (для высокопрочного чугуна =7200 кг/м³).

Отсюда G=4,5 10^-4 · 7200 =3,28 кг

Расчёт литниковой системы для отливки «Суппорт» сводится к определению площадей сечений и размеров питателей, шлакоуловителя, стояка. И хотя модифицирование будет проводиться в ковше, методика расчета литниковой системы для инмолд-процесса вполне подходит и для этого вид сфероидизирующей обработки. Постоянство весовой скорости потока расплава за весь период заливки форм можно выразить уравнением:

, (3.2)

где G_B - весовая скорость заливки, кг/с;

F - площадь контакта, см²;

f - фактор растворения, кг/(ссм²); f = 0,0525 кг/(ссм²).

Большое значение имеет при этом зернистость модификатора и его реакционная способность.

Расчет литниковой системы производится по способу Озанна-Диттерта.

Сечение питателей находим по формуле (3.2) .

(3.2)

где G₀ - масса жидкого металла на форму, г; G=2000 г.

- плотность расплава, г/м³; =6,8 г/см³;

- коэффициент расхода литниковой системы; =0,34;

g - ускорение силы тяжести, см/с²; g=981 см/с²;

H_p - расчетный напор металла, м.

t - продолжительность заливки одной формы; t=11 с.

Расчетный напор металла определяется по формуле (3.3).

Н_р=Н - (3.3)

где Н - высота стояка от места подвода расплава в форму, см; Н=2 см;

Р - высота отливки от места подвода расплава , см; Р=11,8 см;

С - высота отливки, см; С=6 см.

Подсчитав числовые значения в вышеизложенных формулах, получим следующие значения:

H_p=19,8 см;

Суммарная площадь сечений питателей равна:

F_n= 3,66 см².

F_n= 0,915 см²;

Лимитирующим при расчёте литниковой системы является время заливки одной формы. Так же при расчёте литниковой системы необходимо знать следующие соотношения проходных сечений литниковой системы:

а) стояк и чаша - 130 %;

б) литниковый ход к реакционной камере - 128…132 %;

д) вход в смеситель - 110 %;

е) выход из центробежного смесителя считается по формуле (3.2), высота Н=2,5 см.

Масса модификатора 1 % от массы жидкого металла на ковш, кг.

Q_МОД=(1300)/100 = 3 (кг)

Общая площадь сечений на выходе из смесителя - 1031 (мм²).

Общая площадь сечений на входе в смеситель - 1031·1,1=1134 (мм²).

Площадь сечения стояка (Fс) - 1,8·1,3= 4,76 (cм²). Диаметр стояка равен:

 (3.4)

=32(мм).

Произведём расчёт прибыли. Она питает две отливки. При расчете прибыли используем метод Й. Пржибылом по формуле (3.11).

Vпр = Vотл, (3.5)

где Vотл - объем питаемых узлов отливок, см³;

- коэффициент объемной усадки металла;

л, л = 0,005 - линейная усадка высокопрочного чугуна;

= 0,1 - коэффициент типа прибыли.

На основании имеющих данных получаем:

Vпр = 63,5 (см³).

Hпр =1,25·Dпр, (3.12)

где Dпр - диаметр прибыли, мм. Dпр= 40 мм

Hпр - высота прибыли, мм; Hпр= 50 мм

Специальная часть

3.1 Разработка технологии получения отливок из высокопрочного чугуна модифицированием в ковше

Модифицирование является одним из наиболее эффективных методов воздействия на кристаллизацию жидкого чугуна с целью получения благоприятной структуры графита и матрицы и высококачественных отливок. Применяемые модификаторы можно классифицировать на графитизирующие, стабилизирующие и сфероидизирующие (глобуляризирующие).

Механизм действия модификаторов весьма разнообразен: либо в образовании поверхностной пленки на вынужденных зародышах (модифицирование первого рода), что уменьшает скорость их роста, увеличивает количество зародышей и измельчает, а также изменяет форму растущего графита; либо в образовании дополнительных вынужденных зародышей (модифицирование второго рода), что увеличивает их количество и измельчает графит, а значит и увеличение критического размера; либо в образовании карбидов, легко распадающихся во время и после затвердевания, что ведет к образованию шаровидного графита.

Количество модификаторов в настоящее время очень велико, однако наиболее эффективными из них являются комплексные модификаторы, даже применяемый ферросилиций по существу является комплексным модификатором, так как он кроме кремния содержит некоторое количество алюминия и кальция. То же можно сказать и о сфероидизирующих модификаторах. Однако не все составляющие сложных модификаторов являются по существу модифицирующими; некоторые из них только повышают эффективность модифицирования других составляющих путем раскисления, десульфурации, дегазации и иных процессов или являются просто легирующими элементами. Различить их можно по влиянию при присадке к чугуну, чистому по примесям, или по "живучести", то есть длительности действия после их присадки. Модифицирующее действие обычно полностью исчезает в течение 10-25 минут. Сохранение этого действия присадок важно особенно при крупном литье, где велики длительность транспортировки и заливки и затвердевания металла и живучести модификаторов может не хватить.

В таких случаях принимают разные меры, в том числе и модифицирование непосредственно в форме. Поэтому при выборе модификаторов необходимо принимать во внимание не только прямую их эффективность, но и живучесть, а также их дефицитность и стоимость.

При получении высокопрочных чугунов применяются различные способы введения в расплав модификаторов. При ковшевом модифицировании наиболее известны такие, как СЭНДВИЧ-процесс, ТАНДИШ-КАВЕР-процесс, МОД-ТАНДИШ-процесс и другие. Из способов введения модификаторов непосредственно в форму известны такие, как ФЛОТРЕТ-процесс и ИНМОЛД-процесс. В этих способах модификатор загружается в специальные реакционные камеры, расположенные в литниковых системах.

Многообразие способов введения модификаторов обусловлено различными химическими составами чугунов, различной номенклатурой отливок и способами их получения, а также различными составами самих модификаторов. Очевидно, что при разработке новых технологических процессов производства отливок из высокопрочного чугуна необходимо проводить не только детальный анализ известных способов ввода модификаторов, но и проводить комплексные лабораторные исследования и промышленные испытания новых композиций модификаторов, обеспечивающих формирование требуемых структур и свойств отливок.

Несмотря на многообразие известных составов модификаторов, применяемых при производстве высокопрочного чугуна в настоящее время, проблема создания новых композиций остается актуальной. Это обусловлено необходимостью повышения комплекса физико-механических свойств материала отливок и усвоения магния при производстве отливок из высокопрочного чугуна различного назначения. В рассматриваемом аспекте наиболее важными являются технологические свойства лигатуры, как в процессе ее производства, так и при модифицировании с применением различных способов введения ее в расплав.

3.2 Оптимизация составов модификатора для получения высокопрочного чугуна при ковшевой обработке

Проведенное изучение особенностей ковшевой обработки чугуна сфероиздизирующими модификаторами на основе кремне-магниевой основы позволяет сформулировать основные требования, которым они должны отвечать:

1. Обеспечение минимального пироэффекта и дымовыделения;

2. Хорошая растворимость и десульфурирующая и рафинирующая способность;

3. Отсутствие дефектов типа «черных пятен» в структуре обработанного чугуна;

4. Высокая степень усвоения магния и сфероидизации графита.

Для оптимизации составов комплексного модификатора для сфероидизирующей обработки чугуна в ковше провели сравнительное изучение эффекта действия двух промышленных модификаторов, нашедших наиболее широкое применение в нашей стране и за рубежом, модификатор производства Камского литейного завода марки ФСМг-5 и сплав на основе ферросилиция с 5% магния производства фирмы Elkem. Составы модификаторов представлены в таблице №2.

Таблица №2.

Химический и фазовый состав промышленных модификаторов ФСМг-5 Прокалой.

Марка модификатора	Химический состав модификатора, мас. %	Фазовый состав модификатора
	Si	Ca	РЗМ	Mg	Fe
ФСМг-5	61	0,2	0,3	4,7	ост.	FeSi2, Mg2Si, Si, FeSi
Прокалой	45	0,4	0,5	5,2	ост.	FeSi2, FeSi, Mg2Si, Si

Проведенное изучение фазового состава показало, что основными фазами в них являются: FeSi₂, FeSi, Mg₂Si, Si. В тоже время соотношение между фазовыми составляющими в отечественных и зарубежных модификаторах различно. Так в модификаторе фирмы Elkem количество фазы FeSi₂ составляет 50-60%,

FeSi - 20-25%, Mg₂Si - 15-20%, Si - 1-5%. В модификаторе Камского литейного завода - 60-70% FeSi₂, 10-20% Mg₂Si, 10-15% Si, 1-5% FeSi. В обоих модификаторах присутствуют примесные фазы Ca-Si-Mg и Ca-Si-Ce в количестве не превышающем 5%.

Сравнение эффективности модифицирующего действия изученных сплавов при обработке чугуна с исходным химическим составом (мас. %): 3,3-3,5 C, 1,2-1,3 Si, 0,4-0,6 Mn, 0,03 S, Fe - остальное. При обработке по сэндвич-методу выявлено, что использование модификатора Камского литейного завода обеспечивает выделение шаровидной правильной и неправильной формы графита. Количество графитовой составляющей - 4%. Металлическая основа - перлитная, со структурно свободным цементитом в количестве 25%. Модификатор фирмы Elkem обеспечивал выделение графита шаровидной правильной и неправльной формы. Его количество не превышало 2%. Металлическая основа - перлитная. В структуре присутствует до 40% структурно свободного цементита.

Таким образом, использование опробованных модификаторов требует применения вторичного графитизирующего модифицирования. Кроме того в обоих случаях при обработке чугуна наблюдается повышенный пироэффект и дымовыделение. Такой эффект связан в повышенной активностью магния визученных модификаторах при его распределении преимущественно в фазе Mg₂Si. Снизить активность магния можно за счет связывания его в более прочные соединения, чем в Mg₂Si, которые образуется, в частности, при введении в состав модификатора других ЩЗМ и РЗМ элементов. Проведенное изучение фазового состава комплексных модификаторов, химический состав которых представлен в таблице №3, позволило выявить следующие особенности. Введение в состав модификаторов Ca, Ba и РЗМ привело к образованию комплексных фаз Fe-Ca-Ba-Si с различным соотношением компонентов. Вместо FeSi₂ появляется фаза, в которой замещена часть атомов железа на атомы кальция. Совместное присутствие в модификаторе Ca и Mg связано с образованием двух фаз: вместо Mg₂Si выделяется фаза, стехиометрическая формула которой близка к Mg₃Ca₂Si₃. В ней также присутствуют атомы Fe, Cе и Ba. Вместо фазы СаSi₂ происходит выделение фазы, близкой по соотношению компонентов к Ca₂MgSi₃. Количество Ва и Се в ней незначительно. Наряду с этими фазами обнаруживаются сложные фазы: Si-Mg-Ba-Ce-Ca, в которых содержание отдельных компонентов меняется в различных соотношениях, что не позволяет приписывать этим фазам каких-то постоянных стехиометрических соотношений.

№ п.п.	Химический соств модификаторов, мас. %	Фазовый состав модификатора
	Si	Mg	Ca	Ba	РЗМ	Fe
1.	55	5,2	0,4	-	0,5	ост.	FeSi2, Mg2Si, FeSi, Si
2.	58	4,9	1,5	-	0,5	ост.	FeSi2, Mg2Si, FeS iFeSI, Fe-Si-Ca
3.	50	4,7	3,6	6,5	0,5	ост.	FeSi2, ВаSi2, Mg2Si, СаSi2, Mg-Ca-Si, Mg-Ва-Cе-Si, Се-Ва-Са-Si
4.	63	2,57	3,45	0,88	4,11	ост.	FeSi2, Са2Mg3Si3, Ca2MgSi3, Ba-Ce-Mg-Ca-Si

Наличие комплексных фаз с магнием способствует снижению его активности. В данном исследовании исходили из того, что наиболее стабильно процесс модифицирования в ковше протекает в условиях, когда коэффициент активности атомов магния в расплаве и модификаторе отличается незначительно. В связи с этим проанализировано влияние химического состава модификаторов и чугуна на коэффициент активности магния. Для расчета активности магния использовали параметры взаимодействия, учитывающие влияние каждого из компонентов:

lgf_Mg

где lgf_Mg - коэффициент активности магния;

lⁱ_Mg - параметр взаимодействия Mg с i компонента;

[%i] - содержание i компонента.

Оценку коэффициентов активности магния в модификаторе и чугуне

проводили для температуры 1600?С. Данная температура выбрана исходя из того, что параметры взаимодействия для компонентов расплавов на основе железа определены экспериментально в большинстве исследований именно для этой температуры.

Оценку активности магния в чугуне и модификаторе проводили по следующим уравнениям:

Для анализа использовался следующий состав чугуна: 3% С; 2,5% Si; 0,4% Mn; 0,03-0,08% S. Расчеты показывают, что основное влияние на коэффициент активности магния в чугуне оказывает сера. Это соответствует практическим данным по влиянию серы на степень сфероидизации графита в чугуне при его обработке магниевыми модификаторами. Проведенный анализ показал, что при условии ввода в него 0,1% Mg составляет соответственно:

Оценка коэффициентов lgf_Mg для наиболее распространенных промышленных модификаторов марок ФСМг5-ФСМг7 показывает, что они меняются в интервале:-63….-103. Исходя из соотношения коэффициентов магния в чугунах и модификаторах следует, что существующие модификаторы не обладают оптимальным составом. Одним из путей снижения активности магния в модификаторе является наряду со снижением магния введение в состав модификатора других ЩЗМ, в частности Са и Ва. В таблице №4 представлены составы ряда комплексных модификаторов Fe-SI-Mg-ЩЗМ и результаты металлографического анализа структуры чугуна, имевшего в исходном состоянии следующий химический состав (мас. %): 3,0-3,3% С; 1,0-1,5% Si; 0,4-0,6% Mn; 0,089% S; Fe-остальное, после его сфероидизующей обработки данными модификаторами. Чугун выплавлялся в 50 кг индукционной печи. Модификаторы в количестве 2,5% от веса обрабатываемого металла помещались на дно ковша перед разливкой. Температура перегрева чугуна составляла 1390±10?С.

Таблица №4.

Влияние составов комплексных сфероидизирущих модификаторов на структуру модифицированного чугуна.

№ п.п.	Содержание компонентов модификатора, мас. %	Микроструктура чугуна
	Si	Mg	Ca	Ba
1.	54,0	4,9	2,0	-	Гф2, Граз90, Г10, П92(Ф8)
2.	53,3	6,9	2,0	3,7	Гф12(13), Граз25, Г4, П15(Ф85)
3.	49,4	4,7	3,6	4,6	Гф12(13), Граз25, Г4, П45(Ф65)
4.	56,2	5,0	3,6	6,7	Гф5(12), Граз45, Г10, П70(Ф30)
5.	58,4	4,2	5,4	4,2	Гф5(12), Граз25, Г8, П65(Ф35)
6.	56,2	3,0	3,6	3,2	Гф2, Граз90, Г10, П95(Ф5)

Как следует из приведенного металлографического анализа, графит в шаровидной форме выделяется при использовании модификаторов №2 и №3 (фотографии 1,2). Повышение содержания бария (модификатор №4) или кальция (модификатор №5), а также снижение содержания бария (модификатор №1) отрицательно сказывается на снижении степени сфероидизации графита. При этом было отмечено, что для всех модификаторов характерно повышенное дымовыделение и пироэффект при принятом способе обработки в ковше. Снижение интенсивности данных процессов наблюдается при использовании модификатора №6 , с пониженным содержанием магния. Однако он не обеспечивает выделение графита шаровидной формы.

Фото 1. Структура чугуна с шаровидным графитом правильной формы 15-60 мкм, металлическая основа феррито-перлитная, перлита 15%.



Фото 1. Структура чугуна с шаровидным графитом правильной формы 15-50 мкм, металлическая основа феррито-перлитная, перлита 45%.

Сравнение коэффициентов активности магния для исследуемых модификаторов показывает, что они значительно превосходят показатель активности магния в чугуне. Возможность понижения активности магния в модификаторе за счет повышения суммарного содержания Са и Fe не позволяет достичь требуемой степени сфероидизации графита. Это связано, в первую очередь, со снижением растворимости данных модификаторов и указывает на то, что, наряду с термодинамическим фактором, важную роль играет и кинетический фактор.

Повышенное содержание бария в модификаторе способствует выделению графита преимущественно вермикулярной формы. Поэтому использование данных модификаторов может рассматриваться как один из способов получения чугуна с вермикулярной формой графита.

Одним из путей снижения активности магния в модификаторе в соответствии с полученными данными по фазовому анализу может быть использование в составе модификатора редкоземельных элементов. Количество РЗМ можно выбирать из необходимости получения величины

(lgf_Mg)_мод. (lgf_Mg)_чуг.

Таким образом проведенные исследования показывают возможность оптимизации состава модификатора для ковшевой обработки чугуна за счет снижения активности магния в модификаторе.

Скорость растворения в чугуне магнийсодержащих модификаторов, определяемая в первую очередь их фракционным составом, имеет самостоятельное значение. Экспериментально установлено, что в случае лигатур с большой плотностью, например на основе никеля или меди, наилучшие результаты по усвоению магния достигаются при размерах кусков лигатур в поперечнике в пределах 50-100 мм и более (для ковшей емкостью300-500кг и более и температуре чугуна 1440-1520С). Для таких условий модификаторы на основе кремния и железа, т.е. более легкие должны быть измельчены до фракции не более 30 мм. Приведенные на рис. 1 данные (применяли лигатуру, содержащую 6-7% Mg; 1,5-3% Ca; 1-2% РЗМ; остальное кремний и железо) показывают , что оптимальным в отношении усвоения в чугуне является размер кусков 2-10 мм, однако в случае обработки чугуна в ковшах емкостью 1000 кг при применении лигатуры с фракционным составом 10-30 мм усвоения магния уменьшается незначительно и в меньшей степени, чем в ковшах емкостью 180 кг. Увеличение размера фракции до 30-50 мм в обоих случаях ведет к снижению усвоения и увеличению расхода модификатора. Такая тенденция наблюдается на практике и при обработке больших (до 2-2,5 т) масс чугуна. Полученные экспериментальные данные показывают, что при использовании лигатуры (5-6% Mg; 1,5-2,6% Ca; 0,8-1% РЗМ; 45-50 Si; ост. Fe) наибольшее усвоение магния получено при ее зернистости в пределах 2-6 мм (фракционный состав лигатуры изучили от0,0001 до15 мм).

При обработке чугуна легкими лигатурами куски ее стремятся всплыть на поверхность и, согласно закону Стокса, тем быстрее, чем больше размер фракции и чем меньше плотность лигатуры. Исходя из предположения, что каждая введенная в ванну расплава чугуна частица модификатора имеет сферическую форму и, учитывая, что на нее одновременно действуют три силы - сила тяжести (4/3r³_Mg), выталкивающая (по закону Архимеда) сила (4/3r³_Чg) и сопротивление расплава чугуна (6V) получено уравнение для определения ускорения движения частицы модификатора в процессе ее растворения (уменьшения размера):

a = (_Ч - _M)/_Mg - g/2/(_Mr²)V;

где _M - плотность модификатора,

_Ч - плотность чугуна,

- вязкость чугуна,

r - переменный во времени радиус частицы модификатора,

V - скорость движения частицы.

Поскольку допустимо считать, что скорость растворения частицы модификатора шаровидной формы пропорциональна ее поверхности, можно вычислить значение размера частицы в процессе ее растворения в чугуне во времени:

r = R - K/_Mt,

где R -начальный (вводимый в чугун) радиус частицы модификатора;

t - продолжительность нахождения частицы в жидком чугуне;

K - скорость (по массе) растворения частиц модификатора.

Продолжительность полного растворения частицы модификатора можно вычислить по формуле:

T = R_M/K.

Значение скорости растворения частиц модификатора зависит от состава последнего, от температуры чугуна, исходной температуры самого модификатора и других факторов и может быть достоверно определен только опытным путем.

Таким образом, при измельчении модификаторов до мелких фракций наряду с увеличением степени усвоения магния, обеспечиваемого замедлением процесса всплывания кусочков, достигается быстрое их растворение в чугуне, продолжительность которого находится в прямой зависимости от размеров фракции.

Получение высокопрочного чугуна с помощью лигатур наиболее просто осуществляется в стационарных ковшах, при этом достаточно высокая (30-60%) степень усвоения в чугуне магния достигается при вводе модификатора в ковш по сэндвич-процессу, причем известно много его разновидностей: модификатор на дно ковша может быть пригружен стальной или чугунной высечкой, дробью, чугунной стружкой и т. д.

Повышенное (в 1,2-1,3 раза) усвоение магния достигается при совмещении сэндвич-процесса и применении промежуточной крышки, устанавливаемой на ковш. При отсутствии зазора между ковшом и крышкой и при наличии в полости крышки чугуна в процесс наполнения ковша процесс модифицирования происходит практически без пироэффекта. Повышению усвоения магния способствует и перегородка на дне ковша, отделяющая первые порции заливаемого в ковш чугуна от модификатора, благодаря чему реакция модифицирования начинается, когда выпускное отверстие в ковше уже перекрыто слоем чугуна в нем.

При сфероидизирующей обработке расплава в ковше одним из основных факторов стабилизации степени сфероидизации графита в чугуне является снижение содержания магния в модификаторе (наряду с совершенствованием методов модифицирования), использование лигатур комплексного состава, уменьшение расхода лигатур, сокращение длительности выдержки модифицированного чугуна в жидком состоянии. В одних и тех же условиях относительная степень усвоения лигатур типа ФСМГ с 8-9%, 5-6% 3-4%, 1-2% содержания магния составляет в среднем 1; 1,2; 1,7; 2,2 соответственно. При этом лигатуры с 8-9% магния усваиваются на 35-48% (по магнию) в зависимости от фракционного и химического состава, емкости и конфигурации ковшей, повышения плотности лигатур, применения различных методов их принудительного погружения в расплав и защиты от контакта с воздухом в процессе модифицирования.

При массовом производстве отливок, где наиболее целесообразно модифицирование чугуна в литейной форме, важно достичь таких условий расплавления лигатур, когда граница зон высокопрочного и немодифицированного чугуна находится между полостью формы и реакционной камеры. Исследования показали, что на общую продолжительность расплавления лигатур основное влияние оказывает температура исходного чугуна: повышение ее с 1380-1500С ускоряет расплавление лигатур типа ФСМг (фракция 1-4 мм) в 1,5 раза, при этом кальций способствует замедлению, а магния, наоборот, незначительному сокращению длительности модифицирования. В случае механической смеси гранулированного магния с измельченным ферросилицием процесс модифицирования заканчивается раньше, чем при применении лигатуры с таким же содержанием магния. Увеличение размера фракций лигатур в пределах 0,5-10 мм при модифицировании в форме влияет не столько на изменение общей длительности из расплавления в чугуне, сколько на неравномерность во времени этого процесса, что особенно проявляется в получении в первых порциях модифицированного металла с неудовлетворительной формой графита.

Более существенно влияние фракционного и химического состава на продолжительность расплавления лигатур при вводе последних в обрабатываемый объем чугуна. Одновременно с увеличением концентрации магния и кальция процесс модифицирования замедляется, различие в длительности расплавления лигатур тем больше, чем крупнее фракции лигатур.

Длительная практика производства отливок из высокопрочного чугуна, а также изучение свойств жидкого чугуна после сфероидизирующей и инокулирующей обработки металла показывают, что для образования шаровидного графита в сплаве необходима определенная концентрация магния. В зависимости от скорости охлаждения отливки в сплаве должно содержаться 0,015-0,08% Mg. Усвоенный Mg имеет слабые межатомные связи с компонентами жидкого чугуна. С железом Mg не взаимодействует, а с углеродом и кремнием межатомные связи недостаточны для образования в области температур жидкого состояния металла химических соединений. Чистый магний существенно влияет на свойства жидкого высокопрочного чугуна. При содержании в ВЧ Mg более 0,015% уменьшается поверхностное натяжение металла. От изменения концентрации остаточного магния в ВЧ зависит форма и количество включений шаровидного графита, содержание цементита в структуре и механические свойства чугуна.

Магний повышает растворимость углерода в железе, в результате чего после сфероидизирующей обработки прекращается выделение спели в заэвтектических чугунах, в магниевых чугунах точка эвтектики сдвинута вправо до углеродного эквивалента 4,6%. В результате повышается устойчивость жидкой фазы, металл кристаллизуется с большим переохлаждением, повышается склонность ВЧ к кристаллизации в соответствии с метастабильной диаграммой состояния Fe-C - сплавов. В таких условиях гомогенное образование зародышей графита в жидкости выше линии ликвидуса не происходит. В жидком чугуне после десульфурации и окисления, но без Mg в составе металла достигнуть такой устойчивости жидкой фазы невозможно.

Изменения в свойствах жидкого ВЧ, которые приведены выше, может вызвать только растворенный Mg. Присутствие в жидком металле магния в виде избыточной фазы не исключено, но при этом он, скорее всего, будет выполнять роль активного центра кристаллизации графита, вызывая на себя диффузионный поток углерода по мере охлаждения сплава.

Жидкий чугун по отношению к Mg является, очевидно, раствором пересыщенным. Отсутствие достаточно прочных связей между компонентами чугуна обуславливает высокую скорость самопроизвольного испарения магния из жидкого металла, которая имеет место и в инертной атмосфере.

Степень фугитивности изменяется с температурой металла непропорционально. При повышении температуры изотермической выдержки жидкого чугуна с 1250С до 1350С кинетика самопроизвольного удаления магния растет. Дальнейшее увеличение температуры до 1400С уменьшает константу удаления магния, что можно объяснить повышением его растворимости в сплаве в этом температурном интервале.

Таким образом, исходный жидкий чугун после передела на ВЧ может быть сильно пересыщен магнием, выделение которого из раствора в процессе изотермической выдержки или последующего охлаждения металла затруднено, т.к. образование равновесного зародыша с измененным химическим составом связано с необходимостью создания не только поверхности раздела между кристаллизующейся и жидкой фазой, но также с необходимостью образования концентрационной флуктуации. Растворенный магний повышает растворимость углерода в сплаве, что обуславливает повышенную склонность ВЧ к кристаллизации с отбелом.

Такое состояние системы является неустойчивым, т.к. соответствует равновесным условиям, но сохраняется во времени. Переводу этой системы в стабильное состояние способствуют сравнительно слабые внешние воздействия или ввод зародышей более устойчивой фазы. Если в жидкий ВЧ ввести нерастворимый в расплаве химический элемент, межатомные связи которого с Mg сильнее, чем с другими элементами сплава, то создадутся условия для частичного выделения Mg из раствора и образования в жидкости микрообъемов, обогащенных магнием и этим металлом. Активными элементами - инокуляторами, способствующими эффективному зародышеобразованию в сплаве, могут служить Са, Ва, Sr, Bi, в полной мере соответствующие перечисленным выше требованиям. Экспериментально установлено, графитизирующий потенциал традиционно инокулятора - ферросилиция зависит от наличия в его составе упомянутых металлов. Кремний, введенный в жидкий чугун при инокулировании, несколько уменьшает растворимость углерода в железе, однако прямого участия в образовании зародышей графита не принимает. По мере выдержки ВЧ в жидком состоянии в результате теплового упорядочивания и частичного окисления микрообъемов, обогащенных магнием, со временем уменьшается количество активных зародышей графита, и инокулирующий эффект пропадает. Присутствие в жидком растворе флуктуаций, обогащенных магнием, будет способствовать перераспределению в этих микрообъемах и углерода, поэтому зародыши в закаленных образцах воспринимаются как мелкие включения ШГ размером 1-2 мкм.

Инокулирование ВЧ кремнийсодержащими добавками вызывает эффект графитизации в сплаве не прямым воздействием на углерод, растворенный в жидкости, а через сфероидизирующий элемент - магний.

Удельное количество модификатора, используемого для внепечной обработки чугуна, значительно превышает теоретически необходимый предел. Особенно это относится к комплексным присадкам на железокремнистой основе, содержащим щелочноземельные (Mg, Са, Ва) и редкоземельные элементы их использования. Низкая плотность и шлакование поверхности частиц препятствуют их быстрому растворению в расплаве, модификаторы всплывают на его поверхность, окисляются и переходят в шлак. Улучшение усвоения за счет повышения температуры расплава имеет свой оптимум, превышение которого приводит к быстрому угасанию эффекта модифицирования при выдержке жидкого чугуна. Недостаточно высокое усвоение и шлакование комплексных высококальцевые модификаторы типа ФСМг, хотя экспериментально установлено, что если добиться хорошего усвоения (например, путем механического перемешивания расплава), то первые обеспечивают более высокий уровень свойств чугуна. Поэтому в последние годы литейщики обратили серьезное внимание н гранулометрию применяемых модификаторов, особенно при внутриформенной обработке чугунов с шаровидным графитом. Попытка повышения усвоения модификаторов за счет более дисперсного дробления (менее 1 мм) может дать обратный результат. Казалось бы, уменьшение диаметра частиц должно увеличивать скорость их растворения. Однако при ковшевой и, особенно, внутриформенной обработках происходит преимущественно взаимодействие с расплавом не отдельных частиц, а насыпного слоя модификатора. В этом случае решающее значение имеет проникновение расплава в глубь слоя, которое резко затрудняется при наличии в нем мелких частиц. Это приводит к слоевому спеканию дисперсного модификатора.

Следовательно, регулирование скорости растворения и соответственно усвоения модификаторов за счет варьирования размерами частиц, близкой по форме к сферической, также ограничено в определенных оптимальных пределах фракции, зависящей от способа модифицирования, объема ковша, вида присадки и др.

С помощью специальной установки, позволяющей по силе, действующей на погруженную в расплав частицу модификатора, определять скорость изменения ее массы (объема), изучена кинетика растворения различных по составу присадок на базе ферросилиция. В первый момент при погружении холодной частицы в расплав на ее поверхности происходит намораживание корочки чугуна. Далее после ее плавления начинается процесс растворения. Однако в присутствии Са за счет образования шлаковых пленок на поверхности частиц их суммарный объем может возрасти. При этом резко замедляется растворение и существенно увеличивается сила, выталкивающая частицу из расплава в шлак. Для получения приемлемой скорости растворения таких модификаторов температура расплава должна быть более 1450-1480С.

Ковшевое модифицирование чугуна чистым магнием или высокопроцентными магниевыми лигатурами сопровождается значительным дымовыделением и пироэффектом и обычно обеспечивает усвоение магния не более 50%.

Разработана технология модифицирования чугуна в открытых ковшах, получившая название МДС-процесс, которая отличается применением специального модификатора на основе чистого магния. На дно ковша устанавливали перегородку из огнеупорного кирпича высотой 150-250 мм, в зависимости от вместимости ковша. В одну половину закладывали модификатор, который присыпали чугунной стружкой, дробью или стальной высечкой, в другую направляли струю металла при сливе его из печи. Эффект модифицирования оценивали по степени усвоения магния по формуле:

Mg_усв = (Mg_ост + Mg_в) 10⁴/ Mg_м Р_м ,

где Mg_ост - остаточное содержание магния в чугуне, %;

Mg_в = 0,76 (S_исх. - S_ост.) - магний, вступивших в соединение с серой, %;

S_исх.,S_ост. - исходное и остаточное содержание серы, %;

Р_м - расход модификатора, %;

Mg_м - массовая доля магния в модификаторе.

С повышением температуры модифицирования с 1400С до 1530С степень усвоения магния уменьшается с 95 до 50% и появляется свечение над зеркалом металла, а при температуре 1530С и пироэффект. Количество присыпки (сухая чугунная стружка фракцией 3-5 мм) зависит от температуры модифицирования. При уменьшении количества присыпки ниже оптимального смесь начинает работать до заполнения ковша, я часть магния сгорает, а при увеличении - происходит захолаживание металла, и модифицирующая смесь покрывается корочкой, препятствующая контакту жидкого чугуна с ней.

Существенно влияет на расход модификатора содержание серы в исходном чугуне. Исследования показали, что при условии получения в чугуне Mg_ост более 0,03% для чугунов с исходным содержанием серы 0,02-0,05% и 0,12-0,15% расход магния соответственно составляет 0,06-0,08% и 0,12-0,14% массы обрабатываемого чугуна. МДС - процесс получения чугуна с шаровидным графитом внедрен на Московском заводе «Станколит». Чугун (состава, %: 3,4-3,9 C; 1,1-1,7 Si; 0,5-0,8 Mn; 0,09-0,1 Cr; 0,025-0,03 S), выплавляли в индукционной печи емкостью 10 т. Модифицирование проводили при температуре 1450-1470С в открытых ковшах емкостью 3 и 5 т. Процесс модифицирования начинался после полного заполнения ковша и проходил без пироэффекта. На зеркале металла наблюдались лишь кипение металла и отдельные фонтанчики сгорающих паров магния высотой 30-50 мм, при этом выплесков металла из ковша не происходило. Процесс модифицирования длился 2-3 мин. В стандартных пробах чугун имел шаровидную форму (Гф12, Гф13), ферритно-перлитную структуру ( 35% перлита), высокие механические свойства (_в = 450-650 МПа; = 19-22%).

Получение ЧШГ с применением МДС-процесса способствует получения ферритно-перлитной структуры без термообработки, благодаря большой графитизирующий способности модификатора.

Производственные плавки показали, что при модифицировании чугуна в ковшах с большой вместимости процесс модифицирования происходит спокойнее, усвоение магния больше, а свечение над зеркалом металла меньше. Это связано с высотой столба металла над модификатором в ковше.

Исследование показали, что МДС-процесс позволяет проводить модифицирование как электропечного чугуна, так и ваграночного в открытых ковшах практически любой вместимости и получать ЧШГ с заданными механическими свойствами.

3.3 Разработка технологии получения отливок из высокопрочного чугуна на основе модификатора мелкодисперсной фракции

Наиболее технологичной и рациональной схемой использования пылевидной фракции модификатора является обработка металла в ковше. При этом на дно раздаточного ковша засыпается 1,6-1,8% модификатора фракцией менее 1,5 мм и 0,4-0,5% ферросилиция ФС 75.

При этом в чугуне должно быть 0,03-0,04% Mg_ост, пироэффект и дымовыделение меньше, чем при применении Fe-Ni-Mg-Ce лигатуры. При заполнении ковша металлом пылевидная фракция модификатора не всплывает на поверхность, как это имеет место при кусковых модификаторах, поэтому пироэффект полностью прекращается при заполнении ковша на 0,5-0,6 его высоты.

Использование модификаторов фракции менее 1 мм для получения высокопрочного ЧШГ не дало стабильных результатов; для обеспечения содержания Mg_ост в чугуне необходимо увеличивать расход модификатора, что делает процесс нетехнологичным, поэтому была изменена схема фракционирования. Для этого модификатор рассевали через сито с ячейкой 1,51,5 мм. Переход фракции 1,0-1,5 мм из модификатора для внутриформенного модифицирования в модификатор для ковшевого модифицирования при условии 100% использования продукта дробления экономически и технологически целесообразен. По разработанной технологии модифицирования пылевидной фракцией на литейном заводе КамАЗа в 1987 год было произведено более 30 тыс. тонн отливок из чугуна с шаровидным графитом. Разработана надежная технология получения высокопрочного чугуна путем обработки чугуна в ковше пылевидным модификатором. Отработаны оптимальная рабочая фракция, композиции модификаторов, приемы ввода модификаторов. Способ успешно использовался при обработке чугуна в ковшах емкостью 1,2 т с последующей заливкой на автоматических линиях. При этом стабильно получался чугун марки ВЧ-50. Механические свойства получаемого чугуна:

- предел прочности на растяжение _в = 530-620 МПа;

- относительное удлинение 10-16%;

- твердость 170-217 НВ.

Степень сфероидизации графита 95-97% (фото 3), содержание перлита до 30%.

Разработанная технология позволяет использовать материал, который ранее в производстве не использовался.

Ранее проведенная работа показала возможность использования отходов от дробления лигатуры фракцией 1,7-0,0 мм для ковшевого модифицирования высокопрочного чугуна. Однако значительный пироэффект при наполнении и ковша чугуном затрудняет процесс внедрения данного материала в производство. Данная работа проводилась с использованием ковшей емкостью 2,2 т. В качестве модифицируемого чугуна использовался серийный исходный высокопрочный чугун с химическим составом, (мас, %): C = 3,87; Si = 2,20; Mn = 0,035; Cr = 0,040; Ni = 0,15.

Для уменьшения пироэффекта был составлен комплексной модификатор композиции: 0,9% пыли; 0,3% Fe-Ni-Mg-РЗМ лигатуры и 0,6% FeSi75 (пр-во СФЗ). Причем, засыпка ферросилиция осуществлялась в ковш после засыпки и тяжелой лигатуры. В данном случае FeSi играет роль не только графитизирующего модификатора, но и присыпки. Наполнение ковшей металлом проходило в условиях установившегося технологического процесса. Пироэффект в процессе наполнения был значительно меньшим даже в сравнении с обработкой чугуна тяжелой лигатурой. Повысилось усвоение Mg из лигатуры (пылевидные отходы) с 30-35% без ферросилиция, до 30-40% с присыпкой ФС75.

В результате был получен чугун с микроструктурой: Гф12,13; ССГ 96-97%; Г 8-12%; П до 10% (фото 4). Механические свойства: _в = 65-66 кгс/мм²; = 14-16%; 215-220 НВ. Химический состав в отливке (%): Mg_ост = 0,049-0,049; Si = 2,85-2,90; Ni = 0,5.

В качестве модификатора использованы отходы от дробления и рассева железокремниймагниевых модификаторов фракцией менее 1,5 мм, которые вводятся на дно ковша без последующего уплотнения трамбовкой. При этом в разливочном ковше остаток жидкого металла составляет 1,5-3% от его металлоемкости. цех чугунный брикетирование литье

Фракционность лигатуры важна с точки зрения скорости и полноты растворения лигатур, степени равномерности распределения элементов сфероидизации в объеме расплава чугуна. Мелкодисперсные модификаторы создают дополнительные центры кристаллизации, которые способствуют измельчению зерна матрицы и более равномерному распределению мелких включений графита, однородность структур в стенках отливок разной толщины.

Фото 3. Структура чугуна с шаровидным графитом правильной формы: ШГФ5, ШГд25-45, ШГр1, ШГ8, ССГ 95%



Фото 4. Структура чугуна с шаровидным графитом правильной формы диаметром от 15 до 60 мм, металлическая основа ферритно-перлитная, перлита 10%.

Опытным путем установлено, что остаток металла в ковше должен составлять 1,5-3%. Если остаток металла менее 1,5%, его недостаточно для эффективной пропитки модификатора. Остаток металла более 3% вызывает более продолжительный пироэффект и угар магния. По этой же причине недопустимо, чтобы температура остатка металла была выше 1250С. Если температура ниже 1250С металл может затвердеть раньше, чем модификатор вмерзнет в него образуется брикет. Зависимость свойств чугуна от количества остатка металла в ковше представлена в таблице №6.

Таблица №6.

Зависимость степени усвоения магния и механических свойств чугуна от остатка жидкого чугуна в ковше при расходе модификатора ФСМг5 1,7%, фракция 0-1,5 мм.

№ п.п.	Остаток чугуна в ковше,%	Усвоение магния, %	Механические свойства
		Введено	Получено	Усвоено %	т, МПа	в, МПа	, %	Ударный изгиб, кДжмм2	Удар. разрыв, кДжмм2
1.	1,0	0,085	0,031	37	370	460	7,0	480	1000
2.	1,5	0,085	0,041	48	390	510	9,0	960	2200
3.	2,2	0,085	0,043	50	400	518	10,5	980	2190
4.	3,0	0,085	0,041	48	410	516	10,5	1010	2180
5.	3,5	0,085	0,030	35	360	450	6,5	590	1860
6.	ВЧ-50				350	500	7,0

Модификатор загружается в количестве 1,0-2,5% на дно ковша, в котором находится остаток металла в количестве 1,5-3% при 1200-1250С. С вводом модификатора чугун, находящийся на дне ковша при температуре, близкой к температуре начала кристаллизации, пропитывает модификатор, быстро охлаждается и затвердевает (через 5-15 с после ввода модификатора. При наполнении ковша чугуном с температурой 1480-1530С брикет будет растворяться по мере прогрева его жидким чугуном и полное растворение наступит только через 2-4 мин. после наполнения ковша, тем самым увеличивая время действия сфероидизирующей обработки. При формировании брикета пироэффект и дымовыделение быстро прекращаются. Магния выгорает всего 5-10%.

Усвоение магния зависит от фракционного состава. Опытным путем установлено, что наибольшее усвоение достигается при равномерном фракционном составе, что подтверждается результатами, представленными в таблице №7.

Количество модификатора, вводимого в ковш, зависит от содержания в нем магния. Опытным путем установлено, что для получения оптимальных механических свойств при использовании модификаторов типа ФСМг (ТУ 14-5134-86) расход составляет 1,0-2,5% от металлоемкости ковша. Результаты испытаний представлены в таблице №8 для двух марок модификаторов.

Таблица №7.

Зависимость степени усвоения магния и механических свойств чугуна от фракционного состава модификатора ФСМг-5.

№ п.п.	Фракционный состав модификатора., мм	Расх. мод., %	Остатк чугун. в ковше, %	Усвоение магния, %	Мех. свойства
				Введено	Получено	Усвоено %	т, МПа	в, МПа	, %
1.	0-0,5 - 50% 0,5-1,0 - 40% 1,0-1,5 - 10%	1,7		0,085	0,030	35	320	410	6,0
2.	0-0,5 - 34% 0,5-1,0 - 33% 1,0-1,5 - 33%	1,7	2,2	0,085	0,044	52	430	550	10
3.	0-0,5 - 30% 0,5-1,0 - 30% 1,0-1,5 - 40%	1,7	2,2	0,085	0,042	49	430	530	9,0
4.	0-0,5 - 10% 0,5-1,0 - 40% 1,0-1,5 - 50%	1,7	2,2	0,085	0,034	40	340	430	8,0
5.	ВЧ 50 ГОСТ 7293-85	350	500	7,0

Таблица №8.

Зависимость свойств чугуна от количества введенного модификатора фракции 0-1,5 мм.

№ п.п.	Модификатор	Введено модиф., %	Механические свойства
			т, МПа	в, МПа	, %	Ударный изгиб, кДжмм2	Удар. разрыв, кДжмм2
1.	ФСМг-7	0,5	330	490	4,0	400	1050
		1,0	380	532	8,5	990	2300
		1,5	380	535	9,0	1000	2260
		1,7	410	536	9,0	980	2190
2.	ФСМг-7	0,5	210	210	-	280	860
		1,0	422	422	-	380	1000
		1,5	320	503	5,5	970	2050
		1,7	375	561	8,0	990	2210
		2,0	385	570	10,0	980	2250
		2,5	390	565	8,5	990	2200
		2,7	375	580	8,5	950	2210
3.	ВЧ-50 ГОСТ 7293-85	350	500	7,0	-	-

Предлагаемый способ позволяет снизить себестоимость чугуна за счет использования отходов от дробления модификаторов, повысить качество, т.к. достигаются одинаковые механические свойства в стенках отливках равной толщины (таблица №9) и возрастает ударная вязкость чугунов при низких температурах. Этот способ наиболее эффективен при использовании ковшей более 500 кг, т.к. с уменьшением емкости ковша уменьшается остаток чугуна в нем, который быстро затвердевает. Кроме того, при небольшой порции чугуна модификатор не внедряется в расплав, а остается на его поверхности.

Таблица №9.

Зависимость механических свойств чугуна от толщины стенки при использовании модификатора ФСМг-5.

№ п.п.	Толщина стенки, мм	т, МПа	в, МПа	, %
1.	10	480	580	7,0
2.	20	460	576	9,5
3.	30	425	570	12,5
4.	40	425	554	11,0
5.	50	422	532	10,0
6.	70	406	540	10,5

3.4 Предлагаемая технология получения отливок из высокопрочного чугуна на основе отходов дробления и рассева модификаторов КЛЗ

Использование отходов от дробления и рассева модификаторов ФСМг-5 и ФСМг-7 для получения отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом и различной металлической матрицей (ферритная, ферритно-перлитная и перлитная) без термообработки основано на ковшевом модифицировании.

Технология заключается в следующем:

1. Базовый химический состав: C = 3,4-3,8%; Si = 1,4-1,7%; Mn = 0,3-0,5%; Cr 0,1%; S 0,03%; P 0,1%.

2. Ковш для модифицирования (разливочный ковш) должен быть чайникового типа с перегородкой на дне из огнеупорного кирпича высотой 150-250 мм, емкостью 0,3-2 т, с соотношением высоты и диаметра 2:1.

3. На дно ковша, разогретого до температуры 800С в следующей последовательности засыпают следующие добавки:

а) мелкодисперсный модификатор, количество которого определяется по следующей формуле:

%Модиф. = (0,6 %S + 0,05) 10⁴/(%Mg 60),

где %S - содержание серы в исходном чугуне,

%Mg - содержание магния в модификаторе,

60 - процент усвоения магния.

Например, при содержании серы в исходном чугуне 0,02% и содержании магния в модификаторе 7%