Екзотермічна суміш для легування залізовуглецевих сплавів

Предлагаемое изобретение относится к составам экзотермических смесей для легирования железоуглеродистых сплавов в ковше. Известен состав экзотермической смеси для легирования чугуна ти таном в ковше (Авт. св. СССР №443915, кл. C21C7/00), состоящий из железоалюминиевого термита и ферротитана. Экзотермическую смесь вводят на дно ковша и поджигают термитной спичкой. Сразу же после сгорания смеси ковш заполняют жидким чугуном. В результате горения термитной составляющей смеси ферротитан расплавляется и растворяется в термитной стали, которая смешиваясь с чугуном, легирует его, а термитный шлак всплывает на поверхность жидкого металла в ковше и удаляется счи щалкой. Недостатком известной экзотермической смеси для легирования чугуна титаном в ковше является высокая температура ее воспламенения (около 1400°C), вследствие чего она не воспламеняется от контакта с жидким чугуном и для ее поджигания необходимо использовать термитные спички, а также высокая температура кристаллизации шлака (около 2050°C), что увеличивает потери легирующего элемента в шлаке. Целью предлагаемого изобретения является снижение температуры воспламенения экзотермической смеси для обеспечения возможности ее зажигания от контакта с жидким чугуном и снижение температуры кристаллизации шлака для повышения усвоения легирующего элемента жидким металлом. Поставленная цель достигается предлагаемым составом экзотермической смеси, которая дополнительно к железоалюминиевому термиту и ферротитану содержит плавиковый шпат (флюорит), снижающий на 150 - 200°C температур у воспламенения экзотермической смеси и температуру кристаллизации термитного шлака. Гранулометрический состав экзотермической смеси: железоалюминиевого термита - 0,1 - 1,0мм, ферротитана и плавикового шпата - до 3,0мм. Ниже приведен расчет состава предлагаемой экзотермической смеси для легирования железоуглеродистых сплавов титаном в ковше. Расчет выполнен на основании теплового баланса горения экзотермической смеси в жидком металле. Для хорошего разделения термитного металла и шлака и максимального усвоения легирующего элемента жидким железоуглеродистым сплавом температура горения экзотермической смеси (Tгс) должна составлять 1850 - 1900°C. Температуру горения экзотермической смеси, состоящей из железоалюиниевого термита, ферротитана и плавикового шпата можно определить по формуле где Tгс = 1900°C - температура горения экзотермической смеси; h = 0,9 - коэффициент использования теплоты горения термита, учи тывающий теплопотери; Qт = 800 - 900ккал/кг - теплота горения термита (минимальная - 800ккал/кг и максимальная 900ккал/кг); m - количество термита в 1кг экзотермической смеси, кг; qSFe = 66ккал/кг - теплота плавления железа; j = 0,56 - 0,62 - выход термитной стали при сгорании железоалюминиевого термита (минимальный 0,56 при максимальной теплотворной способности термита Qт = 900ккал/кг и максимальный - 0,62 при минимальной теплотворной способности термита Qт = 800ккал/кг); qSAl2O3 = 255ккал/кг - теплота плавления термитного шлака (оксида алюминия); qSTi = 94ккал/кг - теплота плавления титана; CpFe = 0,18ккал/кг град. - теплоемкость жидкого железа; CpAl2O3 = 0,35ккал/кг град. - теплоемкость жидкого оксида алюминия; CpTi = 0,17ккал/кг град. - теплоемкость жидкого титана. В формуле принято, что расчет ведется на единицу массы (1кг) экзотермической смеси и содержание титана в ферротитане составляет 30%. Подставляя в уравнение значения условно-постоянных величин и решая его относительно m, определяем минимальное и максимальное содержание термита в 1кг экзотермической смеси. При Qт = 900ккал/кг и j = 0,56 содержание термита в экзотермической смеси составит: m = 0,70 или 70%. При Qт = 800ккал/кг и j = 0,62 содержание термита в экзотермической смеси составляет: m = 0,78 или 78%. Тогда расчетный состав экзотермической смеси для легирования железоуглеродистых сплавов титаном в ковше в % по массе имеет вид: Железоалюминиевый термит 70,0 - 78,0 Ферротитан 20,5 - 28,0 Плавиковый шпат 1,5 - 2,0 Промышленные испытания предлагаемой экзотермической смеси проводили в литейном цехе с использованием жидкого чугуна ваграночной плавки. Для легирования чугуна на дно ковша емкостью 30кг вводили порцию экзотермической смеси предлагаемого состава и заполняли его жидким чугуном из заливочного ковша с одновременной заливкой проб для химического анализа и образцов для механических испытаний исходного чугуна. Экзотермическая смесь сгорала, расплавляя ферротитан, который растворялся в жидком чугуне, производя его легирование. Через 2мин после заливки ковша с поверхности жидкого металла счищали шлак и заливали пробы для химического анализа и образцы для механических испытаний легированного чугуна. На основании данных о содержании титана в исходном и легированном чугунах рассчитывали усвоение титана жидким чугуном при легировании его экзотермической смесью предлагаемого состава. Результаты промышленных испытаний предлагаемой экзотермической смеси для легирования железоуглеродистых сплавов титаном приведены в таблице. На основании проведенных испытаний установлено, что экзотермическая смесь предлагаемого состава для легирования железоуглеродистых сплавов титаном в ковше обеспечивает быстрое получение (длительность процесса 2 - 3мин) на базе обычного исходного чугуна легированных титаном чугунов для изготовления в едином технологическом потоке отливок с повышенными механическими и специальными физическими свойствами. При этом обеспечивается высокое усвоение титана чугуном - 85 - 87%.