Рафінуючо-модифікуюча суміш

Изобретение относится к литейному производству, в частности к смесям для внепечной обработки чугуна и может найти широкое применение в машиностроении. Известна модифицирующая смесь, содержащая следующие компоненты (мас.%): железокремниймагниевый сплав 10 - 70 ферросиликобарий 5 - 25 ферросиликомишметалл остальное (см. а.с. №1014911). Недостатком ее является низкая степень усвоения основных модифицирующих и рафинирующих компонентов смеси и значительный пироэффект при обработке. Кроме того, смесь содержит дорогостоящие и дефицитные ферросиликомишметалл и ферросиликобарий. Известен способ модифицирующей смеси (а.с. №1125276) для обработки чугуна, содержащий (мас.%): магний 4 - 12 силикокальций 10 - 20 силикомишметалл 6 - 30 чугунная стружка остальное Недостатком данной смеси является наличие чугунной стружки и силикокальция 10 - 20%, что приводит к снижению рафинирующей и модифицирующей способности. Наличие до 30% силикомишметалла кроме дефицитности значительно удорожает смесь. Наиболее близким по технической сущности является смесь для обработки чугуна (а.с. №1548242) содержащая (мас.%): десульфуратор (содовый шлак) 5 - 50 графит 1 - 10 порошок сфероидизирующего модификатора остальное Порошок сфероидизирующего модификатора содержит следующие компоненты (мас.%): Магний 1,5 - 10,5 Кальций 0,2 - 4,0 Редкоземельные металлы 0,3 - 2,0 Кремний 45,0 - 70,0 Алюминий 1,2 - 2,5 Железо остальное Недостатком известной смеси является не полное устранение цементитной фазы (отбела) в чугуне и связанной с ней величиной разрушающей нагрузки, что приводит к низким механическим свойствам чугуна. В основу изобретения положена задача создания рафинирующе-модифицирующей смеси для внепечной обработки чугуна, улучшающей его механические свойства с использованием отходов производства. Поставленная техническая задача решается за счет того, что рафинирующе-модифицирующая смесь, содержащая порошок сфероидизирующего модификатора и десульфуратор, дополнительно содержит алюминиевую стружку, порошковый титан и порошок отработанного кремния, а в качестве десульфуратора плавиковый шпат при следующем соотношении компонентов, мас.%: Порошок сфероидизирующего модификатора 10 - 50 Плавиковый шпат (десульфуратор) 4 - 50 Алюминиевая стружка 2 - 15 Порошковый титан 1 - 10 Порошок отработанного кремния остальное Наличие в составе смеси порошка сфероидизирующего модификатора способствует получению вермикулярного и шаровидного графита в чугуне вместо пластинчатой формы графита, что вызывает значительное повышение механических свойств чугуна. Нижний предел 10% порошка сфероидизирующего модификатора определяется началом инициирования процесса сфероидизации графита. Концентрация порошка сфероидизирующего модификатора выше 50% не улучшает свойств чугуна. Плавиковый шпат (десульфуратор) в составе смеси в количестве 4 - 20% способствует повышению ее растворимости в жидком чугуне, из-за образования легкоплавких соединений и повышению сфероидизирующих компонентов смеси, вызванным его десульфурирующим воздействием на металл. При вводе в смесь менее 4% плавикового шпата его действие как разжижителя модифицирующей смеси не проявляется. Ввод в состав смеси более 20% плавикового шпата не вызывает дополнительного увеличения ее растворимости, а при модифицировании чугуна приводит к повышенному образованию шлака. Алюминиевая стружка наряду с сильным раскисляющим и графитизирующим воздействием на металл, ведет к восстановлению сульфидообразующих металлов из окислов, находящихся в жидком чугуне, повышая тем самым активность протекания реакции десульфурации чугуна, одновременно повышает эффект усвоения сфероидизирующих компонентов, стабилизируя при этом процесс модифицирования. Содержание алюминиевой стружки в составе не ниже 2% необходимо для обеспечения протекания реакции восстановления сульфидообразующих металлов из окислов и процесса графитизации чугуна. При содержании алюминиевой стружки более 15% происходит насыщение чугуна алюминием, образование ситовидной пористости и снижению прочностных характеристик металла. Порошковый титан введен в состав в количестве 1 - 10%, как наиболее сильный дегазатор жидкого металла. Активно взаимодействуя с азотом и кислородом, находящимися в расплаве чугуна, титан способствует тем самым устранению газовых дефектов в отливках, повышая их гидроплотность. Отличительная способность титана - он благоприятствует первичной кристаллизации и ускоряет распад ледебурита, кроме того, вызывает легирование матрицы чугуна, способствуя получению дисперсной структуры, ее упрочнению, а также увеличению количества графитовых включений шаровидной и вермикулярной формы, уменьшая при этом степень отбела. При вводе в состав смеси менее 1% титана его действие не проявляется. Верхний предел - 10% связан с тем, что при большей концентрации титана ухудшаются механические свойства чугуна, форма графита и полностью подавляется его графитизирующее воздействие. Порошок отработанного кремния, являющийся отходным продуктом производства трихлорсилана, в данной смеси используется как кремний, графитизирующее действие которого общеизвестно. Рафинирующе-модифицирующую смесь готовили следующим образом: для получения смеси были приготовлены навески компонентов - порошок сфероидизирующего модификатора - 10,5кг, алюминиевая стружка - 2,1кг, порошок титана - 1,5кг, плавиковый шпат - 3,0кг, порошок отработанного кремния - 12,9кг. Приготовленные навески помещали в барабан-смеситель и смешивали в течение 20мин. Полученную смесь в количестве 1,0% от массы чугуна в ковше помещали на дно разливочного ковша и заливали расплавленным чугуном, например (C - 3,74; Si - 1,58; Mn - 0,57; P - 0,069; S - 0,145) при температуре 1360 1380°C. Чугун разливали в земляные формы для производства фасонных канализационных изделий. В таблице представлены составы смесей и результаты анализов качества полученного чугуна. Составы №1 - №3 соответствуют составам заявляемой смеси, а №4, 5 и 6 (прототип) - взяты для сравнения. Как видно из приведенных данных, наилучшие показатели прочностных характеристик и одновременно отсутствие цементитной фазы (отбела), а также повышенная рафинирующая способность и степень усвоения компонентов смеси (в частности, по кремнию) у чугунов, отработанных смесями составов №1 - 3. При применении для модифицирования чугуна известного состава №6 разрушающая нагрузка уменьшилась в среднем на 400 - 600кг и появился цементит (отбел) по сечению отливки до 2мм, в результате чего повысился бой при очистке литья в галтовочном барабане. При модифицировании чугуна составами, отклоняющимися от верхнего и нижнего пределов по основным компонентам (смеси №4 и №5), механическая прочность уменьшается на 200 - 450кг и появляется отбел в отливках. Экспериментальная проверка показывает, что применение предложенного состава рафинирующемодифицирующей смеси для обработки чугуна позволяет получить более высокие показатели прочности чугуна (разрушающая нагрузка 1800 - 2000кг) при производстве, например фасонно-канализационного литья без отбела и трещин. В результате применения предложенного состава рафинирующе-модифицирующей смеси снижается объем брака по бою отливок при их очистке в галтовочных барабанах в среднем на 40%. Предложенная модифицирующая смесь может быть использована как в лабораторных, так и в производственных условиях для получения высокопрочного чугуна с использованием отходов производства.