Шлак для модифікування чавуну

Шлак для модифікування чавуну, що містить діоксид кремнію, оксид кальцію, який відрізняється тим, що він додатково містить оксиди рідкісноземельних металів та оксид алюмінію при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: діоксид кремнію 3-9 оксид кальцію 40-45 оксид алюмінію 40-45 оксиди рідкісноземельних металів 5-7. Винахід відноситься до чорної металургії, зокрема до розробки складу модифікаторів для одержання чавунів з дрібнодисперсним графітом за допомогою спеціальних шлаків. Відома суміш для одержання модифікованих чавунів (А.с. №891787 СРСР МКИ С21С5/54, С21С1/08 опубл. Б.І. №47, 1981p.), яка містить, мас.%: карбід кремнію 30-70 оксид магнію 10-30 оксид кремнію 10-20 оксид кальцію 10-20. При обробленні сумішшю даного складу неможливо одержати чавун з необхідною структурою металевої основи у литому стані, при цьому пластичні властивості такого чавуну відносно низькі. Найбільш близьким по технічній сутності до складу, що заявляється, є шлак для одержання високоміцного чавуну з кулястим графітом та з заданою структурою металевої основи (А.с. №458584 СРСР МКИ С21С1/10, В22D1/00 опубл. Б.І. №4, 1975p.), що взятий за прототип, який містить оксид кальцію, карбід кремнію, двооксид кре мнію, оксид магнію, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: оксид кальцію 30-42 карбід кремнію 8-40 діоксид кремнію 10-52 оксид магнію 10-20. Чавуни, що одержуються з використанням для модифікування такого шлаку, мають навіть при ферито-перлітній матриці (одержати у структурі більше за 80% фериту неможливо) недостатньо високий рівень пластичних властивостей. В основу винаходу поставлена задача одержання чавуну з підвищеною характеристикою пластичності при високому рівні міцностних властивостей, яких потребує сучасне виробництво. Технічний результат досягається тим, що при обробленні шлаком одержується чавун у структурі якого графіт є супердисперсним рівномірно розподіленим у феритній матриці, що дозволяє підвищити пластичність та міцність чавуну. Зазначена задача вирішується тим, що у шлаку для модифікування чавуну, що містить діоксид кремнію та оксид кальцію, згідно з винаходом до (19) UA (11) 88117 (13) (21) a200811408 (22) 22.09.2008 (24) 10.09.2009 (46) 10.09.2009, Бюл.№ 17, 2009 р. (72) ХРИЧИКОВ ВАЛЕРІЙ ЄВГЕНОВИЧ, ІВАНОВА ЛЮДМИЛА ХАРИТОНІВНА, КОЛОТИЛО ЄВГЕН ВІКТОРОВИЧ, ІВОНІН ІЛЛЯ ВАЛЕРІЙОВИЧ, БІЛИЙ ОЛЕКСАНДР ПЕТРОВИЧ (73) НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ (56) SU, 458 584, A, 30.01.1975 SU, 891 787, A, 23.12.1981 SU, 1 708 909, A1, 30.01.1992 UA, 18 160, U, 16.10.2006 C2 1 3 88117 датково міститься оксид алюмінію та оксиди рідкісноземельних металів при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: діоксид кремнію 3-9 оксид кальцію 40-45 оксид алюмінію 40-45 оксиди рідкісноземельних металів 5-7. За наявними у авторів відомостями сукупність ознак, що заявляються та характеризують сутність шлаку є раніше невідомими. Таким чином, запропонований винахід відповідає критерію «новизна». Шлак запропонованого складу дозволяє при модифікуванні чавуну дуже підвищити їх пластичні (наприклад, відносне подовження) характеристики при високому рівні міцностних властивостей за рахунок одержання супердисперсних рівномірно розподілених графітних включень при феритній металевій основі (90-96об.% фериту) та тонких трооститних межах між феритними зернами. Розроблений склад шлаку можна одержувати при алюмотермічному виробництві лігатур на основі рідкісноземельних металів. Вплив окремих складових шлаків на структуру і властивості чавуну дуже різноманітний. Змінний якісний і кількісний вплив різних складових шлаку на структуроутворення залізовуглецевих сплавів ускладнює можливість їхньої класифікації за ознакою інтенсивності цього впливу, тим більше, що в багатьох випадках, наявність у сплаві двох модифікуючих елементів не обов’язково посилює їх окремий вплив, а іноді нівелює його. Тому задача з підбирання модифікувального шлаку, зводилася до того, щоб нейтралізувати небажаний вплив окремих складових і посилити їх спільний вплив. Вміст складових у шлаку обґрунтовується наступним. Серією лабораторних досліджень встановили, що для одержання супердисперсних рівномірно розподілених графітних включень у розплав необхідно ввести 0,2-0,56мас.% оксиду рідкісноземельних металів (R2O3) та 0,12-0,72мас.% оксиду кремнію (SiO2). При уведенні R2O3 та SiO2 менше 0,2 та 4 0,12мас.%, відповідно, досягти необхідного ступеня дисперсності графітних включень не удається, а при уведенні їх більше, відповідно, 0,56 та 0,72мас.% кожного виділяється велика кількість неметалевих включень, що зменшує весь комплекс фізико-механічних властивостей. Для забезпечення одержанняу литому стані феритної металевої основи необхідно, за результатами наших досліджень, увести по 1,6-3,6% від маси розплаву оксиду кальцію (СаО) та оксиду алюмінію (Аl2О3). При уведенні в розплав СаО та Аl2О3 у кількостях менше за 1,6% кожного одержували ферітоперлитну з різною кількістю перліту, металеву основу та, як наслідок, зменшення пластичних характеристик. При збільшенні уведення СаО та Аl2О3 більше за 3,6мас.% зменшуються міцностні характеристики матеріалу. Таким чином, елементарний розрахунок показує, що вказані компоненті повинні входити у склад шлаку в такому співвідношенні, мас.%: SiO2 - 3-9; СаО - 40-45; АІ2О3 - 40-45; R2O3 5-7. А для одержання необхідних концентрацій у розплаві витрата шлаку при модифікуванні повинна бути у межах 4-8мас.%. Суть винаходу, що заявляється, не визначена у явному вигляді з відомого авторам рівня техніки. Сукупність ознак, які характеризують відомі рішення, не забезпечують досягнення нових властивостей, і тільки наявність перерахованих відмінних ознак дозволяє одержати новий технічний результат. Таким чином, винахід, що заявляється відповідає критерію «винахідницький рівень». Для оцінки властивостей модифікованого пропонованим шлаком чавуну і його структурного стану, у порівнянні із чавуном, який модифікований шлаком за прототипом, отримали експериментальні чавуни. У промислових та лабораторних умовах одержали дослідні партії рідкісноземельних шлаків, які є як відходами алюмотермічного виробництва лігатур, так і результатами лабораторного переплавлення з добавками SiO2, СаО, АІ2О3, R2O3. Хімічні склади дослідних шлаків наведені у табл. 1. Таблиця 1 Склади дослідних шлаків Номер плавки 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Тип шлаку Шлак, запропонованого складу Шлак за прототипом SiO2 5,5 9,0 11,1 3,0 1,0 15,1 4,5 5,1 8,9 10,5 СаО 44,6 42,7 40,1 42,0 48,0 36,8 44,5 45,0 40,0 38,0 У лабораторних умовах кафедри ливарного виробництва Національної металургійної академії України в індукційній печі з кислою футеровкою виплавляли чавуни таких складів, мас.%: вуглець 3,7-3,81; кремній 0,9-1,05; марганець 0,5-0,61; фо Хімічний склад шлаків, мас.% Аl2О3 R2 O 3 44,9 5,0 41,3 7,0 40,0 8,8 50,0 5,0 48,0 3,0 36,6 11,5 44,2 6,8 44,9 5,0 45,0 6,1 СаС2 33,5 MgO 18,0 сфор 0,05-0,062; сірка 0,025-0,033. Після досягнення температури 1550±5°С - при модифікуванні запропонованим шлаком та 1450±5°С - при модифікуванні шлаком за прототипом та витримки 45хв. чавун випускали в розігрітий ливарний ківш з 5 88117 передчасно завантаженою на дно наважкою шлаку. Величина наважки при використанні для модифікування шлаку запропонованого складу в усіх випадках була 6%, а при використанні шлаку прототипу - 2% від маси розплаву. Після витримки протягом 14хв. зчищували шлак та заливали піщані сухі ливарні форми для одержання виливків діаметром 50 та висотою 200мм. З одержаних виливків вирізали зразки для металографічних досліджень, для визначення відносного подовження та межі міцності при розтягу. Визначення відносного подовження та границі міцності здійснювали за стандартною методикою. Хімічні склади дослідних чавунів та результати випробувань наведені у табл. 2. Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 6 Результати проведених досліджень показали, що застосування для модифікування чавуну запропонованого шлаку дозволило одержати супердисперсний рівномірно розподілений графіт, котрий оцінити за ГОСТ 3443-87 неможливо, тому що форму, розподіл та розміри одержаних графітних включень слід вважати орієнтовними. Пластичність чавуну, модифікованого пропонованим шлаком, вище в 2 рази, ніж чавуну, модифікованого шлаком прототипу. Винахід, що заявляється, засновано на теоретичних розробках, підтверджених експериментальними даними та може бути багаторазово відтворений у виробництві. Таким чином, винахід, що заявляється, відповідає критерію „промислова застосовність”. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601