Модифікатор для обробки розплавів чавуну

Модифікатор для обробки розплавів чавуну, що містить порошок плавикового шпату, алюмінієву стружку, титан та порошок відпрацьованого кремнію, який відрізняється тим, що він додатково містить магній, рідкісноземельні метали і стружку чавуну при такому співвідношенні компонентів, мас. %: порошок плавикового шпату 1,0-8,0 алюмінієва стружка 1,0-5,0 титан 1,0-3,0 порошок відпрацьованого кремнію 42,0-48,0 магній 5,0-8,0 рідкісноземельні метали 1,0-2,0 стружка чавуну решта. Винахід відноситься до металургії чавуну і може бути використаним у ливарному виробництві чавуну для виготовлення виливниць для заливки сталей. Відомий модифікатор [1] для обробки чавуну, що містить суміш Si, Mg, Са, ΑΙ, Ρ3Μ, MgO, CaO, CeO, SiO2 (сумарний вміст оксидів складає 0,5-2,0 %), С - (0,001-25,0) % і Fe - решта, який вводять у сірий чавун до 0,33 % від ваги чавуну з метою поліпшення однорідності структури, збільшення часу збереження ефекту модифікування, зниження собівартості продукції за рахунок використання відходів. Проте модифікування здійснюється подачею суміші струменем на струмінь розплаву чавуну, що дуже небезпечно для робітників ливарного виробництва через піроефект від взаємодії порошків Mg, Са і РЗМ малої фракції (0,01-2,0 мм) з киснем середовища в умовах високих температур. Крім того, введення суміші порошків струменем на струмінь розплаву чавуну є нетехнологічним і неекологічним процесом. Відомий модифікатор [2] для обробки чавуну у ковші, який містить силумін 10-20мас.%, поліетилен 5-15мас. %, силікобарій - решта, для підви щення графітизуючої дії модифікатора, температура якого нижче 1320 °С (ваграночний чавун). Проте поліетилен (-СН2-СН2-) є вогненебезпечною складовою модифікатора, екологічно небезпечною при загорянні, оскільки він забруднює навколишнє середовище CO і СО2; крім того, при розкладанні чи загорянні поліетилену виділяється у розплав чавуну велика кількість дуже шкідливого для металу газу - водню. Тому можливе використання поліетилену тільки для модифікування чавуну невідповідального призначення. Найбільш близькою до винаходу за суттю та досягнутим результатом є рафінуючомодифікувальна суміш для позапічної обробки чавуну [3]. Вона містить порошок сфероідизуючого модифікатора, плавиковий шпат (десульфуратор), алюмінієву стружку, порошковий титан, порошок відпрацьованого кремнію при їх співвідношенні, % по масі: сфероідизуючий модифікатор 10...50 плавиковий шпат (десульфуратор) 4...20 алюмінієва стружка 2...15 порошковий титан 1...10 (19) UA (11) 91557 (13) (21) a200802246 (22) 21.02.2008 (24) 10.08.2010 (46) 10.08.2010, Бюл.№ 15, 2010 р. (72) ШАПОВАЛОВА ОКСАНА МИХАЙЛІВНА, ШАПОВАЛОВ ОЛЕКСІЙ ВІКТОРОВИЧ, ШАПОВАЛОВ ВІКТОР ПЕТРОВИЧ, ТАТАРКО ЮЛІЯ ВОЛОДИМИРІВНА (73) ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ОЛЕСЯ ГОНЧАРА (56) UA, 8263, A, 29.03.1996 SU, 1245596, A1, 23.07.1986 SU, 1590481, A1, 07.09.1990 RU, 2375461, C2, пріор. 20.08.2008 EP, 1146130, B1, 30.05.2007 US, 4568388, 04.02.1986 C2 1 3 91557 порошок відпрацьованого кремнію решта. Основне призначення застосування суміші позапічна обробка чавуну, яка поліпшує його механічні властивості з використанням відходів виробництва при виготовленні фасонних каналізаційних виробів. Суміш готується шляхом змішування компонентів в барабані протягом 20 хв. Суміш розміщують на дні розливного ковша і заливають розплавленим чавуном при 1360-1380 °С, охолоджують у земляних формах. Метою використання рафінуючо-модифікувальної суміші є одержання кулястого чи вермикулярного графіту в чавуні замість пластинчатої форми графіту, підвищення рідкоплинності, усунення газових дефектів у виливках, підвищення гідрощільності, легування матриці чавуну. Недоліками рафінуючо-модифікувальної суміші для позапічної обробки чавуну є. 1. Велика кількість компонентів з низькою щільністю у порівнянні з чавуном: Si (2328 кг/м3), SiCa (3280 кг/м3), А1 (2700 кг/м3), CaF2 (2328 кг/м3), плавиковий шпат (3180 кг/м3), Ті (4500 кг/м3), чавун (7400 кг/м3), що призводить до їх спливання і низького засвоєння рідким розплавом. 2. Порошок титану і порошок відпрацьованого кремнію є самозапалювальними компонентами суміші, тому рафінуючо-модифікувальна суміш є вогненебезпечною для виробництва чавуну. 3. Відсутність у складі найближчого анлогу рідкісноземельних металів (РЗМ) і лужноземельного металу (ЛЗМ) - магнію, які здібні поглинати гази, особливо водень, зменшувати схильність до ліквації, а також мають здібність до одержання кулястого чи вермикулярного графіту в сірому чавуні. Зазначенні недоліки відомої рафінуючомодифікувальної суміші для позапічної обробки чавуну, не знижуючи ролі для модифікування чавуна, обмежують її здатність як модифікатора. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення відомої рафінуючо-модифікувальної суміші для позапічної обробки чавуну шляхом введення рідкісноземельних металів та лужноземельного металу - магнію, стружки чавуну, що підвищують здібність модифікатора до одержання кулястого чи вермикулярного графіту, розчинність його у рідкому чавуні, а також пресування компонентів шихти модифікатора, що стримує схильність модифікатора до самозапалювання та піроефекту. Поставлена задача вирішується тим, що до складу модифікатора для обробки розплаву чавуну, який містить плавиковий шпат, алюмінієву стружку, титан, порошок кремнію, згідно з винаходом додатково вводять магній, рідкісноземельні метали і стружку чавуну при такому співвідношенні компонентів, % по масі: плавиковий шпат алюмінієва стружка титан порошок відпрацьованого кремнію магній рідкісноземельні метали стружка чавуну 1,0...8,0 1,0...5,0 1,0…3,0 42,0…48,0 5,0…8,0 1,0...2,0 решта. 4 Плавиковий шпат (CaF2) підвищує рідкоплинність чавуну, зменшує кількість шлаків, рафінує розплав від шкідливих домішок (О, S, Р), видаляє неметалеві включення, посилює схильність чавуну до формування кулястої форми графіту. Введення його менше, за 1мас. % не дає ефекту рафінування розплаву від шкідливих домішок, посилення схильності до формування кулястої форми графіту; підвищення рідинношганності чавуну. Введення більше як 8мас. % CaF2, знижує ефект формування кулястої форми графіту. Алюміній вводять, як графітоутворюючий елемент, інокулятор для зменшення кількості кисню. Введення Аl менше за 1мас. %, не дає ефекту графітоутворення, зменшення кількості кисню. Введення Аl у розплав чавуну більше за 5мас. % руйнує глобулярну форму графіту. Титан діє як елемент, що зменшує розмір первинних зерен, видаляє азот і кисень, сприяє формуванню перлиту в структурі чавуну, підвищенню його границі міцності. Введення його менше за 1мас. % не дає ефекту зменшення розмірів первинних зерен та видалення азоту і кисню. Введення Ті більше ніж 3% мас, гальмує графітоутворення, оскільки він є сильним карбідоформуючим елементом. Кремній у порошкових сполуках є сильним графітизатором і модифікатором чавуну. Введення його менше, за 42мас. % не реалізує його можливості як графітизатора і модифікатора чавуну. Введення FeSi більше, як 48мас.%, руйнує глобулярну форму графіту. Магній вводять для посилення формування глобулей графіту у чавуні, підвищення температури рідини, видалення сірки та водню. Введення Mg менше за 5мас. %, не дає ефекту посилення формування глобулей графіту в чавуні, видалення сірки і водню. Введення Mg більше, ніж 8мас.%, викликає піроефект з викидом рідини чавуну, що небезпечно для виробників та виробництва в цілому. Рідкісноземельні метали значно зменшують кількість неметалевих включень, зменшують ліквацію, кількість сірки, водню, кисню, подрібнюють первинне зерно, сприяють формуванню графіту у глобулярну форму, підвищують механічні властивості чавунних виробів. Введення менше, за 1мас. %, рідкісноземельних металів не дає ефекту формування глобулярного чи вермикулярного графіту, а введення більше, ніж 2 %, руйнує глобулярну форму графіту. Стружка чавуну збільшує кількість центрів формування графітних включень, схильність до графітизації, засвоєння модифікатора у розплаві, підвищення однорідності структури чавуну, значно підвищує його вагу. Компоненти модифікатора дозували, змішували і суміш пресували в дискретні композити з однорідним вмістом компонентів і структурою. Прикладі 1 Здрібненні феросиліцій (45мас. %), плавиковий шпат (6мас. %), стружки алюмінію (4мас. %), титану (1,5мас.%), магнію (6мас.%), рідкісноземельних металів (1,5мас. %) змішували у змішувачі зі стружкою чавуну протягом декількох секунд, пре 5 сували в дискретні композити нового модифікатора розміром 30 мм і h-25 мм. Чавун плавили у 250-кілограмовій індукційній печі і виливали його у ківш, на дно якого укладали модифікатори. При попаданні рідини на модифікатори не було виявлено піроефекту. Модифікатори не спливали на поверхню розплаву, а на 100 % засвоювались рідиною завдяки своїм особливим фізико-механічним і фізико-хімічним властивостям та дискретній структурі композитів. Модифікований чавун мав структуру з кулястим і вермикулярним графітом та перлітоферитною матрицею. В таблиці 1 наведені результати хімічного складу модифікованого та немодифікованого чавуну. Як видно з таблиці 1, чавун марки СЧ10, оброблений запропонованим модифікатором, має значно менше шкідливих домішок (S, Ρ і Ν) завдяки модифікуванню. У той самий час, введення в модифікатор FeSi підвищило кількість С, Si, і Аl та знизило вміст Μn. Марганець взаємодіяв с Ті, S, С і тому його вміст зменшився на 28,8 %. Межа міцності підвищилась на 69 % завдяки формуванню більшої кількості легованого перлиту (Ре,Ті,Мn)3С і границь зерен за допомогою подрібнення зерен. Результати апробування модифікатора, який заявляється при модифікуванні чавуну, наведені у таблиці 2. 91557 6 З наведеної таблиці виходить наступне. 1. Найбільш ефективним є модифікатор 3, оскільки його розчинність у рідкому чавуні складає 100 % при значній кількості кулястого і вермикулярного графіту, 95 % по співвідношенню його до всієї маси графіту. 2. Модифікатори 2, 4 з граничною кількістю компонентів, які формують кулясту форму графіту, теж можуть застосовуватися, але їх внесок до якості модифікованого чавуну декілька слабший, ніж модифікатора 3. Це пов'язано з тим, що в модифікаторі 2 сума компонентів, які формують кулясту та вермикулярну форму графіту, значно менша, ніж у модифікаторі 3. Модифікатор 4 теж є ефективним, але не таким, як модифікатор 3. Зниження кількості кулястого та вермикулярного графіту пов'язано з підвищеною концентрацією плавикового шпату, титану, алюмінію та магнію в його складі. 3. Модифікатор 1 дуже знижує температуру рідкого чавуну завдяки великій частки стружки чавуну при значно меншому вмісту модифікуючих та глобуляризуючих компонентів у його складі. 4. Модифікатор 5 зі значно великим вмістом алюмінієвої стружки сумісно з таким самим вмістом магнію та 5мас. % рідкісноземельніх металів, що мають схильність до піроефекту, особливо у присутності вельми малої кількості стружки чавуну, який може невілювати цей ефект. Таким чином, розроблені модифікатори для обробки розплавів чавуну, є ефективними з метою одержання чавуна з кулястою чи вермикулярною формою графіту, яка дуже облагороджує його структуру, отже і механічні властивості. Так, межа міцності чавуну марки СЧ10 підвищувалась після обробки модифікатором 3 на 69 %, а розчинність модифікатора в рідкому розплаві чавуну складає 100 %. Використані джерела інформації 1. Патент Россия 2049143 СІ, С22С 35/00, С/21С 1/00 Модифицирующая смесь для чугуна/ Белов А.Н., Анисимов А.Н. Муртазин Р.Г. (Россия). №93014509/02; Заявл.22.03.93; Опубл. 27.11.95//Бюл. №33. 2. Патент Россия 2033457 СІ, С22С35/00 Модификатор чугуна/ Перегудов Л.В., Черкес З.А., Цвеленьев Б.В., Бучинская И.Б. (Россия). №4896315/02; Заявл. 2606.90; Опубл. 20.04.95// Бюл. №11. 3. Патент Україна 8263 СІ, С22С 37/00, 37/10 Рафінуючо-модифікуюча суміш/ Ликов М.П., Хандрос Е.Л.(Україна). - №93005615; Заяв. 14.10.93; Опубл. 26.02.99//Бюл. 1. 7 Комп’ютерна верстка І.Скворцова 91557 8 Підписне Тираж 26 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