способ производства синтетического графитизированного чугуна

Формула изобретения

Способ производства синтетического графитизированного чугуна преимущественно в индукционных печах, включающий загрузку в завалку металлошихты, углеродсодержащих материалов, перегрев расплава, последующее охлаждение и слив в ковш, отличающийся тем, что металл охлаждают до (1380 - 1420)^oС, сливают в ковш, в который предварительно загружают ферросилиций из расчета получения в металле (0,8 - 1,2)% кремния и углеродсодержащий материал в количестве (0,5 - 1,0) кг на тонну металла, и разливают в чушки, заканчивая разливку не позднее чем через 20 мин после слива металла в ковш.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве шихтовой заготовки для чугунолитейного производства.

Известен способ выплавки синтетического чугуна в индукционных печах, по которому металлошихту после расплавления прогревают до температуры (1550 - 1600)^oC и затем вводят ферросплавы, в том числе и ферросилиций (см. А.С. СССР 372269, кл. С 21 В 11/10).

Однако этот способ малоэффективен, так как необходимость высокого перегрева расплава приводит к повышенному расходу электроэнергии.

Недостатком известного способа является наличие отбела чугуна в отливках, что снижает физико-механические свойства металла с низким содержанием кремния.

Наиболее близким к предлагаемому является способ выплавки синтетического чугуна из металлоотходов в плавильных печах, включающих загрузку в завалку металлошихты, углеродсодержащих материалов, перегрев расплава до 1480 - 1490^oС и ввод в расплав ферросплавов (в том числе и ферросилиция) совместно с металлодобавками (см. А.С. СССР 901281, кл. С 21 В 11/10, С 21 С 1/10).

Однако известный способ имеет ограниченное применение и не может быть использован при производстве шихтовой заготовки с низким (до 0,8 - 0,9)% содержанием кремния для чугунолитейного производства, т.к. структура чушек чугуна практически полностью состоит из цементита, что сохраняет склонность к отбелу чугуна при повторном переплаве.

В основу настоящего изобретения поставлена техническая задача: усовершенствовать способ производства синтетического чугуна для шихтовой за счет корректировки технологии выплавки, ковшевой обработки графитизаторами и разливки в чушки с целью получения графитизированной структуры в чушке и сохранения этого эффекта в чугуне с низким содержанием кремния при его повторном переплаве. Это позволит практически полностью исключить отбел чугуна и повысить его физико-механические свойства, т.е. повлиять на наследственность шихтовой заготовки.

Поставленная задача решается тем, что по известному способу выплавки синтетического чугуна, включающему загрузку в завалку металлошихты, углеродосодержащих материалов, перегрев расплава, последующее охлаждение и слив в ковш, металл охлаждают до (1380 - 1420)^oС, сливают в ковш, в который предварительно загружают ферросилиций из расчета получения в металлошихте (0,8 - 1,2)% кремния и углеродосодержащие материалы в количестве (0,5 - 1,0) кг/т металла, и разливают в чушки, заканчивая разливку не позднее чем через 20 мин после слива металла в ковш.

Новые существенные признаки изобретения:

1. Перед сливом в ковш металл охлаждают до (1380 - 1420)^oС.

2. В ковш предварительно загружают ферросилиций и углеродосодержащие материалы;

3. Ферросилиций загружают в ковш в количестве, обеспечивающем получение в готовом металле (0,8 - 1,2)% кремнения.

4. Углеродосодержащие материалы загружают в ковш в количестве (0,5 - 1,0) кг/т металла.

5. Металл разливают в чушки.

6. Разливку металла заканчивают не позднее чем через 20 мин после слива в ковш.

В результате реализации предлагаемого способа производства синтетического чугуна чугун приобретает новые наследственные свойства и по своему качеству даже при достаточно низком (до 1,2%) содержании кремния соответствует по своим параметрам чугунам литейного класса.

Обработка исходного чугуна, который по своему химическому составу является передельным, ферросилицием и углеродсодержащим материалом непосредственно перед разливкой в чушки ("позднее" модифицирование) существенно повышает его склонность к графитизации, ликвидируется отбел, уменьшается междендритная ориентация графитовых включений, изменяется эвтектическое зерно. Новые наследственные признаки, приобретенные чугуном в результате "позднего" модифицирования, сохраняются при вторичных переплавах. Все это обеспечивает улучшение механических и технологических свойств готовых отливок.

Для отработки оптимальных параметров способа проводили специальные эксперименты в промышленных условиях. Металл выплавляли в 10-тонной индукционной печи ИЧТ-10М. В качестве металлошихты использовали стальной и чугунный лом. После расплавления металлошихты и науглероживания отсевами сухого тушения кокса металл охлаждали до (1380 - 1425)^oС и сливали в нагретый ковш. Ферросилиций или другие ферросплавы в печь не вводили. В качестве модификатора использовали ферросилиций ФС-75 фракцией (10 - 20) мм, который вводили в ковш в количестве (8 - 12) кг на тонну металла в зависимости от содержания кремнения в расплаве перед выпуском, что обеспечивало получение в готовом металле (0,7- 1,3)% кремния.

В качестве углеродсодержащего материала в ковш загружали аморфный графит в количестве (0,4 - 1,1) кг/т металла.

После выпуска металл разливали в чушки массой 20 кг, заканчивая разливку через (15 - 20) мин.

Повторный переплав синтетического графитизизированного чугуна, произведенного по указанным выше режимам, осуществляли в индукционной печи ИЛТ-1М. В конце процесса разливки графитизированного чугуна отбирали стандартные клиновые пробы на отбел и пробы для механических испытаний.

Результаты эксперимента приведены в табл. 1. Как следует из данных, приведенных в табл. 1, наибольший эффект обеспечивается только при реализации способа в пределах параметров заявляемого изобретения (опыты 1 -6).

Выплавка, обработка в ковше и разливка чугуна при заданных параметрах обеспечивает придание чугуну новых наследственных технологических качеств за счет изменения макроструктуры и повышения температуры эвтектического превращения, что способствует затвердеванию чугуна по стабильной системе с практически полной ликвидацией отбела, получением перлитной структуры с равномерным неориентированным графитом. Полученные свойства графитизированного чугуна сохраняются и после повторного переплава.

Как следует из данных табл. 1, максимальный эффект модифицирования чугуна сохраняется в ковше не более 20 мин. По этой причине ферросилиций необходимо вводить в металл непосредственно перед его разливкой, т.е. в ковш, а разливку заканчивать не позднее чем через 20 мин. Углеродсодержащий материал, например аморфный графит, который вводится в ковш совместно с ферросилицием, является дополнительным модификатором и одновременно защищает ферросилиций от окисления, т.к. при его горении создается восстановительная атмосфера.

Нижний предел температуры металла перед выпуском 1380^oС обусловлен тем, что при более низкой температуре возникают затруднения при разливке чугуна. При температуре металла перед выпуском более 1420^oС дополнительный положительный эффект модифицирования отсутствует, одновременно возрастают энергозатраты и угар ферросилиция (опыт 13).

При содержании кремния в готовом чугуне менее 0,8% эффект модифицирования снижается как по интенсивности, так и по времени действия (опыт 7).

При более высоком содержании кремния (опыт 8) дополнительный положительный эффект отсутствует, при этом возрастает удельный расход ферросилиция.

Расход углеродсодержащего материала (аморфного графита) менее 0,5 кг/т металла приводит к повышенному угару ферросилиция, одновременно снижается графитизирующий эффект модифицирования чугуна, особенно в конце разливки.

Расход углеродсодержащего материала более 1,0 кг/т металла нецелесообразен, т.к. не приводит к дополнительному положительному эффекту.

Важнейшим условием устойчивой технологии является разливка графитизированного чугуна не более чем за 20 минут после ввода модификатора, так как только в этом случае достигается максимальный эффект графитизации чугуна, а его наследственные свойства практически полностью сохраняются при повторном переплаве.

Повторный переплав графитизированного чугуна и для сравнения чугуна, выплавленного по известному способу, производили в индукционной печи ИЛТ-1М. Для оценки наследственных свойств переплавляемого чугуна отбирали клиновые пробы на отбел.

В табл. 2 приведены показатели, полученные при переплаве этих чугунов.

Как следует из данных, приведенных в табл. 2, синтетический графитизированный чугун, произведенный по предлагаемому способу, сохраняет свои положительные наследственные свойства после повторного переплава, поэтому может использоваться в качестве шихтовой заготовки для чугунолитейного производства.

Чугун, произведенный по известному способу, не обладает такими качествами, о чем свидетельствуют результаты проб чугуна на отбел.