ES2910511T3

ES2910511T3 - Inoculante de hierro fundido y método de producción de un inoculante de hierro fundido

Info

Publication number: ES2910511T3
Application number: ES18836935T
Authority: ES
Inventors: Oddvar Knustad
Original assignee: Elkem ASA; Elkem Materials AS
Current assignee: Elkem ASA
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2022-05-12
Anticipated expiration: 2038-12-21
Also published as: TWI713966B; SI3732304T1; WO2019132672A1; JP2021515843A; CA3084662C; CA3084662A1; AR113721A1; BR112020012905B1; LT3732304T; KR20200100821A; EP3732304B1; RU2771128C2; HRP20220334T1; JP7275146B2; MA51415A; AU2018398233B2; TW201932613A; PL3732304T3; AU2018398233A1; MX2020006786A

Abstract

Un inoculante para la fabricación de hierro fundido con grafito esferoidal, en donde dicho inoculante comprende una aleación de ferrosilicio en partículas que consiste en de aproximadamente el 40 al 80 % en peso de Si; el 0,02-10 % en peso de Ca; el 0-15 % en peso de metal de tierras raras; el 0-5 % en peso de Al; el 0-5 % en peso de Sr; el 0-5 % en peso de Mg; el 0-12 % en peso de Ba; el 0-10 % en peso de Zr; el 0-10 % en peso de Ti; el 0-10 % en peso de Mn; en donde al menos uno, o la suma, de los elementos Ba, Sr, Zr, Mn o Ti está presente en una cantidad de al menos el 0,05 % en peso, en donde dicho inoculante contiene adicionalmente, en peso, basándose en el peso total del inoculante: del 0,1 al 15 % en peso de Sb2O3 en partículas, siendo el resto Fe e impurezas concomitantes en la cantidad habitual.

Description

DESCRIPCIÓN

Inoculante de hierro fundido y método de producción de un inoculante de hierro fundido

Campo técnico:

La presente invención se refiere a un inoculante a base de ferrosilicio para la fabricación de hierro fundido con grafito esferoidal y a un método para la producción del inoculante.

Antecedentes de la técnica:

El hierro fundido se produce normalmente en hornos de cúpula o de inducción y, por lo general, contiene entre el 2 y el 4 por ciento de carbono. El carbón está íntimamente mezclado con el hierro y la forma que adopta el carbón en el hierro fundido solidificado es muy importante para las características y propiedades de las coladas de hierro. Si el carbón adopta la forma de carburo de hierro, entonces el hierro fundido se denomina hierro fundido blanco y tiene las características físicas de ser duro y quebradizo, lo que en la mayoría de las aplicaciones no es deseable. Si el carbón adopta la forma de grafito, el hierro fundido es blando y mecanizable.

El grafito puede presentarse en el hierro fundido en forma laminar, compactada o esferoidal. La forma esferoidal produce el tipo de hierro fundido más resistente y dúctil.

La forma que adopta el grafito, así como la cantidad de grafito frente a carburo de hierro, se puede controlar con ciertos aditivos que promueven la formación de grafito durante la solidificación del hierro fundido. Estos aditivos se denominan nodularizadores e inoculantes y su adición al hierro fundido nodularización e inoculación, respectivamente. En la producción de hierro fundido, suele ser un problema la formación carburo de hierro, en especial, en secciones delgadas. La formación de carburo de hierro se produce por el enfriamiento rápido de las secciones delgadas en comparación con el enfriamiento más lento de las secciones más gruesas de la colada. La formación de carburo de hierro en un producto de hierro fundido se denomina en el sector "enfriamiento". La formación de enfriamiento se cuantifica midiendo la "profundidad del enfriamiento" y el poder de un inoculante para prevenir el enfriamiento y reducir la profundidad del enfriamiento es una manera conveniente de medir y comparar la potencia de los inoculantes, especialmente en fundiciones grises. En el hierro nodular, el poder de los inoculantes generalmente se mide y compara usando la densidad numérica de los nódulos de grafito.

A medida que la industria se desarrolla, existe la necesidad de materiales más resistentes. Esto significa una mayor aleación con los elementos promotores de carburo, tales como Cr, Mn, V, Mo, etc., y secciones de colada más delgadas y diseños de coladas más ligeros. Por lo tanto, existe la necesidad constante de desarrollar inoculantes que reduzcan la profundidad del enfriamiento y mejoren la maquinabilidad de las fundiciones grises, además de aumentar la densidad numérica de los esferoides de grafito en las fundiciones dúctiles.

La química exacta y el mecanismo de inoculación y por qué los inoculantes funcionan como lo hacen en diferentes masas fundidas de hierro fundido no se comprenden completamente, por lo tanto, se hace un gran esfuerzo en investigación para proporcionar a la industria inoculantes nuevos y mejorados.

Se cree que el calcio y algunos otros elementos suprimen la formación de carburo de hierro y promueven la formación de grafito. La mayoría de los inoculantes contienen calcio. La adición de estos supresores de carburo de hierro generalmente se ve facilitada por la adición de una aleación de ferrosilicio y probablemente las aleaciones de ferrosilicio más usadas son las aleaciones con alto contenido de silicio que contienen del 70 al 80 % de silicio y las aleaciones con bajo contenido de silicio que contienen del 45 al 55 % de silicio. Los elementos que normalmente pueden estar presentes en los inoculantes y que se añaden al hierro fundido como una aleación de ferrosilicio para estimular la nucleación del grafito en el hierro fundido son, por ejemplo, Ca, Ba, Sr, Al, metales de tierras raras (TR), Mg, Mn, Bi, Sb, Zr y Ti.

La supresión de la formación de carburo está asociada a las propiedades de nucleación del inoculante. Por propiedades de nucleación se entiende el número de núcleos formados por un inoculante. Un alto número de núcleos formados da como resultado un aumento de la densidad numérica de los nódulos de grafito y, por tanto, mejora la eficacia de la inoculación y mejora la supresión de carburos. Adicionalmente, una alta tasa de nucleación también puede dar una mejor resistencia a la atenuación del efecto de inoculación durante un tiempo de retención prolongado del hierro fundido después de la inoculación. La atenuación de la inoculación puede explicarse por la coalescencia y resolución de la población de núcleos, lo que hace que se reduzca el número total de sitios potenciales de nucleación.

La patente de EE. UU. n.° 4.432.793 divulga un inoculante que contiene bismuto, plomo y/o antimonio. Se sabe que el bismuto, el plomo y/o el antimonio tienen un alto poder de inoculación y proporcionan un aumento en el número de núcleos. También se sabe que estos elementos son elementos antiesferoidizantes y se sabe que la presencia creciente de estos elementos en el hierro fundido provoca la degeneración de la estructura de grafito esferoidal del grafito. El inoculante de acuerdo con la patente de EE. UU. n.° 4.432.793 es una aleación de ferrosilicio que contiene del 0,005 % al 3 % de tierras raras y del 0,005 % al 3 % de uno de los elementos metálicos bismuto, plomo y/o antimonio aleados en el ferrosilicio.

La solicitud de patente de EE. UU. n.° 2015/0284830 se refiere a una aleación de inoculante para el tratamiento de piezas gruesas de hierro fundido, que contiene entre el 0,005 y el 3 % en peso de tierras raras y entre 0,2 y 2 % en peso de Sb. Dicha solicitud de patente de EE. UU. 2015/0284830 descubrió que el antimonio, cuando se alea con tierras raras en una aleación a base de ferrosilicio, permitiría una inoculación eficaz, y con los esferoides estabilizados, de piezas gruesas sin los inconvenientes de la adición de antimonio puro al hierro fundido líquido. El inoculante de acuerdo con la solicitud de patente de EE. UU. 2015/0284830 se describe para su uso normalmente en el contexto de una inoculación de un baño de hierro fundido, para preacondicionar dicho hierro fundido, así como un tratamiento nodularizador. Un inoculante de acuerdo con la solicitud de patente de EE. UU. 2015/0284830 contiene (en % en peso) el 65 % de Si, 1,76 % de Ca, 1,23 % de Al, 0,15 % de Sb, 0,16 % de TR, 7,9 % de Ba y el resto de hierro.

Del documento WO 95/24508 se conoce un inoculante de hierro fundido que muestra una tasa de nucleación aumentada. Este inoculante es un inoculante a base de ferrosilicio que contiene calcio y/o estroncio y/o bario, menos del 4 % de aluminio y entre el 0,5 y el 10 % de oxígeno en forma de uno o más óxidos metálicos. Se descubrió, sin embargo, que la reproducibilidad del número de núcleos formados usando el inoculante de acuerdo con el documento WO 95/24508 era bastante baja. En algunos casos, se forma un gran número de núcleos en el hierro fundido, pero en otros casos el número de núcleos formados es bastante bajo. El inoculante de acuerdo con el documento WO 95/24508 por la razón anterior ha encontrado poca utilidad en la práctica.

Del documento WO 99/29911 se sabe que la adición de azufre al inoculante del documento WO 95/24508 tiene un efecto positivo en la inoculación de hierro fundido y aumenta la reproducibilidad de los núcleos.

En los óxidos de hierro de los documentos WO 95/24508 y WO 99/29911, FeO, Fe²O³y Fe³O⁴son los óxidos metálicos preferidos. Otros óxidos metálicos mencionados en estas solicitudes de patente son SiO², MnO, MgO, CaO, AhO³, TiO²y CaSiO³, CeO², ZrO². El sulfuro de metal preferido se selecciona del grupo que consiste en FeS, FeS², MnS, MgS, CaS y CuS. De la solicitud de EE. UU. n.° 2016/0047008 se conoce un inoculante en partículas para el tratamiento de hierro fundido líquido, que comprende, por un lado, partículas de soporte hechas de un material fusible en el hierro fundido líquido y, por otro lado, partículas de superficie hechas de un material que favorece la germinación y el crecimiento de grafito, dispuestas y distribuidas de manera discontinua en la superficie de las partículas de soporte, presentando las partículas de superficie una distribución granulométrica tal que su diámetro d50 es inferior o igual a la décima parte del diámetro d50 de las partículas de soporte. El fin del inoculante en dicho documento US 2016' viene indicado, entre otras cosas, para la inoculación de piezas de hierro fundido con diferentes espesores y baja sensibilidad a la composición básica del hierro fundido. Por consiguiente, existe el deseo de proporcionar un inoculante de alto rendimiento que forme una gran cantidad de núcleos, lo que dé como resultado una alta densidad numérica de los nódulos de grafito. Otro deseo es proporcionar un inoculante que pueda proporcionar una mejor resistencia a la atenuación del efecto de inoculación durante un tiempo de retención prolongado del hierro fundido después de la inoculación. Otro deseo es proporcionar un inoculante a base de FeSi que contenga antimonio, sin los inconvenientes de la técnica anterior. Al menos algunos de los deseos anteriores se cumplen con la presente invención, así como otras ventajas, que se pondrán de manifiesto a partir de la siguiente descripción. Además, el documento CN 103898 268 B1 divulga Sb²O³como inoculante para hierros.

Sumario de la invención:

En un primer aspecto, la presente invención se refiere a un inoculante para la fabricación de hierro fundido con grafito esferoidal, en donde dicho inoculante comprende una aleación de ferrosilicio en partículas que consiste en de aproximadamente el 40 al 80 % en peso de Si; el 0,02-10 % en peso de Ca; el 0-15 % en peso de metal de tierras raras; el 0-5 % en peso de Al; el 0-5 % en peso de Sr; el 0-5 % en peso de Mg; el 0-12 % en peso de Ba; el 0-10 % en peso de Zr; el 0-10 % en peso de Ti; el 0-10 % en peso de Mn; siendo el resto Fe e impurezas concomitantes en la cantidad habitual, en donde al menos uno, o la suma, de los elementos Ba, Sr, Zr, Mn o Ti está presente en una cantidad de al menos el 0,05 % en peso y en donde dicho inoculante contiene, adicionalmente, en peso, basándose en el peso total del inoculante: del 0,1 al 15 % en peso de Sb²O³en partículas.

En una realización, la aleación de ferrosilicio comprende entre el 45 y el 60 % en peso de Si. En otra realización del inoculante, la aleación de ferrosilicio comprende entre el 60 y el 80 % en peso de Si.

En una realización, los metales de tierras raras incluyen Ce, La, Y y/o mischmetal. En una realización, la aleación de ferrosilicio comprende hasta el 10 % en peso de metal de tierras raras. En una realización, la aleación de ferrosilicio comprende entre el 0,02 y el 5 % en peso de Ca. En otra realización, la aleación de ferrosilicio comprende entre el 0,5 y el 3 % en peso de Ca. En una realización, la aleación de ferrosilicio comprende entre el 0 y el 3 % en peso de Sr. En una realización adicional, la aleación de ferrosilicio comprende entre el 0,2 y el 3 % en peso de Sr. En una realización, la aleación de ferrosilicio comprende entre el 0 y el 5 % en peso de Ba. En una realización adicional, la aleación de ferrosilicio comprende entre el 0,1 y el 5 % en peso de Ba. En una realización, la aleación de ferrosilicio comprende entre el 0,5 y el 5 % en peso de Al. En una realización, la aleación de ferrosilicio comprende hasta el 6 % en peso de Mn y/o Ti y/o Zr. En una realización, la aleación de ferrosilicio comprende menos del 1 % en peso de Mg.

En una realización, el al menos uno, o la suma, de los elementos Ba, Sr, Zr, Mn o Ti está presente en una cantidad de al menos el 0,1 % en peso.

En una realización, el inoculante comprende entre el 0,5 y el 10 % de Sb²O³en partículas.

En una realización, el inoculante está en forma de una combinación o una mezcla mecánica/física de la aleación de ferrosilicio en partículas y el Sb²O³en partículas.

En una realización, el Sb²O³en partículas está presente como un compuesto de recubrimiento sobre la aleación a base de ferrosilicio en partículas.

En una realización, el Sb²O³en partículas se mezcla mecánicamente o se combina con la aleación a base de ferrosilicio en partículas, en presencia de un aglutinante.

En una realización, el inoculante está en forma de aglomerados preparados a partir de una mezcla de la aleación de ferrosilicio en partículas y el Sb²O³en partículas, en presencia de un aglutinante.

En una realización, el inoculante está en forma de briquetas preparadas a partir de una mezcla de la aleación de ferrosilicio en partículas y el Sb²O³en partículas, en presencia de un aglutinante.

En una realización, la aleación a base de ferrosilicio en partículas y el Sb²O³en partículas se añaden por separado, pero simultáneamente, al hierro fundido líquido.

En un segundo aspecto, la presente invención se refiere a un método para producir un inoculante de acuerdo con la presente invención, comprendiendo el método: proporcionar una aleación de base en partículas que comprende entre el 40 y el 80 % en peso de Si, el 0,02-10 % en peso de Ca; el 0-5 % en peso de Sr; el 0-12 % en peso de Ba; el 0 15 % en peso de metal de tierras raras; el 0-5 % en peso de Mg; el 0-5 % en peso de Al; el 0-10 % en peso de Mn; el 0-10 % en peso de Ti; el 0-10 % en peso de Zr; siendo el resto Fe e impurezas concomitantes en la cantidad habitual, en donde al menos uno, o la suma, de los elementos Ba, Sr, Zr, Mn o Ti está presente en una cantidad de al menos el 0,05 % en peso y en donde dicho inoculante contiene, adicionalmente, en peso, basándose en el peso total del inoculante: del 0,1 al 15 % en peso de Sb²O³en partículas, para producir dicho inoculante.

En una realización del método, el Sb²O³en partículas se mezcla mecánicamente o se combina con la aleación de base en partículas.

En una realización del método, el Sb²O³en partículas se mezcla mecánicamente o se combina con la aleación de base en partículas, en presencia de un aglutinante. En una realización adicional del método, la aleación de base en partículas mezclada mecánicamente o combinada y el Sb²O³en partículas, en presencia de un aglutinante, se forman adicionalmente en aglomerados o briquetas.

En otro aspecto, la presente invención se refiere al uso del inoculante como se ha definido anteriormente en la fabricación de hierro fundido con grafito esferoidal, añadiendo el inoculante a la masa fundida de hierro fundido antes de la colada, simultáneamente a la colada o como inoculante en molde.

En una realización del uso del inoculante, la aleación a base de ferrosilicio en partículas y el Sb²O³en partículas se añaden como una mezcla mecánica/física o una combinación a la masa fundida de hierro fundido.

En una realización del uso del inoculante, la aleación a base de ferrosilicio en partículas y el Sb²O³en partículas se añaden por separado, pero simultáneamente, a la masa fundida de hierro fundido.

Descripción breve del dibujo

Figura 1: diagrama que muestra la densidad numérica de los nódulos (número de nódulos por mm2 abreviado como N/mm2) en muestras de Masa fundida AJ del Ejemplo 1.

Figura 2: diagrama que muestra la densidad numérica de los nódulos (número de nódulos por mm2 abreviado como N/mm2) en muestras de Masa fundida CH del Ejemplo 2.

Descripción detallada de la invención

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un inoculante altamente potente para la fabricación de hierro fundido con grafito esferoidal. El inoculante comprende una aleación de base de FeSi, en donde al menos uno de, o la suma de, los elementos Ba, Sr, Zr, Mn o Ti está presente en una cantidad de al menos el 0,05 % en peso, combinado con óxido de antimonio (Sb²O³) en partículas. El inoculante de acuerdo con la presente invención es fácil de fabricar y es fácil de controlar y variar la cantidad de Sb en el inoculante. Se evitan las etapas de aleación complicadas y costosas y, además, el inoculante puede fabricarse, por tanto, a un coste inferior en comparación con los inoculantes de la técnica anterior que contienen Sb.

En el proceso de fabricación para producir hierro fundido dúctil con grafito esferoidal, la masa fundida de hierro fundido normalmente se trata con un nodularizador, por ejemplo, usando una aleación de MgFeSi, antes del tratamiento de inoculación. El tratamiento de nodularización tiene como objetivo cambiar la forma del grafito de escama a nódulo cuando está precipitando y creciendo posteriormente. La forma en que esto se hace es cambiando la energía de la interfaz de la interfase de grafito/masa fundida. Se sabe que el Mg y el Ce son elementos que modifican la energía de la interfase, siendo el Mg más eficaz que el Ce. Cuando se añade Mg a una base de masa fundida de hierro, esta reaccionará en primer lugar con el oxígeno y el azufre y solo el "magnesio libre" tendrá un efecto nodularizante. La reacción de nodularización es violenta y da como resultado la agitación de la masa fundida y genera escorias flotando sobre la superficie. La violencia de la reacción dará como resultado que la mayoría de los sitios de nucleación de grafito que ya estaban en la masa fundida (introducidos por las materias primas) y otras inclusiones formen parte de la escoria en la parte superior y se eliminen. Sin embargo, algunas inclusiones de MgO y MgS producidas durante el tratamiento de nodularización seguirán estando en la masa fundida. Estas inclusiones no son buenos sitios de nucleación como tales.

La función principal de la inoculación es prevenir la formación de carburos mediante la introducción de sitios de nucleación para el grafito. Además de introducir sitios de nucleación, la inoculación también transforma las inclusiones de MgO y MgS formadas durante el tratamiento de nodularización en sitios de nucleación añadiendo una capa (con Ca, Ba o Sr) sobre las inclusiones.

De conformidad con la presente invención, las aleaciones de base de FeSi en partículas deben comprender del 40 al 80 % en peso de Si. Una aleación pura de FeSi es un inoculante débil, pero es un vehículo de aleación común para los elementos activos, lo que permite una buena dispersión en la masa fundida. Por consiguiente, existe una variedad de composiciones conocidas de aleaciones de FeSi para inoculantes. Los elementos de la aleación convencionales en un inoculante de aleación de FeSi incluyen Ca, Ba, Sr, Al, Mg, Zr, Mn, Ti y TR (especialmente Ce y La). La cantidad de elementos de la aleación puede variar. Normalmente, los inoculantes están diseñados para cumplir diferentes requisitos en la producción de fundición gris, compactada y dúctil. El inoculante de acuerdo con la presente invención puede comprender una aleación de base de FeSi con un contenido de silicio de aproximadamente el 40-80 % en peso. Los elementos de la aleación pueden comprender aproximadamente el 0,02-10 % en peso de Ca; aproximadamente el 0-5 % en peso de Sr; aproximadamente el 0-12 % en peso de Ba; aproximadamente el 0-15 % en peso de metal de tierras raras; aproximadamente el 0-5 % en peso de Mg; aproximadamente el 0-5 % en peso de Al; aproximadamente el 0-10 % en peso de Mn; aproximadamente el 0-10 % en peso de Ti; aproximadamente el 0-10 % en peso de Zr; y siendo el resto Fe e impurezas concomitantes en la cantidad habitual, donde al menos uno, o la suma, de los elementos Ba, Sr, Zr, Mn o Ti está presente en una cantidad de al menos aproximadamente el 0,05 %, por ejemplo, aproximadamente el 0,1 %, en peso.

La aleación de base de FeSi puede ser una aleación con alto contenido de silicio que contiene del 60 al 80 % de silicio o una aleación con bajo contenido de silicio que contiene del 45 al 60 % de silicio. El silicio normalmente está presente en las aleaciones de hierro fundido y es un elemento estabilizador del grafito en el hierro fundido, que expulsa el carbono de la solución y promueve la formación de grafito. La aleación de base de FeSi debe tener un tamaño de partícula dentro del intervalo convencional para inoculantes, por ejemplo, entre 0,2 y 6 mm. Debe tenerse en cuenta que en la presente invención también se pueden aplicar tamaños de partícula más pequeños, tales como finos, de la aleación de FeSi para fabricar el inoculante. Cuando se usan partículas muy pequeñas de la aleación de base de FeSi, el inoculante puede estar en forma de aglomerados (por ejemplo, gránulos) o briquetas. Para preparar aglomerados y/o briquetas del presente inoculante, las partículas de Sb²O³se mezclan con la aleación de ferrosilicio en partículas mediante mezclado mecánico o combinación, en presencia de un aglutinante, seguida de la aglomeración de la mezcla en polvo de acuerdo con métodos conocidos. El aglutinante puede ser, por ejemplo, una solución de silicato de sodio. Los aglomerados pueden ser gránulos con tamaños de producto adecuados o pueden triturarse y tamizarse hasta el tamaño de producto final requerido.

En estado líquido, se pueden formar una variedad de inclusiones diferentes (sulfuros, óxidos, nitruros y silicatos). Los sulfuros y óxidos de los elementos del grupo IIA (Mg, Ca, Sr y Ba) tienen fases cristalinas muy similares y altos puntos de fusión. Se sabe que los elementos del grupo IIA forman óxidos estables en hierro líquido; por lo tanto, se sabe que los inoculantes y nodularizadores basados en estos elementos son desoxidantes eficaces. El calcio es el oligoelemento más común en los inoculantes de ferrosilicio. De conformidad con la invención, la aleación a base de FeSi en partículas comprende entre aproximadamente el 0,02 y aproximadamente el 10 % en peso de calcio. En algunas aplicaciones, se desea tener un bajo contenido de Ca en la aleación de base de FeSi, por ejemplo, del 0,02 al 0,5 % en peso. En otras aplicaciones, el contenido de Ca podría ser mayor, por ejemplo, del 0,5 al 5 % en peso. Un alto nivel de Ca puede aumentar la formación de escoria, lo que normalmente no se desea. Una pluralidad de inoculantes comprende de aproximadamente el 0,5 al 3 % en peso de Ca en la aleación de FeSi. La aleación de base de FeSi debe comprender hasta aproximadamente el 5 % en peso de estroncio. Normalmente, es adecuada una cantidad de Sr del 0,2-3 % en peso. El bario puede estar presente en la aleación de inoculante de FeSi en una cantidad de hasta aproximadamente el 12 % en peso. Se sabe que el Ba brinda una mejor resistencia a la atenuación del efecto de inoculación durante un tiempo de retención prolongado del hierro fundido después de la inoculación y brinda mejores eficacias en un intervalo de temperatura más amplio. Muchos inoculantes de la aleación de FeSi comprenden aproximadamente el 0,1-5 % en peso de Ba. Si se usa bario junto con calcio, los dos pueden actuar juntos para lograr una mayor reducción del enfriamiento que una cantidad equivalente de calcio.

El magnesio puede estar presente en una cantidad de hasta aproximadamente el 5 % en peso en la aleación de inoculante de FeSi. Sin embargo, como normalmente se añade Mg en el tratamiento de nodularización para la producción de hierro dúctil, la cantidad de Mg en el inoculante puede ser baja, por ejemplo, de hasta aproximadamente el 0,1 % en peso.

La aleación de base de FeSi puede comprender hasta el 15 % en peso de metales de tierras raras (TR). TR incluye al menos Ce, La, Y y/o mischmetal. Mischmetal es una aleación de elementos de tierras raras, que normalmente comprende aprox. el 50 % de Ce y el 25 % de La, con pequeñas cantidades de Nd y Pr. Últimamente, los metales de tierras raras más pesados se suelen eliminar del mischmetal y la composición de la aleación del mischmetal puede ser de aproximadamente el 65 % de Ce y aproximadamente el 35 % de La y trazas de metales de TR más pesados, tales como Nd y Pr. Las adiciones de TR se usan con frecuencia para restaurar el recuento de nódulos de grafito y la nodularidad en hierro dúctil que contiene elementos subversivos, tales como Sb, Pb, Bi, Ti, etc. En algunos inoculantes, la cantidad de TR es de hasta el 10 % en peso. En algunos casos, un exceso de TR puede conducir a formaciones de grafito gruesas. Por consiguiente, en algunas aplicaciones, la cantidad de TR debe ser menor, por ejemplo, entre el 0,1-3 % en peso. Preferentemente, la TR es Ce y/o La.

Se ha descrito que el aluminio tiene un fuerte efecto como reductor del enfriamiento. El Al se combina frecuentemente con Ca en inoculantes de aleación de FeSi para la producción de hierro dúctil. En la presente invención, el contenido de Al debe ser de hasta aproximadamente el 5 % en peso, por ejemplo, del 0,1-5 %.

El circonio, el manganeso y/o el titanio también están frecuentemente presentes en los inoculantes. De manera similar a los elementos mencionados anteriormente, el Zr, el Mn y el Ti juegan un papel importante en el proceso de nucleación del grafito, que se supone que se forma como resultado de acontecimientos de nucleación heterogéneos durante la solidificación. La cantidad de Zr en la aleación de base de FeSi puede ser de hasta aproximadamente el 10 % en peso, por ejemplo, de hasta el 6 % en peso. La cantidad de Mn en la aleación de base de FeSi puede ser de hasta aproximadamente el 10 % en peso, por ejemplo, de hasta el 6 % en peso. La cantidad de Ti en la aleación de base de FeSi puede ser de hasta aproximadamente el 10 % en peso, por ejemplo, de hasta el 6 % en peso.

Se sabe que el antimonio tiene un alto poder de inoculación y proporciona un aumento en el número de núcleos. Sin embargo, la presencia de pequeñas cantidades de Sb en la masa fundida (también denominado elemento subversivo) podría reducir la nodularidad. Este efecto negativo se puede neutralizar usando Ce u otro metal de TR. De acuerdo con la presente invención, la cantidad de Sb²O³en partículas debe ser del 0,1 al 15% en peso, basándose en la cantidad total del inoculante. En algunas realizaciones, la cantidad de Sb²O³es del 0,5-10% en peso. También se observan buenos resultados cuando la cantidad de Sb²O³es de aproximadamente el 0,5 a aproximadamente el 3,5 % en peso, basándose en el peso total del inoculante. Las partículas de Sb²O³deben tener un tamaño de partícula pequeño, es decir, tamaño micrométrico, por ejemplo, de 10-150 pm, dando como resultado una fundición y/o disolución muy rápida de las partículas de Sb²O³cuando se introducen en la masa fundida de hierro fundido.

La adición de Sb en forma de partículas de Sb²O³, en lugar de la aleación de Sb con la aleación de FeSi, proporciona varias ventajas. Aunque el Sb es un inoculante potente, el oxígeno también es importante para el rendimiento del inoculante. Otra ventaja es la buena reproducibilidad y flexibilidad de la composición del inoculante, dado que se controlan fácilmente la cantidad y la homogeneidad del Sb²O³en partículas en el inoculante. La importancia de controlar la cantidad de inoculantes y tener una composición homogénea del inoculante es evidente dado el hecho de que el antimonio normalmente se añade a nivel de ppm. La adición de un inoculante no homogéneo puede dar como resultado cantidades incorrectas de elementos de inoculación en el hierro fundido. Otra ventaja más es la producción más rentable del inoculante en comparación con los métodos que implican la aleación de antimonio en una aleación a base de FeSi.

Se debe entender que la composición de la aleación de base de FeSi puede variar dentro de los intervalos definidos y la persona experta sabrá que las cantidades de los elementos de la aleación suman el 100 %. Existe una pluralidad de aleaciones de inoculante a base de FeSi convencionales y la persona experta sabría cómo variar la composición de base de FeSi en función de las mismas, dentro de los límites definidos.

La proporción de adición del inoculante de acuerdo con la presente invención a una masa fundida de hierro fundido es normalmente de aproximadamente el 0,1 al 0,8 % en peso. La persona experta ajustaría la proporción de adición en función de los niveles de los elementos, por ejemplo, un inoculante con alto contenido de Sb normalmente necesitará una menor proporción de adición.

El presente inoculante se produce proporcionando una aleación de base de FeSi en partículas que tiene la composición definida en el presente documento y añadiendo a la dicha base en partículas el Sb²O³en partículas, para producir el presente inoculante. Las partículas de Sb²O³se pueden mezclar mecánica/físicamente con las partículas de la aleación de base de FeSi. Puede usarse cualquier mezclador adecuado para mezclar/combinar materiales en partículas y/o en polvo. La mezcla se puede realizar en presencia de un aglutinante adecuado, sin embargo, debe tenerse en cuenta que no se requiere la presencia de un aglutinante. Las partículas de Sb²O³también se pueden combinar con las partículas de la aleación de base de FeSi, proporcionando un inoculante mezclado homogéneamente. La combinación de las partículas de Sb²O³con las partículas de la aleación de base de FeSi puede ser un recubrimiento estable sobre las partículas de la aleación de base de FeSi. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el mezclado y/o la combinación de las partículas de Sb²O³con la aleación de base de FeSi en partículas no es obligatorio para lograr el efecto de inoculación. La aleación de base de FeSi en partículas y las partículas de Sb²O³se pueden añadir por separado, pero simultáneamente, al hierro fundido líquido. El inoculante también se puede añadir como un inoculante en molde. Las partículas de inoculante de la aleación de FeSi y las partículas de Sb²O³también se pueden formar en aglomerados o briquetas de acuerdo con métodos conocidos en general.

Los siguientes ejemplos muestran que la adición de Sb²O³junto con partículas de la aleación de base de FeSi produce una alta densidad numérica de los nódulos cuando se añade el inoculante al hierro fundido. Un recuento de nódulos alto permite la reducción de la cantidad de inoculante necesaria para lograr el efecto de inoculación deseado.

Ejemplos

Todas las muestras de prueba se analizaron con respecto a la microestructura para determinar la densidad de nódulos. La microestructura se examinó en una barra de tracción de cada ensayo de acuerdo con la norma ASTM E2567-2016. El límite de partícula se estableció en >10 pm. Las muestras de tracción se fundieron en moldes convencionales de 28 mm de diámetro de acuerdo con la norma ISO1083-2004 y se cortaron y prepararon de acuerdo con la práctica convencional para el análisis de microestructuras antes de evaluarlas mediante el uso de software de análisis automático de imágenes. La densidad de nódulos (también denominada densidad numérica de los nódulos) es el número de nódulos (también denominado recuento de nódulos) por mm2, abreviado N/mm2.

Ejemplo 1

Se fundió una masa fundida de hierro fundido, Masa fundida AJ de 275 kg, y se trató con una aleación nodularizadora del 1,20-1,25 % en peso de MgFeSi de la composición: el 46 % en peso de Si, el 4,33 % en peso de Mg, el 0,69 % en peso de Ca, el 0,44 % en peso de TR, el 0,44 % en peso de Al, resto de Fe e impurezas concomitantes, en la cuchara con cubierta de la artesa. Como cubierta, se usaron virutas de acero en el 0,7 % en peso. Desde la cuchara de tratamiento, se vertió la masa fundida en cucharas de vertido. Las proporciones de adición para los inoculantes fueron del 0,2 % en peso añadido a cada cuchara de vertido. La temperatura de tratamiento de MgFeSi fue de 1.500 °C y las temperaturas de vertido fueron de 1.380-1.352 °C. El tiempo de retención desde el llenado de las cucharas de vertido hasta el vertido fue de 1 minuto para todos los ensayos.

Los inoculantes de prueba tenían tres aleaciones de base de ferrosilicio diferentes, de las siguientes composiciones:

Inoculante A: el 74 % en peso de Si, el 2,42 % en peso de Ca, el 1,73 % en peso de Zr, el 1,23 % en peso de Al, el resto Fe e impurezas concomitantes en la cantidad habitual.

Inoculante B: el 68,2 % en peso de Si, el 0,95 % en peso de Ca, el 0,94 % en peso de Ba, el 0,93 % en peso de Al, el resto Fe e impurezas concomitantes en la cantidad habitual.

Inoculante C: el 64,4 % en peso de Si, el 1,51 % en peso de Ca, el 0,53 % en peso de Ba, el 4,17 % en peso de Zr, el 3,61 % en peso de Mn, el 1,29 % en peso de Al, el resto Fe e impurezas concomitantes en la cantidad habitual.

Se recubrieron las partículas de la aleación de base de ferrosilicio (Inoculante A, B y C) con Sb²O³en partículas mediante mezclado mecánico hasta obtener una mezcla homogénea.

La composición química final de hierro fundido para todos los tratamientos se encontraba dentro del 3,5-3,7 % en peso de C, el 2,3-2,5 % en peso de Si, el 0,29-0,31 % en peso de Mn, el 0,009-0,011 % en peso de S, el 0,04-0,05 % en peso de Mg.

Las cantidades añadidas de Sb²O³en partículas a la aleación de base de FeSi (Inoculante A, B y C) se muestran en la Tabla 1. Las cantidades de Sb²O³es la cantidad del compuesto, basándose en el peso total de los inoculantes en todas las pruebas.

Tabla 1. Com osiciones de inoculante

La densidad de nódulos en los hierros fundidos de los ensayos de inoculación de la Masa fundida AJ se muestran en la Figura 1. El análisis de la microestructura mostró que el inoculante de acuerdo con la presente invención (Inoculante A Sb²Oa) tenía una densidad de nódulos muy alta. El análisis de la microestructura mostró que tanto los inoculantes Inoculante B Sb²O³como Inoculante C Sb²O³, de acuerdo con la presente invención, son muy adecuados para la inoculación de hierro dúctil y aportan una alta densidad de nódulos.

Ejemplo 2

Se produjo y se trató una masa fundida de 275 kg con el 1,20-1,25 % en peso de un nodularizador de MgFeSi en una cuchara con cubierta de la artesa. La aleación nodularizante de MgFeSi tenía la siguiente composición en peso: el 4,33 % en peso de Mg, el 0,69 % en peso de Ca, el 0,44 % en peso de TR, el 0,44 % en peso de Al, el 46 % en peso de Si, siendo el resto hierro e impurezas concomitantes en la cantidad habitual. Como cubierta, se usaron virutas de acero en el 0,7 % en peso. La proporción de adición para todos los inoculantes fue del 0,2 % en peso añadido a cada cuchara de vertido. La temperatura de tratamiento de nodularizador fue de 1.500 °C y las temperaturas de vertido fueron de 1.365-1.359 °C. El tiempo de retención desde el llenado de las cucharas de vertido hasta el vertido fue de 1 minuto para todos los ensayos. Las muestras de tracción se fundieron en moldes convencionales de 28 mm de diámetro y se cortaron y prepararon de acuerdo con la práctica convencional antes de evaluarlas mediante el uso de software de análisis automático de imágenes.

El inoculante tenía una composición de aleación de base de FeSi del 74 % en peso de Si, el 1,23 % en peso de Al, el 2,42% en peso de Ca, el 1,73% en peso de Zr, siendo el resto hierro e impurezas concomitantes en la cantidad habitual, denominado en el presente documento Inoculante A. Se añadió óxido de antimonio en partículas en la cantidad indicada en la Tabla 2 a las partículas de la aleación de base de FeSi (Inoculante A) y, mediante mezclado mecánico, se obtuvo una mezcla homogénea.

El hierro final tenía una composición química del 3,84 % en peso de C, el 2,32 % en peso de Si, el 0,20 % en peso de Mn, el 0,017 % en peso de S, el 0,038 % en peso de Mg.

Las cantidades añadidas de Sb²O³en partículas, a la aleación de base de FeSi, Inoculante A, se muestran en la Tabla 2. Las cantidades de Sb ²O³están basadas en el peso total de los inoculantes en todas las pruebas.

Tabla 2. Com osiciones de inoculante.

La densidad de nódulos en los hierros fundidos de los ensayos de inoculación de la Masa fundida CH se muestran en la Figura 2. El análisis de la microestructura mostró que los inoculantes de acuerdo con la presente invención (Inoculante A Sb²O³en diferentes cantidades) son muy adecuados para la inoculación de hierro dúctil y aportan una alta densidad de nódulos.

Habiendo descrito diferentes realizaciones de la invención, será evidente para los expertos en la materia que se pueden usar otras realizaciones que incorporen los conceptos. Estos y otros ejemplos de la invención ilustrados anteriormente y en los dibujos adjuntos se han concebido únicamente a modo de ejemplo y el alcance real de la invención se determinará a partir de las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un inoculante para la fabricación de hierro fundido con grafito esferoidal, en donde dicho inoculante comprende

una aleación de ferrosilicio en partículas que consiste en de aproximadamente el 40 al 80 % en peso de Si; el 0,02-10 % en peso de Ca;

el 0-15 % en peso de metal de tierras raras;

el 0-5 % en peso de Al;

el 0-5 % en peso de Sr;

el 0-5 % en peso de Mg;

el 0-12 % en peso de Ba;

el 0-10 % en peso de Zr;

el 0-10 % en peso de Ti;

el 0-10 % en peso de Mn;

en donde al menos uno, o la suma, de los elementos Ba, Sr, Zr, Mn o Ti está presente en una cantidad de al menos el 0,05 % en peso,

en donde dicho inoculante contiene adicionalmente, en peso, basándose en el peso total del inoculante: del 0,1 al 15 % en peso de Sb²O³en partículas, siendo el resto Fe e impurezas concomitantes en la cantidad habitual.

2. Inoculante de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la aleación de ferrosilicio comprende entre el 45 y el 60 % en peso de Si.

3. Inoculante de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la aleación de ferrosilicio comprende entre el 60 y el 80 % en peso de Si.

4. Inoculante de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los metales de tierras raras incluyen Ce, La, Y y/o mischmetal.

5. Inoculante de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el inoculante comprende del 0,5 al 10 % en peso de Sb²O³en partículas.

6. Inoculante de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el inoculante está en forma de una combinación o una mezcla física de la aleación de ferrosilicio en partículas y el Sb²O³en partículas.

7. Inoculante de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el Sb²O³en partículas está presente como un compuesto de recubrimiento sobre la aleación de ferrosilicio en partículas.

8. Inoculante de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el inoculante está en forma de aglomerados o briquetas preparadas a partir de una mezcla de la aleación de ferrosilicio en partículas y el Sb²O³en partículas.

9. Inoculante de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la aleación a base de ferrosilicio en partículas y el Sb²O³en partículas se añade por separado, pero simultáneamente, al hierro fundido líquido.

10. Un método para producir un inoculante de acuerdo con las reivindicaciones 1-9, comprendiendo el método:

proporcionar una aleación de base en partículas que consiste en del 40 al 80 % en peso de Si;

del 0,02 al 10 % en peso de Ca;

el 0-15 % en peso de metal de tierras raras;

el 0-5 % en peso de Al;

el 0-5 % en peso de Sr;

el 0-5 % en peso de Mg;

el 0-12 % en peso de Ba;

el 0-10 % en peso de Zr;

el 0-10 % en peso de Ti;

el 0-10 % en peso de Mn;

en donde al menos uno, o la suma, de los elementos Ba, Sr, Zr, Mn o Ti está presente en una cantidad de al menos el 0,05 % en peso, siendo el resto Fe e impurezas concomitantes en la cantidad habitual, y añadir a la dicha aleación de base en partículas del 0,1 al 15 % en peso de Sb²O³en partículas, para producir dicho inoculante.

11. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, en donde el Sb²O³en partículas se mezcla o combina con la aleación de base en partículas.

12. Uso del inoculante de acuerdo con las reivindicaciones 1-9 en la fabricación de hierro fundido con grafito esferoidal, añadiendo el inoculante a la masa fundida de hierro fundido antes de la colada, simultáneamente a la colada o como inoculante en molde.

13. Uso de acuerdo con la reivindicación 12, en donde la aleación a base de ferrosilicio en partículas y el Sb²O³en partículas se añade como una mezcla mecánica o una combinación a la masa fundida de hierro fundido.

14. Uso de acuerdo con la reivindicación 12, en donde la aleación a base de ferrosilicio en partículas y el Sb²O³en partículas se añade por separado, pero simultáneamente, a la masa fundida de hierro fundido.