RU2198227C1

RU2198227C1 - Method of producing antifriction spherulitic iron

Info

Publication number: RU2198227C1
Application number: RU2001121639A
Authority: RU
Inventors: Г.И. Сильман; В.И. Лемешко; А.А. Тарасов; Л.Г. Серпик; Н.М. Криворотов
Original assignee: Брянская государственная инженерно-технологическая академия; Центральный завод железнодорожной техники
Priority date: 2001-08-01
Filing date: 2001-08-01
Publication date: 2003-02-10

Abstract

FIELD: metallurgy, particularly, production of antifriction spherulitic irons. SUBSTANCE: method includes smelting of pig iron and treatment of its melt in casing ladle with inoculating mixture of components containing ground alloying composition and steel wastes. Produced pig iron contains, %: manganese, 0.7; chromium, up to 0.05; and sulfur, up to 0.08. Pig iron is treated with inoculating mixture of components additionally containing silicobarium, tin, copper wastes, pig iron wastes and fluorspar with the following ratio of components, mas.%: alloying composition, 33-37; silicobarium, 4.5-6.0; tin, 1.8-2.2; steel and pig iron wastes, 20-25; fluorspar, 10-12; total quality of mixture amounts up to 4.5-6 mas.% of iron, and alloying composition contains silicon, magnesium, calcium, rare-earth metals, copper, aluminum and iron in the following ratio of components, mas.%: silicon, 18032; magnesium, 4-9; calcium, 3-8; rare-earth metals, 3.5-10; copper, 27-50; aluminum, 1-3; iron, the balance. Alloying composition is ground to obtain fraction sizing less than 3 mm. Invention provides for increasing of stability of inoculation process and stabilization of iron hardness in castings, reduction of pyroeffect in inoculation, increase of magnesium assimilation, degree of graphite spheroidization and improved structure of iron in castings. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 3 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению антифрикционных чугунов с шаровидным графитом. The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the production of anti-friction cast iron with spherical graphite.

Известен способ получения чугуна с шаровидным графитом [1], включающий выплавку чугуна, обработку его расплава комплексным модификатором в виде смеси материалов, содержащей магний, ферросилиций, плавиковый шпат и окись железа при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Магний - 19-35
Ферросилиций - 15-20
Плавиковый шпат - 20-60
Окись железа - 5-26
Количество вводимого комплексного модификатора составляет 0,1-0,5% от массы обрабатываемого чугуна.A known method of producing cast iron with spherical graphite [1], including smelting cast iron, processing its melt with a complex modifier in the form of a mixture of materials containing magnesium, ferrosilicon, fluorspar and iron oxide in the following ratio, wt.%:
Magnesium - 19-35
Ferrosilicon - 15-20
Fluorspar - 20-60
Iron Oxide - 5-26
The amount of complex modifier introduced is 0.1-0.5% by weight of the treated cast iron.

К недостаткам этого способа относятся значительный пироэффект при модифицировании, плохое усвоение магния и необходимость проведения термической обработки отливок с целью устранения отбела чугуна. The disadvantages of this method include a significant pyroelectric effect upon modification, poor absorption of magnesium and the need for heat treatment of castings in order to eliminate bleached cast iron.

Наиболее близким к предлагаемому является способ [2], включающий выплавку чугуна, содержащего 3,5-4% углерода, 1-1,5% кремния и до 0,03% серы, и обработку расплава чугуна в ковше путем ввода модифицирующей смеси, содержащей лигатуру ФСМг-5, ферросилиций и стальные отходы, причем лигатура измельчается до фракции менее 1 мм. Closest to the proposed method is [2], comprising smelting cast iron containing 3.5-4% carbon, 1-1.5% silicon and up to 0.03% sulfur, and processing the molten iron in a ladle by introducing a modifying mixture containing FSMg-5 ligature, ferrosilicon and steel wastes, and the ligature is crushed to a fraction of less than 1 mm.

Недостатками этого способа являются значительный пироэффект, плохое усвоение магния из лигатуры (менее 30%), очень жесткое ограничение содержания серы в выплавляемом чугуне (до 0,03%) и неблагоприятная структура чугуна в отливках (недостаточная стабильность сфероидизации графита, большое количество феррита в структуре отливок сечением 30 мм и более, значительное количество цементита и ледебурита в тонкостенных отливках). The disadvantages of this method are the significant pyroeffect, poor absorption of magnesium from the ligature (less than 30%), very severe restriction of the sulfur content in smelted cast iron (up to 0.03%) and the unfavorable structure of cast iron in castings (insufficient stability of graphite spheroidization, a large amount of ferrite in the structure castings with a cross section of 30 mm or more, a significant amount of cementite and ledeburite in thin-walled castings).

Задача изобретения - уменьшение пироэффекта при модифицировании, повышение степени усвоения магния, обеспечение возможности использования выплавляемого чугуна с повышенным содержанием серы и улучшение структуры чугуна в отливках. The objective of the invention is to reduce the pyroelectric effect upon modification, increase the degree of absorption of magnesium, provide the possibility of using smelted cast iron with a high sulfur content, and improve the structure of cast iron in castings.

Технический результат - повышение стабильности процесса модифицирования и стабилизация твердости чугуна в отливках. EFFECT: increased stability of the modification process and stabilization of hardness of cast iron in castings.

Это достигается тем, что в способе, включающем выплавку чугуна и обработку его расплава в разливочном ковше модифицирующей смесью компонентов, содержащей измельченную лигатуру и стальные отходы, выплавляемый чугун содержит до 0,7% марганца, до 0,05% хрома и до 0,08% серы, а в состав модифицирующей смеси дополнительно вводят силикобарий, олово, отходы меди, чугунные отходы и плавиковый шпат при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Лигатура - 33-37
Силикобарий - 4,5-6,0
Олово - 1,8-2,2
Отходы меди - 20-25
Плавиковый шпат - 10-12
Стальные и чугунные отходы - Остальное [3]
причем общее количество смеси составляет 4,5-6% от массы чугуна, а лигатура содержит кремний, магний, кальций, РЗМ, медь, алюминий и железо в следующем соотношении, мас.%:
Кремний - 18-32
Магний - 4-9
Кальций - 3-8
РЗМ - 3,5-10
Медь - 27-50
Алюминий - 1-3
Железо - Остальное [3]
Лигатуру измельчают до фракции менее 3 мм.This is achieved by the fact that in a method involving the smelting of cast iron and the processing of its melt in a casting ladle with a modifying mixture of components containing crushed ligature and steel wastes, cast iron contains up to 0.7% manganese, up to 0.05% chromium and up to 0.08 % sulfur, and silicobarium, tin, copper waste, cast-iron waste and fluorspar are additionally added to the composition of the modifying mixture in the following ratio of components, wt.%:
Ligature - 33-37
Silicobarium - 4.5-6.0
Tin - 1.8-2.2
Copper waste - 20-25
Fluorspar - 10-12
Steel and Cast Iron Waste - Other [3]
moreover, the total amount of the mixture is 4.5-6% by weight of cast iron, and the ligature contains silicon, magnesium, calcium, rare-earth metals, copper, aluminum and iron in the following ratio, wt.%:
Silicon - 18-32
Magnesium - 4-9
Calcium - 3-8
REM - 3.5-10
Copper - 27-50
Aluminum - 1-3
Iron - Other [3]
The ligature is crushed to a fraction of less than 3 mm.

Изменения в химический состав выплавляемого чугуна введены с целью обеспечения возможности использования более дешевого чугуна с повышенным содержанием серы, улучшения структуры и стабилизации твердости чугуна в отливках. Так как хром является сильным карбидообразующим элементом, то его содержание ограничено 0,05%. В большем количестве хром вызывает значительный отбел чугуна, особенно в тонкостенных отливках. Марганец также является элементом, способствующим отбелу чугуна, но в значительно меньшей степени, чем хром. Его содержание ограничено 0,7%, так как в таких количествах он способствует перлитизации структуры, что очень важно для антифрикционного чугуна. Changes in the chemical composition of smelted cast iron have been introduced in order to make it possible to use cheaper cast iron with a high sulfur content, improve the structure and stabilize the hardness of cast iron. Since chromium is a strong carbide forming element, its content is limited to 0.05%. In a larger amount, chromium causes a significant bleaching of cast iron, especially in thin-walled castings. Manganese is also an element that contributes to the bleaching of cast iron, but to a much lesser extent than chromium. Its content is limited to 0.7%, since in such quantities it promotes perliteration of the structure, which is very important for anti-friction cast iron.

Содержание серы ограничено в выплавляемом чугуне 0,08%. Это в несколько раз больше, чем в прототипе (до 0,03%), что значительно облегчает и удешевляет получение чугуна. Количество и составы модифицирующей смеси и лигатуры рассчитаны на удаление в процессе обработки жидкого чугуна 0,06-0,07% серы, что обеспечивает стабильное получение шаровидного графита в чугуне отливок. Sulfur content in cast iron is 0.08% limited. This is several times larger than in the prototype (up to 0.03%), which greatly facilitates and reduces the cost of producing cast iron. The amount and composition of the modifying mixture and ligatures are designed to remove 0.06-0.07% sulfur from liquid cast iron during processing, which ensures stable production of spherical graphite in cast iron.

Состав смеси выбран, исходя из следующих соображений. The composition of the mixture is selected based on the following considerations.

Учитывая, что медь в чугуне является перлитизатором и графитизатором структуры, использована лигатура с медью по патенту [3] и дополнительно медь введена в состав смеси с целью обеспечить получение антифрикционного чугуна с перлитной структурой при отсутствии отбела даже в тонкостенных отливках. Отходы меди, используемые в составе смеси совместно со стальными и чугунными отходами, служат также для пригружения лигатуры с целью предотвращения ее всплывания и взаимодействия с кислородом воздуха. При этом предпочтительнее использовать в большей степени чугунные отходы по сравнению со стальными, так как они более легкоплавки и по химическому составу ближе к выплавляемому чугуну. Considering that copper in cast iron is a perlitizer and graphitizer of the structure, the ligature with copper according to the patent [3] was used and copper was additionally introduced into the mixture in order to ensure production of antifriction cast iron with pearlite structure in the absence of bleaching even in thin-walled castings. Copper waste used in the mixture together with steel and cast iron waste also serves to load the ligature in order to prevent its emergence and interaction with atmospheric oxygen. At the same time, it is preferable to use cast iron waste to a greater extent than steel waste, since they are more easily melted and are closer in chemical composition to smelted cast iron.

Олово используется в составе смеси для микролегирования чугуна с целью стабильного получения перлитной структуры в отливках различного сечения. Tin is used as part of a mixture for the microalloying of cast iron in order to stably obtain a pearlite structure in castings of various sections.

Силикобарий введен в состав смеси с целью более глубокой очистки чугуна от вредных примесей и устранения отбела чугуна в тонкостенных отливках. Silicobarium was introduced into the composition of the mixture in order to more thoroughly clean cast iron from harmful impurities and to eliminate bleached cast iron in thin-walled castings.

Плавиковый шпат используется в измельченном состоянии в виде смеси с измельченной лигатурой с целью улучшения усвоения лигатуры жидким чугуном и уменьшения пироэффекта. Feldspar is used in a crushed state in the form of a mixture with crushed ligature in order to improve the absorption of ligature with molten iron and reduce the pyroelectric effect.

Комплексная обработка жидкого чугуна проводится в разливочном ковше при температуре 1400-1440^oС, причем на дно ковша смесь укладывается послойно в виде "сандвича" (смесь лигатуры и плавикового шпата, затем силикобарий и олово, а сверху пригружение отходами стали, чугуна и меди).Complex processing of molten iron is carried out in a casting ladle at a temperature of 1400-1440 ^o С, and the mixture is laid on the bottom of the ladle in layers in the form of a “sandwich” (a mixture of ligature and fluorspar, then silicobarium and tin, and loading from above with steel, cast iron and copper waste) .

Плавку чугуна проводили в различных агрегатах: в индукционных тигельных печах емкостью 50, 150 и 500 кг и электродуговой печи емкостью 1500 кг с кислой футеровкой. Использовали шихту, состоящую из литейного и передельного чугунов, стальных и чугунных отходов, электродного боя, ферросплавов и отходов электротехнической меди. Модифицирование проводили в разливочных ковшах различной емкости (от 50 до 1500 кг в зависимости от количества выплавляемого чугуна). Процесс получения чугуна оценивали по интенсивности пироэффекта, степени усвоения магния, твердости чугуна и характеристикам его структуры (степени сфероидизации графита, степени перлитизации структуры и количества в ней свободного цементита и ледебурита) в стандартных клиновых пробах толщиной 30 мм, отливаемых в сухие песчано-глинистые формы. По каждому варианту заливали по 2-3 пробы в разные периоды разливки чугуна. Cast iron was smelted in various units: in induction crucible furnaces with a capacity of 50, 150 and 500 kg and an electric arc furnace with a capacity of 1500 kg with acid lining. They used a mixture consisting of foundry and pig iron, steel and cast iron waste, electrode battle, ferroalloys and waste electrical copper. Modification was carried out in casting ladles of various capacities (from 50 to 1500 kg, depending on the amount of cast iron smelted). The process of producing cast iron was evaluated by the intensity of the pyroelectric effect, the degree of assimilation of magnesium, the hardness of cast iron, and the characteristics of its structure (degree of spheroidization of graphite, degree of perlitization of the structure, and the amount of free cementite and ledeburite in it) in standard wedge samples 30 mm thick, cast in dry sand-clay molds . For each option, 2-3 samples were poured at different periods of casting.

Варианты выплавки чугуна и его ковшевой обработки приведены в табл.1 в сопоставлении со способом-прототипом. Химический состав выплавленных чугунов по всем вариантам приведен в табл.2, а характеристики процессов - в табл.3. Options for smelting cast iron and its ladle processing are given in table 1 in comparison with the prototype method. The chemical composition of smelted cast irons for all options is given in Table 2, and the characteristics of the processes are shown in Table 3.

Видно, что предлагаемый способ обеспечивает по сравнению с прототипом значительно более стабильные результаты при пониженном пироэффекте, более высокой степени усвоения магния и степени сфероидизации графита, а также более качественные характеристики структуры чугуна в отливках. It can be seen that the proposed method provides significantly more stable results compared to the prototype with a lower pyroeffect, a higher degree of absorption of magnesium and a degree of spheroidization of graphite, as well as better characteristics of the structure of cast iron in castings.

Источники информации
1. Патент РФ 2130496, кл. 6 С 21 С 1/00, 1/08.Sources of information
1. RF patent 2130496, cl. 6 C 21 C 1/00, 1/08.

2. Патент РФ 2134302, кл. 6 С 21 С 1/10. 2. RF patent 2134302, cl. 6 C 21 C 1/10.

3. Патент СССР 1745127, кл. С 22 С 35/00. 3. USSR patent 1745127, cl. C 22 C 35/00.

Claims

1. A method of producing anti-friction cast iron with spherical graphite, including smelting cast iron and treating its melt in a casting ladle with a modifying mixture of components containing crushed ligature and steel waste, characterized in that cast iron contains up to 0.7% manganese, up to 0.05% chromium and up to 0.08% sulfur, and its processing in the ladle is carried out with a modifying mixture of components, additionally containing silicobarium, tin, copper waste, cast iron waste and fluorspar in the following ratio of components, wt.%:
Ligature - 33-37
Silicobarium - 4.5-6.0
Tin - 1.8-2.2
Copper waste - 20-25
Fluorspar - 10-12
Steel and Cast Iron Waste - Other
moreover, the total amount of the mixture is 4.5-6% by weight of cast iron, and the ligature contains silicon, magnesium, calcium, rare-earth metals, copper, aluminum and iron in the following ratio, wt.%:
Silicon - 18-32
Magnesium - 4-9
Calcium - 3-8
REM - 3.5-10
Copper - 27-50
Aluminum - 1-3
Iron - Else
2. The method according to claim 1, characterized in that the ligature is crushed to a fraction of less than 3 mm