RU2208648C2

RU2208648C2 - Inoculant for iron inoculation

Info

Publication number: RU2208648C2
Application number: RU2001114719A
Authority: RU
Inventors: В.А. Грачев; Е.М. Кирин; С.Р. Мкртчян; В.Д. Игнатов; Л.В. Щетинин
Original assignee: Пензенский государственный университет
Priority date: 2001-05-28
Filing date: 2001-05-28
Publication date: 2003-07-20

Abstract

FIELD: foundry and metallurgy; applicable in liquid iron ladle treatment. SUBSTANCE: inoculant additionally contains natural mineral schungite with fraction composition analogous to ferrosilicon with the following amounts of components, wt. %: ferrosilicon 40-50; schungite 50-60. EFFECT: provided compact clase-grained metal structure, reduced chilling, improved mechanical properties of castings with inoculant cost reduced by a factor of 1.5 as compared with that of ferrosilicon. 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области литейного производства и черной металлургии, точнее - к модификаторам для обработки металла с целью улучшения его свойств. The invention relates to the field of foundry and ferrous metallurgy, and more specifically to modifiers for metal processing in order to improve its properties.

Известны модификаторы на основе кремния [1]. К ним относятся силикобарий, силикокальций, ферросилиций, смесь алюминия и ферросилиция и др. Известны модификаторы на основе редкоземельных металлов [2]. Большинство разработанных модификаторов высокоэффективны и получили широкое распространение. Известно также [3] использование в качестве модификатора металлокремнистых отходов производства синтетического чугуна. Modifiers based on silicon are known [1]. These include silicobarium, silicocalcium, ferrosilicon, a mixture of aluminum and ferrosilicon, etc. Modifiers based on rare-earth metals are known [2]. Most developed modifiers are highly effective and widely used. It is also known [3] the use as a modifier of metal-silicon waste from the production of synthetic cast iron.

Недостатком известных модификаторов в современных рыночных условиях является их высокая стоимость, что является сдерживающим фактором их применения, так как себестоимость чугуна при этом возрастает. A disadvantage of known modifiers in modern market conditions is their high cost, which is a limiting factor in their use, since the cost of cast iron increases.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является лигатура - сплав железа с кремнием, который получил название ферросилиций [1]. Введение ферросилиция в жидкий металл позволяет получить чугун с мелкозернистой структурой и улучшить механические свойства отливок. The closest in technical essence to the proposed invention is a ligature - an alloy of iron with silicon, which was called ferrosilicon [1]. The introduction of ferrosilicon in liquid metal allows you to get cast iron with a fine-grained structure and improve the mechanical properties of castings.

Недостатком ферросилиция является его высокая стоимость (в 2-3 раза больше стоимости чушковых чугунов). A disadvantage of ferrosilicon is its high cost (2-3 times the cost of pig iron).

Предлагаемое изобретение решает задачу снижения расхода ферросилиция, снижение стоимости модификатора и повышение эффективности модифицирования за счет разработки нового модификатора на основе ферросилиция. The present invention solves the problem of reducing the consumption of ferrosilicon, reducing the cost of the modifier and increasing the efficiency of the modification by developing a new modifier based on ferrosilicon.

Задача решена тем, что модификатор для модифицирования чугуна на основе ферросилиция, содержащий ферросилиций в виде мелкораздробленных кусков, дополнительно содержит природный минерал шунгит аналогичного фракционного состава при следующем соотношении компонентов, мас.%: ферросилиций - 40...50, шунгит - 50...60. The problem is solved in that the modifier for modifying cast iron based on ferrosilicon, containing ferrosilicon in the form of finely divided pieces, additionally contains a natural mineral shungite of similar fractional composition with the following ratio of components, wt.%: Ferrosilicon - 40 ... 50, shungite - 50 .. .60.

Предлагаемый модификатор представляет из себя механическую смесь ферросилиция и природного минерала шунгита в виде мелкораздробленных кусков (фракции 10-20 мм). Ферросилиций является продуктом черной металлургии. Стоимость ферросилиция - 15 тыс. рублей за 1 тонну. Шунгит - минеральное вещество, состоящее из аморфного углерода и сильнодиспергированного графита. Шунгит содержит до 90% углерода (обычно 30-40%), окись кремния, золу. Стоимость кускового шунгита - 500-600 руб/т. The proposed modifier is a mechanical mixture of ferrosilicon and the natural mineral shungite in the form of finely divided pieces (fractions of 10-20 mm). Ferrosilicon is a product of ferrous metallurgy. The cost of ferrosilicon is 15 thousand rubles per 1 ton. Shungite is a mineral substance consisting of amorphous carbon and highly dispersed graphite. Shungite contains up to 90% carbon (usually 30-40%), silicon oxide, ash. The cost of lumpy shungite is 500-600 rubles / ton.

Технология приготовления и использования предлагаемого модификатора следующая. Перед плавкой крупнокусковые ферросилиций и шунгит дробят до фракций 10-20 мм с просеиванием раздробленной массы. Затем компоненты просушивают нагреванием до 200-300^oС с целью удаления влаги и масел. Затем обе фракции смешивают в указанном процентном отношении и смесь складывают в короба около плавильной печи. При выпуске металла из печи смесь засыпают на выпускной желоб или в ковш, где происходит реагирование модификатора с жидким металлом с получением модифицирующего эффекта.The technology for preparing and using the proposed modifier is as follows. Before melting, large-sized ferrosilicon and shungite are crushed to fractions of 10-20 mm with sieving of the crushed mass. Then the components are dried by heating to 200-300 ^o With in order to remove moisture and oils. Then both fractions are mixed in the specified percentage and the mixture is piled in a box near the smelter. When the metal is discharged from the furnace, the mixture is poured onto the exhaust chute or into the bucket, where the modifier reacts with the liquid metal to obtain a modifying effect.

Предлагаемый модификатор работает следующим образом. Ферросилиций воздействует на металл обычным известным способом. Железо и кремний образуют множество тонкодисперсных твердых центров кристаллизации, на которых начинается рост кристаллов при охлаждении чугуна. Поскольку центров кристаллизации возникает бесчисленное множество, то рост кристаллов затрудняется за счет соседних кристаллов, что приводит к получению мелкозернистой структуры. The proposed modifier works as follows. Ferrosilicon acts on the metal in the usual known manner. Iron and silicon form many finely divided solid crystallization centers, on which crystal growth begins when the cast iron is cooled. Since countless crystallization centers arise, crystal growth is hindered by neighboring crystals, resulting in a fine-grained structure.

В шунгите, введенном в состав смеси, под действием тепла жидкого металла происходят следующие физические и физико-химические процессы:
а) Углерод шунгита частично растворяется в металле за счет диффузии и противодействует образованию ледебурита и цементита при затвердевании отливок. Отбел отливок при этом снижается или совсем устраняется.In shungite, introduced into the mixture, the following physical and physico-chemical processes occur under the action of heat of liquid metal:
a) Shungite carbon is partially dissolved in the metal due to diffusion and counteracts the formation of ledeburite and cementite during the solidification of castings. The whitening of castings is reduced or completely eliminated.

б) Часть углерода шунгита реагирует с кремнеземом, который входит в состав шунгита, по реакции С+SiO₂=Si+СО₂, в результате чего в жидкий металл выделяется металлический кремний. Он образует дополнительные центры кристаллизации, что повышает модифицирующий эффект ферросилиция. Выделяемый при упомянутой реакции углекислый газ барботирует металл, перемешивает его и распределяет твердые частицы зародышей по всему объему металла, что способствует получению равномерной мелкозернистой структуры металла по всему сечению отливки.b) Part of the carbon of schungite reacts with silica, which is part of the schungite, by the reaction C + SiO ₂ = Si + CO ₂ , as a result of which metallic silicon is released into the liquid metal. It forms additional crystallization centers, which increases the modifying effect of ferrosilicon. The carbon dioxide emitted during the above reaction sparges the metal, mixes it and distributes the solid particles of the nuclei throughout the volume of the metal, which helps to obtain a uniform fine-grained structure of the metal over the entire cross section of the casting.

в) Содержащиеся в шунгите оксиды, невостановленный кремний и неметаллические включения также образуют дисперсные частицы, которые являются зародышами кристаллов. Модифицирующий эффект указанных компонентов проявляется не в начальный период модифицирования, а спустя некоторое время после их переплава, что обеспечивает увеличение срока "живучести" модификатора. c) Oxides, unreduced silicon and nonmetallic inclusions contained in shungite also form dispersed particles, which are the nuclei of crystals. The modifying effect of these components does not appear in the initial period of modification, but some time after their remelting, which ensures an increase in the modifier's “survivability”.

Таким образом, модифицирующий эффект, достигаемый за счет шунгита, компенсирует отсутствие в предлагаемом модификаторе части ферросилиция. Модифицирующий эффект предлагаемого модификатора сравним с эффектом чистого ферросилиция и даже превышает его за счет дополнительного модифицирующего эффекта углерода, оксидов и неметаллических включений шунгита, а также за счет барботации и перемешивания расплава выделяющимся углекислым газом. Thus, the modifying effect achieved by shungite compensates for the lack of ferrosilicon in the proposed modifier. The modifying effect of the proposed modifier is comparable to the effect of pure ferrosilicon and even exceeds it due to the additional modifying effect of carbon, oxides and non-metallic inclusions of schungite, as well as due to the bubbling and mixing of the melt with the released carbon dioxide.

ПРИМЕР. Проводили сравнительные опыты по модифицированию чугуна марки СЧ20 в литейном цехе ОАО "ПЕНЗМАШ". В первой серии опытов чугун модифицировали в ковше емкостью 300 кг ферросилицием в количестве 3 кг (1% от массы металла). Во второй серии опытов чугун модифицировали предлагаемым модификатором, состоящим из смеси: 45% ФС 75 и 55% шунгита. Количество модификатора - 3 кг. EXAMPLE. Conducted comparative experiments on the modification of cast iron grade SCH20 in the foundry of OJSC "PENZMASH". In the first series of experiments, cast iron was modified in a ladle with a capacity of 300 kg by ferrosilicon in an amount of 3 kg (1% by weight of metal). In the second series of experiments, cast iron was modified with the proposed modifier, consisting of a mixture: 45% FS 75 and 55% shungite. The amount of modifier is 3 kg.

Результаты испытаний приведены в таблице. The test results are shown in the table.

Из приведенных данных видно, что использование предлагаемого модификатора обеспечивает получение необходимого модифицирующего эффекта наравне с чистым ферросилицием и даже на 2-3% превышает его. From the above data it is seen that the use of the proposed modifier provides the necessary modifying effect on a par with pure ferrosilicon and even by 2-3% exceeds it.

Приведенные в заявке соотношения содержаний ферросилиция и шунгита являются оптимальными, так как при выходе их из указанных пределов модифицирующий эффект значительно снижается. При содержании шунгита более 60% в общей массе модификатора увеличивается содержание окиси кремния, которая при взаимодействии с жидким металлом окисляет элементы чугуна и снижает их содержание в чугуне. Это приводит к браку металла по химсоставу и снижает его свойства. Количество шлака и содержание неметаллических включений в чугуне при этом увеличивается, что значительно снижает модифицирующий эффект. При содержании шунгита менее 50% уменьшается содержание углерода в модификаторе. Количество углерода, растворенного в металле, снижается, что уменьшает модифицирующий эффект за счет углерода. The ratios of ferrosilicon and shungite contents given in the application are optimal, since when they exit from these limits the modifying effect is significantly reduced. When the content of schungite is more than 60% in the total mass of the modifier, the content of silicon oxide increases, which, when interacting with a liquid metal, oxidizes the elements of cast iron and reduces their content in cast iron. This leads to the marriage of the metal in chemical composition and reduces its properties. The amount of slag and the content of non-metallic inclusions in the cast iron increases, which significantly reduces the modifying effect. When the content of shungite is less than 50%, the carbon content in the modifier decreases. The amount of carbon dissolved in the metal is reduced, which reduces the modifying effect due to carbon.

Таким образом, предлагаемый модификатор обладает положительным модифицирующим эффектом и низкой стоимостью. Его стоимость в 1,5 раза меньше, чем известного модификатора. Thus, the proposed modifier has a positive modifying effect and low cost. Its cost is 1.5 times less than the well-known modifier.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Воздвиженский В.М. и др. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении. - М., "Машиностроение", 1984, с.32,342.SOURCES OF INFORMATION
1. Vozdvizhensky V.M. Foundry alloys and their melting technology in mechanical engineering. - M., "Mechanical Engineering", 1984, p. 32,342.

2. Воздвиженский В. М. Прогноз двойных диаграмм состояния. - М., "Металлургия", 1975. 2. Vozdvizhensky V. M. Forecast of double state diagrams. - M., "Metallurgy", 1975.

3. Авторское свидетельство СССР 1715854. Модификатор для чугуна. М. кл. С 21 C, БИ 8, 1992. 3. Copyright certificate of the USSR 1715854. Modifier for cast iron. M. cl. C 21 C, BI 8, 1992.

Claims

A modifier for modifying cast iron based on ferrosilicon, containing ferrosilicon in the form of finely divided pieces, characterized in that it additionally contains a natural mineral shungite of similar fractional composition in the following ratio of components, wt.%:
Ferrosilicon - 40-50
Natural mineral shungite - 50-60о