RU2373290C2

RU2373290C2 - Modifying mixture

Info

Publication number: RU2373290C2
Application number: RU2007136818/02A
Authority: RU
Inventors: Андрей Владимирович Чайкин (RU); Андрей Владимирович Чайкин; Владимир Андреевич Чайкин (RU); Владимир Андреевич Чайкин; Вячеслав Иванович Семенов (RU); Вячеслав Иванович Семенов
Original assignee: Андрей Владимирович Чайкин
Priority date: 2007-10-05
Filing date: 2007-10-05
Publication date: 2009-11-20
Also published as: RU2007136818A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention refers to metallurgy industry and foundry engineering and can be used for out-of-furnace working of liquid iron. As graphitising modifying agent, there used is mixture containing fine silicium powder formed during manufacture of organohalosilanes, and graphite in the form of artificial graphite subject to temperature treatment more than 5000°C and to fine grinding at the following component ratio of the mixture, wt %: silicium 35-90, artificial graphite 10-65.

EFFECT: invention allows increasing graphitising ability of modifying agent, decreasing its flow up to 0,04-0,08% of the processed fusion mass.

5 tbl

Description

Изобретение относится к области литейного производства и металлургии и используется для внепечной обработки жидкого чугуна. Смесь для модифицирования серого чугуна, включающая высокодисперсный кремнийсодержащий порошок, получаемый при прямом синтезе органогалогенсиланов, отличающаяся тем, что смесь дополнительно содержит порошок графита, а также сурьму в следующем соотношении компонентов, мас.%: кремнийсодержащий порошок 35-65, порошок графита 35-65, сурьма 0,002-0,005 [Чайкин В.А., Каргинов В.П., Шрамко М.С. Модифицирующая смесь. А.с. №2226554, Заявка №2002129529, приоритет изобретения 04 ноября 2002 г., зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 10 апреля 2004 г., срок действия патента истекает 04 ноября 2022 г.] (прототип).The invention relates to the field of foundry and metallurgy and is used for out-of-furnace treatment of molten iron. A mixture for modifying gray cast iron, including a highly dispersed silicon-containing powder obtained by direct synthesis of organohalogenosilanes, characterized in that the mixture additionally contains graphite powder, as well as antimony in the following ratio of components, wt.%: Silicon-containing powder 35-65, graphite powder 35-65 antimony 0.002-0.005 [Chaykin V.A., Karginov V.P., Shramko M.S. Modifying mixture. A.S. No. 2226554, Application No. 2002129529, priority of the invention November 4, 2002, registered in the State register of inventions of the Russian Federation on April 10, 2004, the patent expires November 4, 2022] (prototype).

Недостатком является недостаточная дисперсность компонентов модификатора, высокое содержание примесей в графите, что снижает его активность. Кроме того, модификатор содержит токсичную и дорогую сурьму. В результате наблюдается повышенный расход модификатора при внепечной обработке чугуна, увеличивается его стоимость.The disadvantage is the lack of dispersion of the modifier components, the high content of impurities in graphite, which reduces its activity. In addition, the modifier contains toxic and expensive antimony. As a result, an increased consumption of the modifier is observed during out-of-furnace treatment of cast iron, and its cost increases.

Известно использование лигатуры - сплав железа с кремнием, который получил название ферросилиций [Гиршович Н.Г. Кристаллизация и свойства чугуна в отливках. М., Л.: Машиностроение, 1966, с.183-184]. Введение ферросилиция в жидкий металл позволяет получить чугун с мелкозернистой структурой и улучшить механические свойства отливок.It is known to use ligatures - an alloy of iron with silicon, which was called ferrosilicon [Girshovich N.G. Crystallization and properties of cast iron in castings. M., L .: Mechanical engineering, 1966, p.183-184]. 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 являются его высокая стоимость (в 2-3 раза больше стоимости чушковых чугунов), необходимость предварительного дробления модификатора, пыление при модифицировании, неточное дозирование, а также низкая графитизирующая способность ферросилиция и низкая живучесть.A disadvantage of ferrosilicon is its high cost (2-3 times the cost of pig iron), the need for preliminary grinding of the modifier, dusting during modification, inaccurate dosing, as well as the low graphitizing ability of ferrosilicon and low survivability.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - повышение графитизирующей способности модификатора, снижение расхода модификатора и себестоимости внепечной обработки чугуна.The problem to which the claimed invention is directed is to increase the graphitizing ability of the modifier, reducing the consumption of the modifier and the cost of out-of-furnace treatment of cast iron.

Задача решается следующим образом: в качестве компонентов смесевого модификатора используют: 1) кремний (K), образованный в результате реакций при производстве органогалогенсиланов, который более дисперсный, чем кремнийсодержащий порошок, 2) искусственный графит, подвергнутый высокотемпературной обработке (выше 5000°С), что приводит к минимуму содержания вредных примесей. Кроме того, графит подвергается тонкому помолу на вибромельницах. В результате активность графита резко возрастает.The problem is solved as follows: as components of a mixed modifier use: 1) silicon (K), formed as a result of reactions in the production of organohalogenosilanes, which is more dispersed than silicon-containing powder, 2) artificial graphite subjected to high-temperature processing (above 5000 ° C), which minimizes the content of harmful impurities. In addition, graphite is finely ground in vibratory mills. As a result, the activity of graphite increases sharply.

Предложенные мероприятия позволяют расширить диапазон концентраций и графита, а также исключить из состава сурьму.The proposed measures allow to expand the range of concentrations and graphite, as well as to exclude antimony from the composition.

Новая смесь для модифицирования серого чугуна содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: активированный высокотемпературной обработкой и подвергнутый тонкому помолу графит 10-65; К 35-90. Для чугуна, близкого по своему составу к эвтектическому, используется смесь, содержащая 10% графита и 90% К. При таком соотношении компонентов складывается наиболее благоприятная синергетика процесса модифицирования. По мере снижения углеродного эквивалента соотношение компонентов меняется. Содержание графита увеличивается, а К уменьшается. Средний размер частицы модификатора составляет 0,12 мкм, соответственно снижается расход смеси для модифицирования до 0,04-0,08% от массы обрабатываемого расплава.A new mixture for modifying gray cast iron contains components in the following ratio, wt.%: Activated by high-temperature processing and finely ground graphite 10-65; K 35-90. For cast iron, which is close in composition to eutectic, a mixture containing 10% graphite and 90% K. is used. With this ratio of components, the most favorable synergetics of the modification process is formed. As the carbon equivalent decreases, the component ratio changes. The graphite content increases, while K decreases. The average particle size of the modifier is 0.12 μm, respectively, the consumption of the mixture for modification is reduced to 0.04-0.08% by weight of the processed melt.

Наночастицы графита и кремния усиливают зародышеобразование графитной фазы, поскольку они способны к образованию комплексных соединений (Fe-C-Si)) и соизмеримы с кластерами графита, углеродными наночастицами и фрактальными агрегатами [Давыдов С.В. Новый подход к классификации методов модифицирования. - Металлургия машиностроения, №5, 2006, - с.5-9].Graphite and silicon nanoparticles enhance the nucleation of the graphite phase, since they are capable of forming complex compounds (Fe-C-Si)) and are comparable with graphite clusters, carbon nanoparticles and fractal aggregates [Davydov S.V. A new approach to the classification of modification methods. - Metallurgy of mechanical engineering, No. 5, 2006, - p.5-9].

При использовании данной смеси в расплаве будет формироваться мелкозернистая структура серого чугуна без наличия свободного цементита и обеспечиваются требуемые механические свойства.When using this mixture in the melt, a fine-grained structure of gray cast iron will be formed without the presence of free cementite and the required mechanical properties will be ensured.

При увеличении концентраций графита или К в смесях образуется повышенное количество шлаков, усвояемость модификаторов ухудшается. В результате снижаются механические свойства чугуна, увеличивается размер графитных включений, увеличивается глубина отбела и разброс твердости по сечениям отливки.With increasing concentrations of graphite or K in the mixtures, an increased amount of slag is formed, the digestibility of modifiers deteriorates. As a result, the mechanical properties of cast iron are reduced, the size of graphite inclusions is increased, the depth of bleaching and the spread of hardness along the sections of the casting are increased.

Смесь для модифицирования серого чугуна приготавливается отвешиванием расчетных доз компонентов в соответствии с предложенным количественным соотношением и упаковывается в бумажные или полиэтиленовые пакеты. Вес пакетов зависит от массы обрабатываемого расплава, от количества смеси, вводимой в расплав, и регламентируется заказчиком. Количество смеси, вводимой в расплав, составляет 0,04-0,08% и зависит от состава обрабатываемого чугуна, требуемого уровня механических свойств, оптимизируется экспериментальным путем. Пакеты помещаются на дно ковша перед заливкой его металлом. Это обеспечивает точность дозирования, отсутствие пыления и улучшает экологию литейного цеха. Кроме того, модификатор может вводиться вдуванием в расплав или закатанным в порошковую проволоку и другими известными способами.A mixture for modifying gray cast iron is prepared by weighing the calculated doses of the components in accordance with the proposed quantitative ratio and is packed in paper or plastic bags. The weight of the packages depends on the mass of the processed melt, on the amount of mixture introduced into the melt, and is regulated by the customer. The amount of the mixture introduced into the melt is 0.04-0.08% and depends on the composition of the cast iron, the required level of mechanical properties, is optimized experimentally. Packages are placed on the bottom of the bucket before pouring it with metal. This ensures dosing accuracy, lack of dusting and improves the ecology of the foundry. In addition, the modifier can be introduced by injection into the melt or rolled into a flux-cored wire and other known methods.

ПРИМЕРЫ. В сталелитейном цехе ОАО «ЧАЗ» были проведены опытные плавки серого чугуна СЧ30 для заливки отливок «клин фрикционный». Температура разливки металла с раздаточного ковша колебалась от 1470 до 1440°С. Температура заливки форм составляла 1390-1350°С. С каждой плавки заливались пробы для определения химического состава и механических свойств чугуна. Параллельно определялись склонность чугуна к отбелу путем заливки клиновых проб.EXAMPLES Experimental melting of gray cast iron СЧ30 for casting “wedge friction” castings was carried out in the steel shop of ChAZ OJSC. The temperature of the metal casting from the transfer ladle ranged from 1470 to 1440 ° C. The pouring temperature of the molds was 1390-1350 ° C. Samples were poured from each heat to determine the chemical composition and mechanical properties of cast iron. In parallel, the tendency of cast iron to bleach was determined by pouring wedge samples.

В разливочный ковш последовательно вводили ФС75 в количестве 0,5% и возрастающие количества модификатора следующего состава: 65% графита и 35% кремния. Исследовали три плавки с различными величинами исходного отбела чугуна. Результаты представлены в таблице 1.FS75 in a quantity of 0.5% and increasing amounts of a modifier of the following composition were sequentially introduced into the casting ladle: 65% graphite and 35% silicon. Three melts with different values of the initial bleached cast iron were investigated. The results are presented in table 1.

Таблица 1Table 1 Результаты опытных работ по модифицированию СЧ30 МК21 в разливочном ковшеThe results of experimental work on the modification of SCh30 MK21 in the casting ladle № плавкиNo. of swimming trunks Вводим. модиф.We introduce. modif. Масса модиф., кг (%)Mass mod., Kg (%) Место отбора пробSampling point Величина отбела, ммThe value bleached, mm Температура, °СTemperature ° C Предел прочности с обр., кгс/мм² Strength with arr., Kgf / mm ² Твердость с обр., НВHardness with arr., HB Ковш 1Bucket 1 Ковш 4Bucket 4 9-4069-406 -- ПечьOven 20twenty 13951395 13211321 30,130.1 241241 ФС75FS75 0,5 (0,1)0.5 (0.1) КовшLadle 1010 МК21MK21 0,1 (0,02)0.1 (0.02) КовшLadle 1010 МК21MK21 0,2 (0,04)0.2 (0.04) КовшLadle 99 МК21MK21 0,4 (0,08)0.4 (0.08) КовшLadle 77 11-24411-244 -- -- ПечьOven 1616 14101410 13291329 32,632.6 241241 ФС75FS75 0,5 (0,1)0.5 (0.1) КовшLadle 1010 МК21MK21 0,1 (0,02)0.1 (0.02) КовшLadle 1010 МК21MK21 0,2 (0,04)0.2 (0.04) КовшLadle 88 МК21MK21 0,4 (0,08)0.4 (0.08) КовшLadle 77 11-25311-253 -- -- ПечьOven 14fourteen 14101410 13301330 31,331.3 241241 ФС75FS75 0,5 (0,1)0.5 (0.1) КовшLadle 88 МК21MK21 0,1 (0,02)0.1 (0.02) КовшLadle 88 МК21MK21 0,2 (0,04)0.2 (0.04) КовшLadle 77 МК21MK21 0,4 (0,08)0.4 (0.08) КовшLadle 66

На основании проведенных экспериментов в ОАО «ЧАЗ» внедрен технологический процесс модифицирования чугуна СЧ30 для отливки «клин фрикционный» в разливочном ковше. Наиболее объективным показателем эффективности внедренного технологического процесса модифицирования является статистический анализ. Поэтому провели статистический анализ показателей качества плавок чугуна до и после внедрения. Результаты приведены в таблицах 2 и 3.Based on the experiments, ChAZ OJSC introduced a process for the modification of SCh30 cast iron for casting “friction wedge” in the casting ladle. The most objective indicator of the effectiveness of the implemented technological process of modification is a statistical analysis. Therefore, we conducted a statistical analysis of the quality indicators of cast iron melts before and after implementation. The results are shown in tables 2 and 3.

Сравнение результатов анализа до и после внедрения показывает, что температура, химический состав и механические свойства чугуна изменились незначительно: от 0,09% (температура) до 1,65% (кремний). Вместе с тем, склонность чугуна к отбелу резко уменьшилась. Отбел снизился на 12,7% и стабилизировался, что подтверждает эффективность внедренного технологического процесса модифицирования. Проверка гипотез о равенстве групповых средних, результаты которой представлены в таблице 4, в свою очередь, подтвердила вышеуказанный вывод.Comparison of the analysis results before and after implementation shows that the temperature, chemical composition and mechanical properties of cast iron have changed slightly: from 0.09% (temperature) to 1.65% (silicon). However, the tendency of cast iron to bleach sharply decreased. The whitening decreased by 12.7% and stabilized, which confirms the effectiveness of the implemented technological process of modification. Testing the hypotheses about the equality of group means, the results of which are presented in table 4, in turn, confirmed the above conclusion.

Как видно из таблицы для средних значений температур, химического состава и механических свойств значения вероятностей, с которыми гипотезы о равенстве средних отвергаются, превышают принятый уровень значимости α равный 0,05, что позволяет сделать вывод о том, что нет существенных различий в средних значениях вышеперечисленных показателей. Значение вероятности отклонения гипотезы о равенстве средних значений отбела до и после внедрения значительно ниже 0,05, что свидетельствует о существенном влиянии способа модифицирования на отбел чугуна.As can be seen from the table for the average values of temperatures, chemical composition and mechanical properties, the probabilities with which the hypotheses of equality of means are rejected exceed the accepted significance level α equal to 0.05, which allows us to conclude that there are no significant differences in the average values of the above indicators. The probability value of rejecting the hypothesis that the average values are equal is whitened before and after implementation is significantly lower than 0.05, which indicates a significant effect of the modification method on whitening cast iron.

Внедрение нового модификатора позволило исключить брак по отбелу в отливках и получить годовой экономический эффект в размере 1 млн 128 тыс. рублей.The introduction of the new modifier allowed eliminating bleach on castings and getting an annual economic effect of 1 million 128 thousand rubles.

В ОАО "Дизель-ЯМЗ" г. Ярославль существовала следующая проблема: при выплавке чугунов с высоким углеродным эквивалентом механические свойства материала оказывались ниже требуемых за счет появления в структуре крупных графитных спелей. При производстве чугунов с низким углеродным эквивалентом, механические свойства удовлетворяли требованиям ГОСТ, вместе с тем, многие отливки затвердевали с наличием отбела. Для устранения недостатков был внедрен процесс модифицирования в стояке литейной формы в количестве 0,05% от массы отливок разработанным модификатором следующего состава: 10% графита и 90% кремния.The following problem existed in Diesel-YaMZ OJSC in Yaroslavl: when smelting cast iron with a high carbon equivalent, the mechanical properties of the material turned out to be lower than those required due to the appearance of large graphite spels in the structure. In the production of cast iron with a low carbon equivalent, the mechanical properties met the requirements of GOST, however, many castings hardened with the presence of bleached. To eliminate the shortcomings, a modification process was introduced in the riser of the mold in the amount of 0.05% of the weight of castings by a developed modifier of the following composition: 10% graphite and 90% silicon.

Провели статистический анализ показателей качества плавок чугуна до и после внедрения. Результаты приведены в таблице 5.We performed a statistical analysis of the quality indicators of cast iron melts before and after implementation. The results are shown in table 5.

Таблица 5Table 5 Показатели статистики до и после внедренияStatistics indicators before and after implementation Средние значения концентраций элементов, %Average values of element concentrations,% Средние значения механических свойствThe average values of mechanical properties СFROM MnMn SiSi SS PP CrCr NiNi TiTi CrCr НВHB σ_B σ _B До внедренияBefore implementation 3,363.36 0,690.69 2,152.15 0,0890,089 0,0930,093 0,330.33 0,180.18 0,0180.018 0,130.13 234234 25,5725.57 После внедренияAfter implementation ЯнварьJanuary 3,373.37 0,710.71 2,192.19 0,0880,088 0,0880,088 0,330.33 0,140.14 0,0210,021 0,130.13 227227 24,924.9 МайMay 3,353.35 0,70.7 2,132.13 0,0870,087 0,0940,094 0,340.34 0,180.18 0,0190.019 0,170.17 230230 25,925.9 ИюньJune 3,363.36 0,680.68 2,122.12 0,0850,085 0,090.09 0,310.31 0,160.16 0,0200,020 0,150.15 229,6229.6 25,225,2

Следует отметить, что химсостав и механические свойства практически не изменились. В то же время брак по отбелу и по графитной сыпи исключен, что свидетельствует о высокой эффективности модифицирования. В случаях низкого углеродного эквивалента устраняется отбел. При высоком эквиваленте модифицирование в форме измельчает графит и устраняет сыпь.It should be noted that the chemical composition and mechanical properties have not changed. At the same time, rejects for bleaching and for graphite rashes are excluded, which indicates a high modification efficiency. In cases of low carbon equivalent, bleaching is eliminated. With a high equivalent, in-mold modification crushes graphite and eliminates the rash.

Таким образом, предлагаемый модификатор обладает положительным модифицирующим эффектом и более низкой стоимостью.Thus, the proposed modifier has a positive modifying effect and lower cost.

Claims

A mixture for the modification of gray cast iron containing highly dispersed silicon powder formed in the production of organohalogenosilanes and graphite, characterized in that graphite is used in the form of heat-treated higher than 5000 ° C and fine grinding of artificial graphite in the following ratio, wt.%:
silicon 35-90 artificial graphite 10-65