RU2494152C2 - Method of iron carbonisation by means of nano-structured carboniser - Google Patents
Method of iron carbonisation by means of nano-structured carboniser Download PDFInfo
- Publication number
- RU2494152C2 RU2494152C2 RU2011141402/02A RU2011141402A RU2494152C2 RU 2494152 C2 RU2494152 C2 RU 2494152C2 RU 2011141402/02 A RU2011141402/02 A RU 2011141402/02A RU 2011141402 A RU2011141402 A RU 2011141402A RU 2494152 C2 RU2494152 C2 RU 2494152C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- iron
- melt
- carburizer
- nanostructured
- carboniser
- Prior art date
Links
Landscapes
- Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к способам получения чугуна с высоким содержанием углерода в электродуговых, индукционных печах и газовых вагранках с копильником.The invention relates to metallurgy and foundry, in particular to methods for producing cast iron with a high carbon content in electric arc, induction furnaces and gas cupolas with a piggy bank.
Существуют различные способы науглероживания сплавов.There are various methods for carburizing alloys.
Известен, например, способ науглероживания чугуна (патент RU 2191832 с21с 1/08), с целью максимального контакта жидкого металла с частичками карбюризатора.Known, for example, a method of carburizing cast iron (patent RU 2191832 s21c 1/08), with the aim of maximum contact of the molten metal with particles of the carburetor.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по размерности науглероживающего компонента является «Способ получения сплава со свободным и связанным углеродом», патент RU 2196187. Данный способ включает выплавку низкоуглеродистого полупродукта, перегрев его выше температуры ликвидус на 20-70°, выпуск расплава, науглероживание сажей с размером частиц 105-107 см, вводимой в расплав в количестве 0,01-2,14%, при выпуске, и/или доводке, и/или разливке, раскисление элементами, доводку, кристаллизацию и обработку сплава давлением, а охлаждение расплава ведут в процессе разливки и кристаллизации до 1147°С со скоростью более 10 град в мин.Closest to the claimed technical solution for the dimension of the carburizing component is the "Method for producing an alloy with free and bound carbon", patent RU 2196187. This method includes the smelting of low-carbon intermediate, overheating it above liquidus temperature by 20-70 °, the release of the melt, carbonization with soot with particle size 10 5 -10 7 cm, added to the melt in an amount of 0.01-2.14%, with the release and / or debugging, and / or casting, deoxidation elements, finishing, crystallization and alloy processing pressure and cooling blotched va lead during casting and crystallization to 1147 ° C at a rate greater than 10 degrees per minute.
Недостатками известного способа являются сложность технологического процесса и высокие затраты на исполнение. Проблемным является ввод в расплав дисперсной, легко возгоняемой горячими воздушными потоками сажи, фракцией 10-5-10-7 см. Трудоемкость ввода сажи в расплав не обеспечивает стабильности всего технологического процесса науглероживания сплава.The disadvantages of this method are the complexity of the process and the high cost of execution. The problem is the introduction into the melt of dispersed soot, easily sublimated by hot air currents, with a fraction of 10 -5 -10 -7 cm. The laboriousness of introducing soot into the melt does not ensure the stability of the entire technological process of carburizing the alloy.
Заявляемое изобретение направлено на создание устойчивого способа науглероживания железоуглеродистых сплавов наноструктурированными науглероживателями, на повышение физико-механических свойств сплавов.The claimed invention is aimed at creating a sustainable method for carburizing iron-carbon alloys with nanostructured carburizers, at increasing the physicomechanical properties of alloys.
Для решения поставленной задачи в способе науглероживания чугуна с использованием наноструктурированного науглероживателя, включающем выплавку исходного чугуна, инжекционный ввод науглероживателя и выпуск расплава, при выплавке исходного расплава чугуна в электродуговых, индукционных печах им в газовых вагранках с копильником осуществляют перегрев расплава при температуре выше температуры ликвидуса на 10…400°С и используют науглероживатель с расположенными на его поверхности наноструктурированными частицами графита с размером 0,00001…0,01 мкм и в количестве 0,0001-0,01%, обеспечивающем образование заданной концентрации центров зарождения графитной фазы.To solve the problem in a method for carburizing cast iron using a nanostructured carburizer, including smelting the cast iron, injection of the carburizer and the release of the melt, smelting the initial molten iron in electric arc induction furnaces in gas cupolas with a piggy bank melt overheats at a temperature above the liquidus temperature above 10 ... 400 ° C and use a carburizer with nanostructured graphite particles located on its surface with a size of 0.00 001 ... 0.01 μm and in an amount of 0.0001-0.01%, ensuring the formation of a given concentration of centers of nucleation of the graphite phase.
Способ науглероживания железоуглеродистых сплавов основан на применении наноструктурированного науглероживателя и состоит из следующих операций.The method of carburization of iron-carbon alloys is based on the use of a nanostructured carburizer and consists of the following operations.
1. Выплавка исходного расплава в электродуговых, индукционных печах и в газовых вагранках с копильником.1. Smelting of the initial melt in electric arc, induction furnaces and gas cupolas with a piggy bank.
2. Перегрев при температуре выше температуры ликвидуса на 10…400°С.2. Overheating at a temperature above the liquidus temperature by 10 ... 400 ° C.
3. Инжекционный ввод наноструктурированного науглероживателя с расположенными на его поверхности наноструктурированными частицами графита с размером 0,00001…0,01 мкм и в количестве 0,0001-0,01%.3. Injection input of a nanostructured carburizer with nanostructured graphite particles located on its surface with a size of 0.00001 ... 0.01 μm and in an amount of 0.0001-0.01%.
4. Последующий выпуск металла.4. Subsequent release of metal.
После данных операций следует перелив в печь выдержки, доводка по температуре и химическому составу, выпуск металла в разливочный ковш и заливка металла в литейные формы.After these operations, an exposure is transferred to the oven, fine-tuning by temperature and chemical composition, release of metal into the casting ladle, and pouring metal into casting molds.
Перегрев сплава ниже 10°С над линией ликвидус не позволяет обеспечивать при вводе науглероживателя гомогенность жидкого состояния расплава, что снижает эффективность науглероживания.Overheating of the alloy below 10 ° C above the liquidus line does not allow for the homogeneity of the liquid state of the melt when the carburizer is introduced, which reduces the carburization efficiency.
Перегрев сплава выше 400°С над линией ликвидус повышает угар науглероживателя и снижает эффективность процесса.Overheating of the alloy above 400 ° C over the liquidus line increases the carbon monoxide burn and reduces the efficiency of the process.
Введение в железоуглеродистый сплав наноструктурированных частиц в количестве 0,0001-0,01 % обеспечивает стабильное усвоение углерода.The introduction of nanostructured particles into the iron-carbon alloy in an amount of 0.0001-0.01% ensures stable assimilation of carbon.
Введение наноструктурированных частиц науглероживателя в количестве, меньшем, чем 0,0001% не обеспечивает возможность образования требуемого количества центров зарождения графитной фазы, тем самым эффект науглероживания железоуглеродистого сплава является недостаточным.The introduction of nanostructured carburizer particles in an amount less than 0.0001% does not provide the possibility of the formation of the required number of centers of nucleation of the graphite phase, thereby the effect of carbonization of the iron-carbon alloy is insufficient.
Введение наноструктурированных частиц науглероживателя в количестве, большем, чем 0,01% вызывает избыточную концентрацию графитной фазы в железоуглеродистом сплаве, что отрицательно влияет на технологические свойства (жидкотекучесть), физико-механические свойства (твердость, предел прочности при растяжении).The introduction of nanostructured carburizer particles in an amount greater than 0.01% causes an excessive concentration of the graphite phase in the iron-carbon alloy, which negatively affects the technological properties (fluidity), physical and mechanical properties (hardness, tensile strength).
Наночастицы с размером до 0,00001 мкм не оказывают значительного усиления графитизирующего эффекта в чугунах и наблюдается образование недостаточного количества центров зарождения графитной фазы. Наночастицы размером более 0,01 мкм выходят за границы наночастиц и свыше этого размера графитизирующий эффект снижается и не происходит увеличения образования центров зарождения графитной фазы.Nanoparticles with sizes up to 0.00001 μm do not significantly increase the graphitizing effect in cast irons and the formation of an insufficient number of nucleation centers of the graphite phase is observed. Nanoparticles larger than 0.01 μm extend beyond the boundaries of the nanoparticles and over this size the graphitizing effect is reduced and there is no increase in the formation of centers of nucleation of the graphite phase.
Механизм действия наноструктурированного науглероживателя заключается в том, что при попадании частицы науглероживателя в расплав чугуна наноструктурированные элементы под действием термических напряжений отделяются от поверхности науглероживателя, и формируют зародыш графитного включения в жидком металле. При этом имеет место существование кластерного механизма зарождения и роста мелких кристаллов графита из расплава. Основа этого механизма заключается в бикластерных реакциях при кристаллизации:The mechanism of action of a nanostructured carburizer is that when a particle of a carburizer enters a molten iron, the nanostructured elements are separated from the surface of the carburizer by thermal stresses and form a nucleus of graphite inclusion in a liquid metal. In this case, there is a cluster mechanism of nucleation and growth of small graphite crystals from the melt. The basis of this mechanism is bicluster reactions during crystallization:
гдеWhere
αn - кластер в составе жидкой фазы;α n is a cluster in the liquid phase;
2αn - элементарный кристалл, полученный при срастании двух кластеров;2α n is an elementary crystal obtained by the fusion of two clusters;
iαn - кристалл срастания;iα n is an intergrowth crystal;
i - количество кластеров.i is the number of clusters.
Механизм роста кристаллов за счет присоединения мелких кристаллов к более крупным кристаллам характерен для условий медленного роста при наличии малого переохлаждения и твердожидкой зоны в отливках, что наиболее характерно для сплавов, кристаллизующихся в условиях массового зарождения центров кристаллизации, именно конкурентный механизм роста отвечает за их срастание и укрупнение первичной кристаллической структуры отливок.The crystal growth mechanism due to the attachment of small crystals to larger crystals is characteristic of slow growth conditions in the presence of small supercooling and a solid-liquid zone in castings, which is most typical for alloys crystallizing under conditions of mass nucleation of crystallization centers, it is the competitive growth mechanism that is responsible for their intergrowth and enlargement of the primary crystalline structure of castings.
Сбалансированное количество наноструктурированных частиц приводит к формированию равномерной структуры железоуглеродистого сплава (графитная фаза + металлическая матрица), что обеспечивает условия достижения высоких физико-механических свойств в чугуне.A balanced amount of nanostructured particles leads to the formation of a uniform structure of the iron-carbon alloy (graphite phase + metal matrix), which provides the conditions for achieving high physical and mechanical properties in cast iron.
Предлагаемый способ науглероживания обеспечивает высокую степень усвоения углерода в сплаве в широком диапазоне температур (1350-1650°С) и позволяет устойчиво достигать длительность эффекта науглероживания (свыше двух часов).The proposed method of carburization provides a high degree of assimilation of carbon in the alloy in a wide temperature range (1350-1650 ° C) and allows you to stably achieve the duration of the carburization effect (over two hours).
При этом процессе отсутствует пироэффект и возгонка мелкодисперсных частиц науглероживателя над зеркалом металла, что улучшает экологические условия науглероживания железоуглеродистого сплава.In this process, the pyroeffect and sublimation of finely dispersed particles of the carburizer above the metal mirror are absent, which improves the environmental conditions of carburization of the iron-carbon alloy.
Предлагаемый способ науглероживания чугуна с использованием наноструктурированного науглероживателя подвергался сравнительным испытаниям с известным способом (патент RU 2196187) на основе исходных расплавов приготовленных в электродуговой, индукционной печах, а также в газовой вагранке с копильником.The proposed method for carburizing cast iron using a nanostructured carburizer was subjected to comparative tests with the known method (patent RU 2196187) based on the initial melts prepared in electric arc, induction furnaces, as well as in a gas cupola with a piggy bank.
Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 1.The results of comparative tests are shown in table 1.
Приведенные результаты сравнительных испытаний показывают, что заявляемый способ науглероживания позволяет более эффективно проводить технологическое повышение содержания углерода, увеличивать время сохранения эффекта науглероживания, что особенно важно при производстве высококачественных отливок без дополнительных операций - обработке сплава давлением, принудительному охлаждению (чтобы обеспечить повышенную скорость кристаллизации), а также предлагаемый способ обеспечивает экологическую применимость процесса без пыли и графитовой взвеси в воздухе рабочей зоны.The results of comparative tests show that the inventive method of carburization allows for more efficient technological increase in carbon content, to increase the retention time of the carburization effect, which is especially important in the production of high-quality castings without additional operations - pressure alloy processing, forced cooling (to provide an increased crystallization rate), and also the proposed method ensures the environmental applicability of the process without dust and grap suspended suspension in the air of the working area.
Заявляемый способ науглероживания чугуна с использованием наноструктурированного науглероживателяThe inventive method of carburizing cast iron using a nanostructured carburizer
- обеспечивает получение чугуна с высокими физико-механическими свойствами (предел прочности при растяжении, относительное удлиннение) за счет высокой степени науглероживания;- provides cast iron with high physical and mechanical properties (tensile strength, relative elongation) due to the high degree of carburization;
- является устойчивым благодаря длительному эффекту сохранения степени науглероживания и отсутствием пироэффекта;- it is stable due to the long-term effect of maintaining the degree of carburization and the absence of pyroeffect;
- не предполагает дополнительной обработки давлением, поскольку не требуется регламентации управления скоростью охлаждения и последующей кристаллизации железоуглеродистого сплава;- does not involve additional pressure treatment, since no regulation is required to control the cooling rate and subsequent crystallization of the iron-carbon alloy;
- улучшает экологические условия процесса науглероживания.- improves the environmental conditions of the carburization process.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011141402/02A RU2494152C2 (en) | 2011-10-12 | 2011-10-12 | Method of iron carbonisation by means of nano-structured carboniser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011141402/02A RU2494152C2 (en) | 2011-10-12 | 2011-10-12 | Method of iron carbonisation by means of nano-structured carboniser |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011141402A RU2011141402A (en) | 2013-04-20 |
RU2494152C2 true RU2494152C2 (en) | 2013-09-27 |
Family
ID=49151875
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011141402/02A RU2494152C2 (en) | 2011-10-12 | 2011-10-12 | Method of iron carbonisation by means of nano-structured carboniser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2494152C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58196148A (en) * | 1982-05-11 | 1983-11-15 | Nippon Steel Corp | Horizontal and continuous casting method |
EP0751232A1 (en) * | 1994-02-24 | 1997-01-02 | Nippon Steel Corporation | Steel material containing fine graphite particles uniformly dispersed therein and having excellent cold workability, machinability and hardenability, and method of manufacturing the same |
RU2191832C1 (en) * | 2001-04-13 | 2002-10-27 | Пензенский государственный университет | Method of cast iron recarburization |
RU2196187C1 (en) * | 2001-04-24 | 2003-01-10 | Дорофеев Генрих Алексеевич | Method of producing alloy with free and fixed carbon |
-
2011
- 2011-10-12 RU RU2011141402/02A patent/RU2494152C2/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58196148A (en) * | 1982-05-11 | 1983-11-15 | Nippon Steel Corp | Horizontal and continuous casting method |
EP0751232A1 (en) * | 1994-02-24 | 1997-01-02 | Nippon Steel Corporation | Steel material containing fine graphite particles uniformly dispersed therein and having excellent cold workability, machinability and hardenability, and method of manufacturing the same |
RU2191832C1 (en) * | 2001-04-13 | 2002-10-27 | Пензенский государственный университет | Method of cast iron recarburization |
RU2196187C1 (en) * | 2001-04-24 | 2003-01-10 | Дорофеев Генрих Алексеевич | Method of producing alloy with free and fixed carbon |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011141402A (en) | 2013-04-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Jain et al. | Refinement of primary carbides in hypereutectic high-chromium cast irons: a review | |
CN103361524B (en) | Composite modification method for hypereutectic aluminum-silicon alloy | |
Edalati et al. | Influence of SiC and FeSi addition on the characteristics of gray cast iron melts poured at different temperatures | |
Venkateswarlu et al. | Effect of hot rolling and heat treatment of Al–5Ti–1B master alloy on the grain refining efficiency of aluminium | |
Riposan et al. | Enhanced quality in electric melt grey cast irons | |
CN102337452B (en) | Low-alloy heat-resisting cast iron and preparation method thereof | |
CN104862450A (en) | Method for enabling nano molten iron purifying modifier to be used in austenite ductile cast iron wear-resistant casting | |
CN103911534B (en) | A kind of magnesium-rare earth and preparation method thereof | |
RU2494152C2 (en) | Method of iron carbonisation by means of nano-structured carboniser | |
CN107083515B (en) | A kind of method of smelting of producing nodular iron castings | |
CN104651721B (en) | Alloy steel for bucket teeth and preparation method of bucket teeth | |
CN114351039A (en) | Vermicular graphite cast iron glass mold and preparation method thereof | |
CN107447158A (en) | The preparation method of high alloy black vermicular cast iron glass mold material | |
Darmawan et al. | Effect of magnesium on the strength, stiffness and toughness of nodular cast iron | |
US9033023B2 (en) | Copper alloy and copper alloy manufacturing method | |
RU2374349C1 (en) | Method of smelting of vanadium-bearing alloys | |
CN101633033B (en) | Casting method of thick and large castings | |
RU2347836C1 (en) | Method of alloy production on base of nickel and magnesium | |
CN109457170A (en) | A kind of long-acting inovulant of molten iron and preparation method thereof | |
RU2495133C2 (en) | Production method of high-strength cast-irons with ball-shaped or compacted graphite based on nanostructured recarburising agent | |
RU2315815C1 (en) | Method for producing of vermiculate graphite cast-iron | |
RU2631930C1 (en) | Modifier | |
TWI825639B (en) | Ferrosilicon vanadium and/or niobium alloy, production of a ferrosilicon vanadium and/or niobium alloy, and the use thereof | |
RU2588965C1 (en) | Method for modification of cast iron | |
SU1296621A1 (en) | Cast iron |