Claims (2)
Изобретение относитс к металлургии и мо жет быть использовано в литейном производстве при изготовлении чугуна с шаровидным графитом. Наиболее близким к изобретению по технической сущности вл етс способ модифициров ни жидкого чугуна магнием, который осущест вл етс путем установки ковша в камеру - автоклав, создани в автоклаве давлени сжатым воздухом, повышающим упругость насыщающих паров магни , ввода магни на поверхность металла и перемешивани чугуна специальным устройством 1. Однако магний, введенный на поверхность жидкого чугунка, расплавл етс и растекаетс по зеркалу металла. В результате создаетс больша поверхность контакта жидкого магни с воздухом, наход щимс в автоклаве. Данна йоверхность еще больше увеличиваетс в процессе перемешивани чугуна с магнием. Кроме того, воздух в автоклаве находитс в сжатом сост тоии под давлением 6 ати и поэтому кислорода в нем на единицу объема больше. Все это создае предпосылки дл значительного угара магни при модифицировании. Целью изобретени вл етс уменьшение угара магни и снижение его расхода. Поставленна цель достигаетс тем, чю согласно способу модифицировани чугуна под давлением, включающему установку ковща с жидким чугуном в камеру автоклав, подачу воздуха под давлением, ввод магни на поверхность металла и его перемешивание, разгерметизацию и выпуск воздуха, использованный в автоклаве воздух с частично или полностью удаленным кислородом перекачивают из автоклава в отдельную емкость, откуда его затем ввод т в камеру - автоклав дл , создани давлени при последующем модифицировании . Отработанный сжатый воздух в автоклаве не сбрасывают в атмсоферу, а перекачивают в специальную герметичную емкость, в которой он накапливаетс до модифкиирова1т очередных порций чугуна. В ходе последующего модифицировани воздух из емкости-накопител передают в автоклав компрессором, либо под 39 действием избыточного давлени в емкости. Подачу воздуха в автоклав прекращают по достижении в нем заданного давлени . Затем на поверхность чугуна ввод т магний и производ т перемешивание чугуна. Поскольку при входе магни в чугун происходит его взш имодействие с воздухом, последний обедн етс кислородом. При многократном использовании одного и того же объема воздуха, кисЛород, вход щий в его состав, переходит всв занно состо ние; в окись магни и модифицирование происходит в защитной атмосфере азота. Дл оденки степени удалени кислорода из за данного объема воздуха при его многократнол использовании выполнен расчет дл автоклава КМ-The invention relates to metallurgy and can be used in the foundry industry in the manufacture of nodular cast iron. The closest to the invention to the technical essence is the method of modifying liquid iron with magnesium, which is carried out by installing a bucket into the chamber - an autoclave, creating pressure in the autoclave with compressed air, increasing the elasticity of saturating magnesium vapor, introducing magnesium onto the metal surface and mixing the iron with special device 1. However, the magnesium introduced onto the surface of the molten iron melts and spreads over the metal mirror. As a result, a large contact surface of the liquid magnesium with the air in the autoclave is created. This surface is further increased during the process of mixing pig iron with magnesium. In addition, the air in the autoclave is in a compressed state under a pressure of 6 MPa and, therefore, there is more oxygen per unit volume. All this creates the prerequisites for significant magnesium loss during modification. The aim of the invention is to reduce magnesium loss and reduce its consumption. The goal is achieved by the method according to the method of modifying cast iron under pressure, including the installation of a scoop with liquid iron in the chamber of an autoclave, air supply under pressure, injection of magnesium onto the metal surface and its mixing, depressurization and exhaust of air used in the autoclave with partially or completely the removed oxygen is pumped from the autoclave to a separate tank, from where it is then introduced into the autoclave chamber to create pressure during the subsequent modification. The exhausted compressed air in the autoclave is not dumped into the atmosphere, but transferred to a special hermetic tank in which it accumulates to modify the next portions of the iron. In the course of subsequent modification, the air from the storage tank is transferred to the autoclave by the compressor, or under the action of excess pressure in the tank. The air supply to the autoclave is stopped when it reaches a predetermined pressure. Magnesium is then introduced onto the surface of the iron and the iron is mixed. Since when magnesium enters the cast iron, its interaction with air occurs, the latter is depleted of oxygen. With repeated use of the same volume of air, oxygen, which is included in its composition, passes into the associated state; The magnesium oxide and the modification takes place in a protective atmosphere of nitrogen. For the odka of the degree of oxygen removal from a given volume of air with its repeated use, the calculation for the autoclave KM-
2. Расчет расхода магни при модифюифовани в атмосфере возд5гха (1-ое модифицирование) Исходные данные дл расчета: Масса жидкого металла в ковше, кг Исходна концентраци серы в металле, вес.% Остаточна концентраци серы в металле, вес.% Остаточна концентраци магни , вес.% Объем воздуха в автоклаве 3,5 (масса при 6 ати , м воздуха 4,5 Масса кислорода в воздухе пои 6 ати, кг 0,9 (воздух в из атмосфер Количество введенного магни (0,20%), кг1,8 Статьи расхода магни в чугуне при модифицировании. Расход магни на св зь с серой. На основании практического опыта получени высокопрочного чугуна установлено, что при исходной концентрации серы 0,04-0505% на св зь с магнием уходит 0,02-0,03%. В соответствии со стехиометрическйм соотношением компонентов по реакции образовани MgSMg + S MgS на 35 г серы расходуетс 24 г магни . На св зь 240 г серы (0,03% S в чугуне) в сульфид магни израсходуетс 140 г мапад Остаточное количество магни в чугуне 0,06 вес.% (480 г). Расход магни на взаимодействие с кислородом воздуха в автоклаве проведен, исход из стехиометрического соотношени компоне тов по реакции:. . Мд + уОг МдО, откуда следует, что на каждые 16 г кислорода расходуетс 24 г магни . Поскольку при первом модифицировании в воздухе 900 г кислорода, то дл св зи зтого количества требуетс 1440 г магни . Таким образом, при модифицировании чугуна (800 кг) в атмосфере воздуха расход магни должен составл ть 140 г + 480 г + 1440 2,06 кг, Ввод .агни в меньшем количестве приводит , либо к пониженной концентрации остаточного магни в чугуне и к повышенному содержанию кислорода и серы в чугуне. Так как оба указанных фактора нежелательны, расход магни должен быть выше 1,8 кг. Расчет расхода магни при модифицировании чугуна в атмосфере однократно использованного воздуха в автоклаве. При повторном использовании воздуха расход магни составл ет 140 г на взаимодействие с серой; 480 г остаточное соединение и -lyryне; 180 г на взаимодействие с остатком KDCлорода (120 г) (итого 800 г). Таким образом из приведенных расчетов следует, что уже после одного повторного использовани воздуха в автоклаве, расход магни может быть сокращен на 1,8 кг - 0,8 кг : 1 кг, т. е. более чем на 50%. Способ осуществл ют следующим образом. Выплавку чугуна осуществл ют в индукционной печи ИСТ-1 с кислой кварцевой футеровкой емкостью 1 т. Модифицирование производ т в автоклаве КМ-1 с объемом, занимаемым воздухом при атмосферном давлении 0,17 м. При давлении 6 ати зто соответствует 0,17 X 7 - 1,19 м В качетсве резервуара дл отобранного воздуха используют автоклав КМ-1 без футеровки. Это обеспечивает четырехкратное превышение объема воздутса в резервуаре (автоклав КМ-1) над свободным объемом, занимаемым воздухом при модифицировании в автоклаве КМ-1. Свободный объем воздуха в автоклаве КМ-1,используемом в качестве резервуара, 0,82 м. При давлении 2 ати объем воздуха в автоклаве 1,64 м, при 3 ати 2,46 м . Подачу воздуха в системе автоклав-резервуар осуществл ют компрессором. Чугун (Модифицируют; в ковше емкостью 250 кг. Дл оценки зффективности предлагаемого способа модифицировани провод т две серии опытов: с обработкой чугуна магнием в среде атмосферного воздуха и воздуха после многократного обращени в системе автоклаврезервуар при расходе магни 0,12% (300 г) и 0,20% (500 г). Во всех случа х химический -состав исходного чугуна находитс в пределах, вес.%: углерод 3,47-3,52; кремний 2,16-2,19; мар59 ганец 0,54-0,59; фосфор 0,016-0,018; сера 0,04-0,05. .Пор док проведени опытов с использованием указанных способов модифицировани по известному способу следующий. После заливки металла в ковш последний взвешивают ручным ковшом, довод т вес до 250 кг и устанавливают ковш с чугуном заданного веса в автоклав, на мешалку уклады вают заданную навеску магни , закрывают автоклав, включают компрессор и подают воздух . Поднимают давление до достижени 6 ати Затем мешалку с магнием погружают в чугун и производ т его перемешивание. Врем перемешивани 55-65 с. После перемешивани воздух из автоклава выпускают и компрессором подают в предварительно вакуумированны : второй автоклав, служивший резервуаром. Таким образом, после серии опытов с многократным использованием воздуха при модифицировании чугуна в резервуаре накоплено 2,4 м воздуха. При проведении модифицировани с много . кратным использованием воздуха дл создани избыточного давлени в автоклаве первоначально используют предварительно накопленный воздух в автоклав-камере от первой серии опытов, затем используют воздух, который многократно используетс во второй серии. Дл анализов модифицированного металла отливают специальные образцы. Из первой серии при вводе магни 0,12%, из второй при вводе тех же количеств магни при многократном использовании воздуха. Об зффективности предлагаемого способа суд т но расходу и остаточному содержанию магни в чугуне при вводе 0,12 и 0,20%. Остаточное содержание магни определ ют методом спектрального анализа. В результате проведенных опытов установлено , что дл модифицированного чугуна в атмосфере воздуха одноразового использовани 1 рстаточное содержание при вводе магни 0,12 и 0,20 % составл ет соответственно 0,023 и 0,041%. При модифицировании в атмосфере Ьоздуха трехкратного использовани остаточное содержание магни в чугуне ссютветствешш 0,056 и 0,078%. Таким образом, установлено, что предлагаемый способ обеспечивает остаточное содержание магни в обоих случа х, которое npeBbuuaet обычно требуемое по технологии (0,04 0 ,06 вес.%). Это позвол ет утверждать, что в услови х многократного использовани воздуха при модифицировании дл получени указашюго остаточного содержани магни в чугуне его расход может быть уменьшен по сравнешпо с установленными нормами на 30-50%, а усвоение повышено на 25-40%. По предварительным расчетам ожидаемый зкономический эффект составл ет не ниже одного рубл на 1 т обрабатываемого чугуна. Формула изобретени Способ модифицировани чугуна магнием под давлением, включающий установку ковша с жидким чугуном в камеру-ёвтоклав, подачу воздуха под давлением, ввод магни на поверхность металла и его перемешивание, разгерметизацию и выпуск воздуха, отличающийс тем, что, с целью уменьшени угара магни и уменьшени его расхода, использо ванньш в автоклаве воздух с частично или полностью удаленным кислородом перекачивают из автоклава в отдельную емкость, откуда его затем ввод т в камеру-автоклав дл создани давлени при последующем модифицировании. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Справочник по чугунному литью. М., Машиностроение, М, 1978, с. 210-251.2. Calculation of the consumption of magnesium in airflow modifying (1st modification) Initial data for calculation: Mass of liquid metal in the ladle, kg Initial concentration of sulfur in metal, wt.% Residual concentration of sulfur in metal, wt.% Residual magnesium, wt.% The volume of air in the autoclave is 3.5 (weight at 6 MPa, m of air 4.5 Mass of oxygen in the air Poi 6 MPa, kg 0.9 (air in from atmospheres Number of injected magnesium (0.20%), kg1, 8 Articles of magnesium consumption in the pig iron when modifying. Magnesium consumption for communication with sulfur. Based on practical It has been established that high-strength cast iron is produced at an initial sulfur concentration of 0.04-0505%, which takes 0.02-0.03% in contact with magnesium. In accordance with the stoichiometric ratio of the components of the MgSMg + S MgS formation reaction, 35 g of sulfur is consumed 24 grams of magnesium. About 240 grams of sulfur (0.03% S in iron) in magnesium sulfide consumed 140 grams of mapad. The residual amount of magnesium in the iron is 0.06% by weight (480 grams). The consumption of magnesium for interaction with air oxygen in the autoclave was carried out based on the stoichiometric ratio of the components of the reaction :. . MD + yOg MDO, from which it follows that 24 g of magnesium is consumed for every 16 g of oxygen. Since during the first modification in air 900 g of oxygen, 1440 g of magnesium is required for the associated amount. Thus, when modifying cast iron (800 kg) in an atmosphere of air, the consumption of magnesium should be 140 g + 480 g + 1440 2.06 kg. Entering in smaller quantities results in either a reduced concentration of residual magnesium in the cast iron and an increased content oxygen and sulfur in cast iron. Since both of these factors are undesirable, magnesium consumption should be above 1.8 kg. The calculation of the consumption of magnesium in the modification of iron in the atmosphere once the used air in the autoclave. When air is reused, magnesium consumption is 140 g per interaction with sulfur; 480 g residual compound and -lyry; 180 g per interaction with the rest of the KDC (120 g) (total 800 g). Thus, it follows from the above calculations that after one reuse of air in an autoclave, the consumption of magnesium can be reduced by 1.8 kg - 0.8 kg: 1 kg, i.e. more than 50%. The method is carried out as follows. The iron smelting is carried out in an IST-1 induction furnace with an acid quartz lining with a capacity of 1 ton. The modification is carried out in an autoclave KM-1 with a volume occupied by air at an atmospheric pressure of 0.17 m. - 1.19 m. The KM-1 autoclave without lining is used as the tank for the selected air. This ensures a fourfold excess of the air volume in the tank (autoclave KM-1) over the free volume occupied by air when modifying the autoclave KM-1. The free air volume in the autoclave KM-1, used as a reservoir, is 0.82 m. With a pressure of 2 MPa, the volume of air in the autoclave is 1.64 m, with 3 MPU 2.46 m. The air in the autoclave-tank system is supplied by a compressor. Cast iron (Modify; in a 250 kg bucket. To evaluate the effectiveness of the proposed modification method, two series of experiments were carried out: with the treatment of cast iron with magnesium in atmospheric air and air after repeated treatment in the autoclave tank at a flow rate of 0.12% (300 g) and 0.20% (500 g). In all cases, the chemical composition of the starting iron is in the range, wt.%: Carbon 3.47-3.52, silicon 2.16-2.19, mar59 ganets 0.54- 0.59; phosphorus 0.016-0.018; sulfur 0.04-0.05. The order of experiments using these methods of modification according to the known This method is as follows. After the metal is poured into the bucket, the latter is weighed with a manual bucket, the weight is adjusted to 250 kg and the bucket with a cast iron of a given weight is installed in the autoclave, the specified hitch of magnesium is laid on the mixer, the autoclave is closed, the compressor is turned on and air is supplied. reaching 6 atm. Then the stirrer with magnesium is immersed in cast iron and is stirred. The mixing time is 55-65 s. After mixing, the air from the autoclave is released and the compressor is fed into the pre-evacuated: second autoclave, which served tank. Thus, after a series of experiments with repeated use of air, 2.4 m of air has been accumulated in the reservoir when modifying cast iron in the tank. When conducting a modification with a lot. multiple use of air to create overpressure in the autoclave initially uses pre-accumulated air in the autoclave chamber from the first series of experiments, then uses air that is reused in the second series. Special samples are cast for the analyzes of the modified metal. From the first series, with magnesium input, 0.12%; from the second series, with the introduction of the same quantities of magnesium with repeated use of air. The effectiveness of the proposed method is judged by the consumption and the residual magnesium content in the iron at the input of 0.12 and 0.20%. The residual magnesium content is determined by spectral analysis. As a result of the experiments carried out, it was established that for disposable cast iron in a single-use air atmosphere, the 1 residual content at the input of magnesium 0.12 and 0.20% is 0.023 and 0.041%, respectively. When modifying in the atmosphere of air three times of use, the residual magnesium content in the iron is 0.0656 and 0.078%. Thus, it has been established that the proposed method provides the residual magnesium content in both cases, which npeBbuuaet is usually required by the technology (0.04 0, 06 wt.%). This suggests that under the conditions of multiple use of air when modifying to obtain the indicated residual magnesium content in the iron, its consumption can be reduced by 30-50% compared with the established standards, and the absorption increased by 25-40%. According to preliminary calculations, the expected economic effect is not less than one ruble per 1 ton of processed iron. Claims The method of modifying pig iron with magnesium under pressure, includes installing a bucket with liquid iron in a twin chamber, supplying pressurized air, injecting magnesium onto the metal surface and mixing it, depressurizing it and releasing air, characterized in that reducing its consumption, using air in a autoclave, air with partially or completely removed oxygen is pumped from the autoclave to a separate container, from where it is then introduced into the autoclave chamber to create pressure at the last yuschem modification. Sources of information taken into account in the examination 1. Handbook of iron casting. M., Mechanical Engineering, M, 1978, p. 210-251.