RU2069702C1 - Modifier for pig-iron treatment - Google Patents

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy, pig-iron modification in ladle or in reforming in particular. SUBSTANCE: modifier has dispersed powder of silicon carbide produced by plasma chemical synthesis and plated with mixture of solid methane group hydrocarbons, mainly paraffin. EFFECT: improved quality of pig-iron treatment with the modifier. 2 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к ковшевому или внутриформенному модифицированию чугуна, и может быть использовано в литейном производстве. The invention relates to metallurgy, in particular to bucket or in-mold modification of cast iron, and can be used in foundry.

Известно применение в качестве модификатора, дисперсных тугоплавких соединений [1, 2]
Основными недостатками их применения являются плохое смачивание частиц расплавом, быстрое окисление модификатора, низкая модифицирующая способность.Known use as a modifier, dispersed refractory compounds [1, 2]
The main disadvantages of their application are poor wetting of the particles by the melt, rapid oxidation of the modifier, and low modifying ability.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является модификатор [3] содержащий, мас. The closest in technical essence and the achieved result to the proposed is a modifier [3] containing, by weight.

Порошок титана 25 35
Порошок алюминия 25 35
Порошок никеля 25 30
Порошок карбида кремния Остальное
Недостатком данного модификатора являются невысокие защитные функции титана и алюминия как протекторов, предохраняющих частицы ультрадисперсного порошка (УДП) карбида кремния от коагуляции окисления, снижающих потенциальную модифицирующую способность тонкодисперсных частиц карбида кремния. УДП с размером частиц менее 1,0 мкм обладают большой адсорбирующей способностью. Известно, что даже при спекании спрессованных из УДП брикетов в вакууме не удается избежать окисления частиц модификатора, что резко ухудшается смачивание их расплавом и соответственно снижает эффективность модифицирования.Titanium Powder 25 35
Aluminum powder 25 35
Nickel powder 25 30
Silicon Carbide Powder
The disadvantage of this modifier is the low protective function of titanium and aluminum as protectors that protect the particles of ultrafine powder (UFD) of silicon carbide from oxidation coagulation, which reduce the potential modifying ability of fine particles of silicon carbide. UDP with a particle size of less than 1.0 microns have a high adsorption capacity. It is known that even during sintering of briquettes pressed from UDP in vacuum, oxidation of the modifier particles cannot be avoided, which wetting by melt sharply worsens and, accordingly, reduces the efficiency of the modification.

Другим недостатком известного модификатора является невозможность обрабатывать им ваграночный чугун, температура выпуска которого, как правило, ниже 1350^o, в то время как ваграночный чугун широко применяется в настоящее время в литейном производстве.Another disadvantage of the known modifier is the inability to treat it with cupola iron, the temperature of which is usually lower than 1350 ^o , while cupola iron is widely used at present in foundry.

В основу настоящего изобретения поставлена задача снижения расхода модификатора и температуры усвоения его расплавом, а также повышения усталостной прочности чугуна путем применения плакированного смесью твердых углеводов, например, парафином, ультрадисперсного порошка карбида кремния плазмохимического синтеза с размером частиц 0,1-1,0 мкм. Плакирование частиц карбида кремния твердыми углеводородами метанового ряда осуществляется непосредственно в высокочастотной установке получения УДП после плазмохимического синтеза при оседании частиц в смеси с расплавленным парафином в инертной среде. Плакированные частицы карбида кремния лучше усваиваются расплавом, меньше расход модификатора и ниже температура его усвоения не только за счет устранения окисленности, но также за счет улучшения тепломассообмена способствует барботаж микрообъемов расплава, создаваемый продуктами разложения парафинового слоя УДП. Поскольку при использовании предлагаемого модификатора исключается насыщение его влагой и кислородом нет необходимости нагревать модификатор особенно перед обработкой больших, масс чугуна. The basis of the present invention is the task of reducing the consumption of the modifier and the temperature of assimilation of it by the melt, as well as increasing the fatigue strength of cast iron by applying a plasma-chemical synthesis ultrafine powder of silicon carbide plated with a mixture of solid carbohydrates, for example paraffin, with a particle size of 0.1-1.0 microns. Cladding of silicon carbide particles with solid methane hydrocarbons is carried out directly in a high-frequency unit for producing UDP after plasma-chemical synthesis by settling particles in a mixture with molten paraffin in an inert medium. Clad silicon carbide particles are better absorbed by the melt, the consumption of the modifier is lower and the temperature of its absorption is lower, not only due to elimination of oxidation, but also due to the improvement of heat and mass transfer, sparging of the microvolumes of the melt, created by the decomposition products of the paraffin layer of UDP. Since the use of the proposed modifier eliminates its saturation with moisture and oxygen, there is no need to heat the modifier especially before processing large, masses of cast iron.

Частицы карбида кремния плазмохимического происхождения обладают способностью после усвоения их расплавом и достижения ими в расплаве критического размера замедлять растворение в дальнейшем и в таком виде существовать определенное время (Бакли Г. Рост кристаллов.-М. "Иностранная литература, 1954, с. 33). Cледовательно, при введении предлагаемого модификатора в расплаве образуется громадное количество микрообъемов металла с зародышами критического размера, что облегчает графитизацию чугуна и препятствует образование твердых высокоуглеродистых фаз (цементита). Particles of silicon carbide of a plasma-chemical origin have the ability, after assimilation by the melt and reaching a critical size in the melt, to slow down further dissolution and exist for a certain period of time (Buckley G. Crystal Growth.-M. "Foreign Literature, 1954, p. 33). Consequently, with the introduction of the proposed modifier, a huge amount of microvolumes of metal with nuclei of critical size is formed in the melt, which facilitates graphitization of cast iron and prevents the formation of solid high-carbon distal phases (cementite).

Предложенный модификатор опробовали при обработке серого чугуна: 3,1-3,3% C; 1,8-2,0% Si; 0,4-0,5% Mn; 0,03 0,04% S; 0,1-0,2% P; 0,1-0,2% Cr. Использован плакированный карбид кремния плазмохимического происхождения с размером частиц 0,05-1,5 мкм (500-15000

) производства СКТБ ИНХ АН Латвии (г. Рига) и ИНХП АН России (г. Черноголовка Московской области). Исходный чугун выплавляли в индукционной печи, разливали в ковши, на дно которых были уложены пакеты с модификатором в количестве 0,01-0,1% от массы обрабатываемого металла. Из модифицированного чугуна заливали стандартные технологические пробы для исследования структуры и механических свойств чугуна. Число центров кристаллизации графита определяли путем подсчета количества аустенитно-графитных зерен в 1 см² поверхности травленного микрошлифа (Справочник по чугунному литью. /Под ред. Н.Г. Гиршовича -М. Металлургиздат, 1971). Результаты экспериментов обработке чугуна УДП модификатором различной фракции и различного расхода приведены в таблице.The proposed modifier was tested during the processing of gray cast iron: 3.1-3.3% C; 1.8-2.0% Si; 0.4-0.5% Mn; 0.03 0.04% S; 0.1-0.2% P; 0.1-0.2% Cr. Clad silicon carbide of a plasma-chemical origin with a particle size of 0.05-1.5 microns (500-15000

) production of SKTB INKh AN of Latvia (Riga) and INHP AN of Russia (Chernogolovka, Moscow Region). The source cast iron was smelted in an induction furnace, poured into ladles, on the bottom of which packages with a modifier were laid in an amount of 0.01-0.1% by weight of the metal being processed. From modified cast iron, standard technological samples were poured to study the structure and mechanical properties of cast iron. The number of graphite crystallization centers was determined by counting the number of austenitic-graphite grains in 1 cm ^{2 of the} surface of the etched microsection (Handbook on iron castings. / Ed. By N.G. Girshovich-M. Metallurgizdat, 1971). The experimental results of the treatment of cast iron by UDP with a modifier of different fractions and different flow rates are given in the table.

Из таблицы видно, что оптимальные результаты получены при фракционном составе модификатора в пределах 0,1-1,0 мкм (составы NN 3-5). The table shows that the optimal results were obtained with a fractional composition of the modifier in the range of 0.1-1.0 μm (compositions NN 3-5).

При размерах частиц карбида кремния менее 0,1 мкм часть их, имея диаметр меньше критического размера, растворяется в чугуне, не образуя центров кристаллизации графита и число последних падает (состав N 2). Кроме того, нижний (минимальный) размер фракции ограничен возможностями способа ее получения и снижением производительности установки. Уменьшается число центров кристаллизации графита и с увеличением фракции SiC более 1,0 мкм. Графитные включения огрубляются и в обеих случаях падает усталостная прочность. When the particle size of silicon carbide is less than 0.1 μm, part of them, having a diameter less than the critical size, dissolves in cast iron without forming graphite crystallization centers and the number of the latter decreases (composition N 2). In addition, the lower (minimum) size of the fraction is limited by the possibilities of the method for its production and the decrease in the productivity of the installation. The number of graphite crystallization centers also decreases with an increase in the SiC fraction of more than 1.0 μm. Graphite inclusions coarsen and in both cases fatigue strength decreases.

Применение плакированного УДП карбида кремния значительно снижает температуру усвоения модификатора (с 1380^oC до 1290-1300^oC), что позволяет обрабатывать ваграночный чугун.The use of clad UDP carbon dioxide significantly reduces the temperature of the assimilation of the modifier (from 1380 ^o C to 1290-1300 ^o C), which allows you to process cupola iron.

Полученные высокие усталостной прочности результаты достигаются при более низком расходе модификатора (0,01-0,1% против 0,2% у известного). The obtained high fatigue strength results are achieved with a lower consumption of modifier (0.01-0.1% versus 0.2% for the known).

Таким образом, обработанный предлагаемым модификатором серый чугун по сравнению с чугуном, обработанным известным модификатором, имеет более низкую температуру усвоения и более высокую (в 1,6 раза) усталостную прочность при меньшем расходе модификатора. Thus, the gray cast iron treated with the proposed modifier, compared with cast iron treated with the known modifier, has a lower absorption temperature and a higher (1.6 times) fatigue strength with a lower consumption of modifier.

Обработка предложенным модификатором выплавленного чугуна позволяет внепечным способом переводить его в более высокую марку, а также повысить эксплуатационные показатели отлитого металлургического и машиностроительного оборудования (прокатные валки, штампы, изложницы, станины и т.д.), что даст значительный экономический эффект. Processing the proposed modifier of smelted pig iron allows the non-furnace method to transfer it to a higher grade, as well as to increase the operational performance of cast metallurgical and engineering equipment (rolling rolls, dies, molds, beds, etc.), which will give a significant economic effect.

Claims (2)

1. Модификатор для обработки чугуна, содержащий дисперсный порошок карбида кремния, отличающийся тем, что он содержит дисперсный порошок карбида кремния, полученный плазмохимическим синтезом, плакированный твердыми углеводородами метанового ряда. 1. A modifier for processing cast iron containing dispersed silicon carbide powder, characterized in that it contains dispersed silicon carbide powder obtained by plasma chemical synthesis, clad with solid methane hydrocarbons. 2. Модификатор по п.1, отличающийся тем, что он содержит дисперсный порошок карбида кремния, полученный плазмохимическим синтезом, плакированный парафином. 2. The modifier according to claim 1, characterized in that it contains a dispersed powder of silicon carbide obtained by plasma-chemical synthesis, clad with paraffin.

Images