RU2069704C1

RU2069704C1 - Modifier for spheroidizing treatment of cast iron

Info

Publication number: RU2069704C1
Application number: RU93048707A
Authority: RU
Inventors: Вадим Васильевич Шатов; Василий Тимофеевич Калинин; Владимир Иванович Комляков; Сергей Петрович Павлов
Original assignee: ТОО Компания "Средний Урал"
Priority date: 1993-10-21
Filing date: 1993-10-21
Publication date: 1996-11-27

Abstract

FIELD: foundry, in particular, production of high-strength spheroidal graphite cast iron. SUBSTANCE: modifier contains magnesium powder, magnesium nitride powder and magnesium silicide powder with particle size of 0.1-1.0 micron. Modifier components are used in the following ratio, % by weight: magnesium nitride 3-15; magnesium 5-20; magnesium silicide the balance. Modifier dispersed components are paraffin clad. EFFECT: increased efficiency and simplified composition. 3 cl

Description

Изобретение относится к литейному производству, в частности к ковшевому и внутриформенному модифицированию чугуна, и может быть использовано в литейных цехах при производстве высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. The invention relates to foundry, in particular to bucket and inside-mold modification of cast iron, and can be used in foundries in the production of high-strength nodular cast iron.

Известно применение в качестве модификатора для получения чугуна с шаровидным графитом порошкообразных модифицирующих добавок (авт. св. 986931, 1027261, 1320253, 1792999 все С 22 С 35/00; Литовка В.И. Повышение качества высокопрочного чугуна в отливках. Киев: Наукова думка, 1987). It is known that powdery modifying additives are used as a modifier for producing spheroidal cast iron (ed. St. 986931, 1027261, 1320253, 1792999 all С 22 С 35/00; Litovka V.I. Improving the quality of high-strength cast iron in castings. Kiev: Naukova Dumka , 1987).

Основными недостатками их применения являются быстрое окисление модификатора, низкое усвоение магния. The main disadvantages of their use are the rapid oxidation of the modifier, low absorption of magnesium.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является модифицирующая смесь (авт. св. 609769, С 21 С 1/00, 1978), содержащая, мас. The closest in technical essence and the achieved result to the proposed one is a modifying mixture (ed. St. 609769, C 21 C 1/00, 1978), containing, by weight.

Силикокальций 8 43
Нитрид магния 10 80
Хлористый магний 5 40
Металлический магний 1 5
Окись магния Остальное
Недостатком данной модифицирующей смеси является ее высокий расход для получения чугуна с шаровидным графитом (1 2,5 от массы жидкого чугуна) вследствие быстрой окисляемости основного компонента (10 80 мас.) смеси - нитрида магния и его угара при модифицировании (Горшков А.А. и др. Справочник по изготовлению отливок из высокопрочного чугуна. М.-К: Гостехиздат, 1961), а также коагуляции в процессе хранения и транспортировки. Кроме того, отсутствие графитизирующих компонентов приводит к низкой прочности модифицированного чугуна.Silicocalcium 8 43
Magnesium Nitride 10 80
Magnesium Chloride 5 40
Magnesium metal 1 5
Magnesium Oxide Else
The disadvantage of this modifying mixture is its high consumption for producing spheroidal graphite iron (1 2.5 by weight of molten iron) due to the rapid oxidation of the main component (10 80 wt.) Of the mixture - magnesium nitride and its fume during modification (A. Gorshkov and other Handbook for the manufacture of castings from ductile iron. M.-K: Gostekhizdat, 1961), as well as coagulation during storage and transportation. In addition, the absence of graphitizing components leads to low strength of the modified cast iron.

Цель изобретения снижение расхода модификатора, улучшения стабильности процесса модифицирования и санитарно-гигиенических условий труда, а также повышение прочности чугуна. Цель достигается тем, что разработанный модификатор содержит ультрадисперсные порошки магния, нитрида магния и силицида магния плазмохимического синтеза с размером частиц 0,1 1,0 мкм при следующем соотношении компонентов, мас. The purpose of the invention is to reduce the consumption of the modifier, to improve the stability of the modification process and the sanitary and hygienic working conditions, as well as to increase the strength of cast iron. The goal is achieved in that the developed modifier contains ultrafine powders of magnesium, magnesium nitride and magnesium silicide of plasma-chemical synthesis with a particle size of 0.1 to 1.0 μm in the following ratio of components, wt.

Нитрид магния 3 15
Магний 5 20
Силицид магния Остальное
Кроме того, ультрадисперсные компоненты модификатора плакируются смесью твердых углеводородов, преимущественно парафином.Magnesium Nitride 3 15
Magnesium 5 20
Magnesium Silicide Else
In addition, the ultrafine modifier components are clad with a mixture of solid hydrocarbons, mainly paraffin.

Плакирование осуществляется после плазмохимического синтеза непосредственно в установке для получения модификатора. Плакированные частицы модификатора не насыщаются влагой, при необходимости легко прессуются в брикеты, хорошо усваиваются расплавом, что улучшает стабильность процесса модифицирования и санитарно-гигиенические условия труда, не требуя затрат на экологические мероприятия. Поскольку при использовании предлагаемого модификатора исключается насыщение его влагой и кислородом нет необходимости сушить и нагревать его особенно перед обработкой больших масс чугуна, например, в вальцелитейном производстве. Cladding is carried out after plasma chemical synthesis directly in the installation to obtain a modifier. The clad particles of the modifier are not saturated with moisture, are easily pressed into briquettes if necessary, and are well absorbed by the melt, which improves the stability of the modification process and the sanitary and hygienic working conditions, without requiring environmental costs. Since the use of the proposed modifier eliminates saturation with moisture and oxygen, there is no need to dry and heat it, especially before processing large masses of cast iron, for example, in rolling mill production.

При введении модификатора в расплав образуется громадное количество микрообъемов металла с зародышами критического размера. В расплаве уже свыше 1200^oC силицид и нитрид магния разлагаются:

Выделяющийся в атомарном состоянии магний совместно с ультрадисперсным металлическим магнием способствует образованию шаровидного графита. Усиливает это действие, способствуя формированию мелкодисперсной матрицы, образующей в микрообъемах атомарный кремний, который препятствует образованию высокоуглеродистых хрупких фаз (цемента, карбидов), повышая прочность чугуна. Диффузионные процессы при этом значительно сокращаются, эффективность модифицирования резко увеличивается.When a modifier is introduced into the melt, an enormous amount of microvolumes of metal with critical size nuclei is formed. In the melt, already over 1200 ^o C, the silicide and magnesium nitride decompose:

Magnesium released in the atomic state together with ultrafine metallic magnesium promotes the formation of spherical graphite. It enhances this action, contributing to the formation of a finely dispersed matrix forming atomic silicon in microvolumes, which prevents the formation of highly carbon brittle phases (cement, carbides), increasing the strength of cast iron. At the same time, diffusion processes are significantly reduced, and the efficiency of modification sharply increases.

Предложенный модификатор прошел промышленное опробование на Кувшинском заводе прокатных валков Свердловской области при сфероидизирующей обработке валкового чугуна следующего состава C 3,47; Si 2,12; Mn 0,45; P 0,30; S 0,04; Cr 0,20; Ni 0,25. Использовали УДП-модификатор плазмохимического происхождения с размером частиц 0,05 1,5 мкм (

), полученный из отходов кремнийполимерных и титаномагниевых производств.The proposed modifier was industrially tested at the Kuvshinsky plant for rolling rolls in the Sverdlovsk region with spheroidizing treatment of roll cast iron of the following composition C 3.47; Si 2.12; Mn 0.45; P 0.30; S 0.04; Cr 0.20; Ni 0.25. A plasma-chemical origin UDP modifier with a particle size of 0.05-1.5 μm was used (

) obtained from the waste of silicon-polymer and titanomagnesium production.

Исходный чугун выплавляли в индукционной печи, разливали в ковши, на дно которых были уложены пакеты с модификатором в количестве от 0,1 до 0,3 от массы обрабатываемого чугуна. Из чугуна заливали стандартные технологические пробы для исследования структуры и механических свойств. Число центов кристаллизации графита определяли путем подсчета количества аустенито-графитовых зерен в 1 см² поверхности травленного микрошлифа (Справочник по чугунному литью. / под ред. Гиршовича Н.Г. М. Металлургиздат, 1971). Результаты экспериментов по обработке чугуна УДП-модификатором различной фракции и различного расхода приведены в таблице.The initial 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 from 0.1 to 0.3 by weight of the treated cast iron. Standard technological samples were poured from cast iron to study the structure and mechanical properties. The number of cents of crystallization of graphite was determined by counting the number of austenite-graphite grains in 1 cm ^{2 of the} surface of the etched microsection (Handbook on iron castings. / Edited by Girshovich N.G. Metallurgizdat, 1971). The results of experiments on the treatment of cast iron with a UDP modifier of various 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 8 10). The table shows that the optimal results were obtained with a fractional composition of the modifier in the range of 0.1 to 1.0 μm (compositions 8 10).

При размерах частиц модификатора менее 0,1 мкм часть их, имея диаметр меньше критического, растворяются в чугуне, не образуя центров кристаллизации, число последних падает /состав 7/. Кроме того, нижний (минимальный) размер фракции ограничен возможностями способа ее получения и снижением производительности установки. Уменьшается число центров кристаллизации графита и с увеличением фракции более 1,0 мкм (состав 11), графитные включения укрупняются и в обеих случаях падают прочностные свойства чугуна. When the particle size of the modifier is less than 0.1 μm, part of them, having a diameter less than critical, dissolves in cast iron without forming crystallization centers, the number of the latter falls / composition 7 /. 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 centers of crystallization of graphite decreases and with an increase in the fraction of more than 1.0 μm (composition 11), graphite inclusions become larger and in both cases the strength properties of cast iron decrease.

Из таблицы видно, что при снижении количества магния менее 5 нитрида магния менее 3 и расхода модификатора менее 0,15 (состав 2) число центров кристаллизации графита и прочность чугуна падает, графитные включения становятся нешаровидной формы. И наоборот, при увеличении магния свыше 20 и нитрида магния свыше 15 и расхода модификатора более 0,25 процесс становится бурным и наблюдаются выбросы. Кроме того, при этом увеличивается угар нитрида магния и его эффективность уменьшается. The table shows that when the amount of magnesium is reduced to less than 5, magnesium nitride is less than 3 and the modifier consumption is less than 0.15 (composition 2), the number of graphite crystallization centers and cast iron strength decreases, and graphite inclusions become non-spherical in shape. Conversely, with an increase in magnesium over 20 and magnesium nitride over 15 and a modifier consumption of over 0.25, the process becomes violent and emissions are observed. In addition, this increases the fumes of magnesium nitride and its effectiveness decreases.

Полученные высокие значения прочностных свойств чугуна при УДП-модифицировании достигаются при значительно более низкое расходе модификатора (0,15 0,25 против 1,0 у известного). The obtained high values of the strength properties of cast iron during UDP modification are achieved with a significantly lower modifier consumption (0.15 0.25 versus 1.0 for the known one).

Таким образом, обработка чугуна модификатором по сравнению с обработкой известным составом позволяет при более низком расходе повысить стабильность процесса, улучшить санитарно-гигиенические условия и получить более высокие прочностные свойства чугуна, что даст значительный экономический эффект. Thus, the treatment of cast iron with a modifier as compared with the treatment with a known composition allows for a lower flow rate to increase the stability of the process, improve sanitary conditions and obtain higher strength properties of cast iron, which will give a significant economic effect.

Claims

1. A modifier for spheroidizing treatment of cast iron containing magnesium nitride and magnesium, characterized in that it further comprises magnesium silicide in the following ratio of components, wt.

Magnesium Nitride 3 15
Magnesium 5 20
Magnesium Silicide Else
2. The modifier according to claim 1, characterized in that as its components it contains dispersed powders with a particle size of 0.1 to 1.0 μm.

3. The modifier according to claim 1, characterized in that the particles of the dispersed components are clad with paraffin.