RU2458995C1 - Cast-iron melt processing method - Google Patents
Cast-iron melt processing method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2458995C1 RU2458995C1 RU2011109010/02A RU2011109010A RU2458995C1 RU 2458995 C1 RU2458995 C1 RU 2458995C1 RU 2011109010/02 A RU2011109010/02 A RU 2011109010/02A RU 2011109010 A RU2011109010 A RU 2011109010A RU 2458995 C1 RU2458995 C1 RU 2458995C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- iron
- melt
- cast
- cast iron
- melting
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии и может использоваться для повышения свойств чугунных отливок.The invention relates to the field of metallurgy and can be used to improve the properties of cast iron castings.
Известны способы обработки расплава чугуна, включающие расплавление шихтовых материалов и введение в полученный жидкий чугун азот- и водородсодержащих компонентов продувкой азотом или совместной продувкой азотом и водяным паром [патент РФ №2130081] с целью повышения свойств чугуна.Known methods for treating cast iron melt, including the melting of charge materials and introducing nitrogen and hydrogen-containing components into the resulting molten iron, by blowing with nitrogen or by blowing together with nitrogen and steam [RF patent No. 2130081] in order to improve the properties of cast iron.
За прототип выбран способ легирования чугуна азотом, включающий расплавление чугуна в индукционной печи, перегрев расплава чугуна до 1360°C, обработку расплава чугуна карбамидом, с предварительным нагревом карбамида без доступа воздуха до 600-850°C [а.с. СССР №1786088].For the prototype, a method was selected for alloying cast iron with nitrogen, including melting of cast iron in an induction furnace, overheating of molten cast iron to 1360 ° C, processing of molten cast iron with urea, with preliminary heating of urea without air access to 600-850 ° C [a.c. USSR No. 1786088].
Недостатком этого способа являются низкие механические свойства - временное сопротивление и твердость.The disadvantage of this method is the low mechanical properties - temporary resistance and hardness.
Задачей изобретения является повышение свойств чугуна, в частности одновременно твердости, временного сопротивления (предела прочности), удароустойчивости и относительной износостойкости.The objective of the invention is to improve the properties of cast iron, in particular at the same time hardness, temporary resistance (tensile strength), impact resistance and relative wear resistance.
Поставленная задача достигается тем, что в способе обработки расплава чугуна, включающем расплавление чугуна в плавильном агрегате, или загрузку жидкого чугуна в плавильный агрегат, перегрев расплава чугуна осуществляется до температур 1460-1560°C, при этих температурах и перемешивании расплава в расплав вводится диамид угольной кислоты (карбамид) в количестве 0,1-0,5% от массы расплава.This object is achieved in that in a method for processing cast iron melt, including melting cast iron in a melting unit, or loading molten iron into a melting unit, overheating of the molten iron is carried out to temperatures of 1460-1560 ° C, at this temperature and mixing the melt, coal diamide is introduced into the melt acid (urea) in an amount of 0.1-0.5% by weight of the melt.
В качестве исходного чугуна для такой обработки в плавильном агрегате может использоваться жидкий ваграночный чугун, содержание углерода в котором составляет обычно 2,9-3,3 мас.%. При этом достигается увеличение производительности способа (сокращение затрат электроэнергии и временных затрат на расплавление твердой шихты), и чтобы обеспечить повышенную твердость и износостойкость чугунных отливок, перед обработкой проводится науглероживание чугунного расплава, поступившего в плавильный агрегат с вагранки. Расплав науглероживается при температурах 1460-1560°C до содержаний углерода в чугуне 3,4-4,2 мас.%.As a source of cast iron for such a treatment, liquid cupola iron, the carbon content of which is usually 2.9-3.3 wt.%, Can be used in the melting unit. At the same time, an increase in the productivity of the method is achieved (reduction of energy costs and time spent on the melting of a solid charge), and in order to provide increased hardness and wear resistance of cast iron castings, carbonization of the cast iron melt received in the melting unit from the cupola is carried out before processing. The melt is carburized at temperatures of 1460-1560 ° C to a carbon content of cast iron of 3.4-4.2 wt.%.
Введение диамида угольной кислоты в количестве более 0,5% от массы расплава вызывает появление пористости в чугунных отливках и уменьшает прочность и удароустойчивость отливок. Введение диамида угольной кислоты в количестве менее 0,1% от массы расплава не приводит к необходимому повышению механических свойств. Использование перегрева с температурой расплава менее 1460°C не обеспечивает повышенных механических свойств. Температуру расплава более 1560°C применять не следует ввиду увеличения энергетических и временных затрат (расходуется дополнительное количество электроэнергии и время на остывание расплава перед заливкой), а также ввиду ускоренного износа футеровки печи при повышенных температурах. Исключение операции науглероживания расплава низкоуглеродистого ваграночного чугуна до содержаний углерода 3,4-4,2 мас.% приводит к пониженным значениям твердости и относительной износостойкости чугунных отливок. Содержание углерода в чугуне свыше 4,2 мас.% не обеспечивает уровень прочности чугуна σв более 390 МПа. Отсутствие перемешивания расплава с вовлечением продуктов разложения карбамида внутрь расплава не обеспечивает достаточное усвоение азота (продукты разложения диамида угольной кислоты в большей степени выгорают, не вовлекаясь в расплав).The introduction of carbonic diamide in an amount of more than 0.5% by weight of the melt causes the appearance of porosity in cast iron castings and reduces the strength and impact resistance of castings. The introduction of carbonic diamide in an amount of less than 0.1% by weight of the melt does not lead to the necessary increase in mechanical properties. The use of overheating with a melt temperature of less than 1460 ° C does not provide increased mechanical properties. A melt temperature of more than 1560 ° C should not be used due to an increase in energy and time costs (additional energy is consumed and time to cool the melt before casting), as well as due to accelerated wear of the furnace lining at elevated temperatures. The exclusion of the operation of carburization of the melt of low-carbon cuproduct iron to carbon contents of 3.4-4.2 wt.% Leads to lower values of hardness and relative wear resistance of castings. The carbon content of cast iron in excess of 4.2 wt.% Does not provide the level of strength of cast iron σ in more than 390 MPa. The lack of melt mixing with the involvement of urea decomposition products inside the melt does not provide sufficient nitrogen uptake (the decomposition products of carbonic acid diamide burn out to a greater extent without being involved in the melt).
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Обработка расплава чугуна проводится путем введения диамида угольной кислоты в нагретый до повышенных температур - 1460-1560°C - и перемешиваемый при этом чугунный расплав. Нагреваемый диамид угольной кислоты при 600-850°C термически разлагается на азот, водород и окись углерода [а.с. СССР №1786088]. Перемешивание расплава осуществляется любым технологически возможным путем.The essence of the proposed method is as follows. The treatment of cast iron melt is carried out by introducing carbonic diamide into heated to elevated temperatures - 1460-1560 ° C - and mixed with the cast iron melt. Heated carbonic diamide at 600-850 ° C decomposes thermally into nitrogen, hydrogen and carbon monoxide [a.c. USSR No. 1786088]. Mixing of the melt is carried out in any technologically possible way.
При повышении температуры расплава интенсифицируются диффузионные процессы, и повышается растворимость газов в расплаве (азота и водорода, входящих в состав продуктов разложения карбамида и воздушной атмосферы). Перемешивание чугунного расплава, нагретого до повышенных температур, усиливает эти эффекты. В результате этого происходит увеличение содержания азота в чугуне, повышающего прочностные характеристики чугунных отливок [Леви Л.И. Азот в чугуне для отливок. - М.: Машиностроение, 1964. - 231 с.]. Азот является элементом, который может повышать стабильность карбидов в чугуне. С повышением температуры расплава растворимость азота в чугуне плавно увеличивается [Справочник по чугунному литью. - 3-е изд. перераб. и доп. / Под ред. Н.Г.Гиршовича. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1978. - 758 с.]. Элементы внедрения - азот, водород и углерод, могут в той или иной степени вызывать общее повышение механических свойств, располагаясь в кристаллической решетке структурных составляющих чугуна - цементите и феррите.With increasing melt temperature, diffusion processes intensify, and the solubility of gases in the melt (nitrogen and hydrogen, which are part of the decomposition products of urea and the atmosphere) increases. Mixing a cast iron melt heated to elevated temperatures enhances these effects. As a result of this, there is an increase in the nitrogen content in cast iron, which increases the strength characteristics of cast iron castings [Levy L.I. Cast iron nitrogen for castings. - M.: Mechanical Engineering, 1964. - 231 p.]. Nitrogen is an element that can increase the stability of carbides in cast iron. With increasing melt temperature, the solubility of nitrogen in cast iron gradually increases [Guide to iron casting. - 3rd ed. reslave. and add. / Ed. N.G. Girshovich. - L .: Mechanical engineering. Leningra. Department, 1978. - 758 p.]. The interstitial elements — nitrogen, hydrogen, and carbon — can, to one degree or another, cause a general increase in mechanical properties, located in the crystal lattice of the structural components of cast iron — cementite and ferrite.
Пример. Расплавление шихтового чугуна и обработку расплава проводили в промышленной индукционной двухтигельной печи с емкостью одного тигля 3 тонны (по чугуну). Диамид угольной кислоты использовался в виде гранул размерами 1-3 мм, плотностью 1,25-1,32 г/см3. Контроль температуры расплава чугуна осуществляли термопарой погружения ТВР (вольфрам-рений). Увеличение температуры расплава до 1460-1560°C проводилось за счет повышения мощности индукционной печи. Повышение мощности приводило также к интенсивному перемешиванию чугунного расплава и выпуклости «зеркала» расплава с вовлечением расплавившегося и разложившегося диамида угольной кислоты (на азот, водород и окись углерода) потоками жидкого чугуна в толщу расплава, как показано на рисунке. Расплавившийся карбамид и продукты его разложения частично захватывались потоками жидкого чугуна, причем в большем количестве на участках поверхности расплава возле стенок тигля (футеровки). Потоки перемешивающегося чугуна двигались в тигле включенной (с высокой мощностью) индукционной печи по траекториям (см. рисунок), способствующим выравниванию химического состава металла в объеме ванны и более быстрому растворению элементов, находящихся на поверхности расплава. При этом диффузионные процессы в расплаве в таком перегретом состоянии происходили более активно, чем в малоподвижном расплаве с низкой температурой. Обработка чугуна, перегретого до 1460-1560°C, продуктами разложения карбамида, вовлекаемыми с поверхности расплава чугуна в толщу чугунного расплава приводила к повышению механических свойств.Example. Melting of cast iron and processing of the melt was carried out in an industrial induction double-crucible furnace with a capacity of one crucible of 3 tons (for cast iron). Carbonic acid diamide was used in the form of granules with a size of 1-3 mm, a density of 1.25-1.32 g / cm 3 . The temperature control of the molten iron was carried out by thermocouple immersion TBP (tungsten-rhenium). An increase in the melt temperature to 1460–1560 ° C was carried out by increasing the power of the induction furnace. An increase in power also led to intensive mixing of the cast iron melt and the convexity of the “mirror” of the melt with the involvement of the molten and decomposed carbonic acid diamide (into nitrogen, hydrogen, and carbon monoxide) by the flows of molten iron into the thickness of the melt, as shown in the figure. The molten urea and its decomposition products were partially captured by streams of molten iron, and in larger quantities on areas of the surface of the melt near the walls of the crucible (lining). Mixing cast iron flows moved in the crucible of the switched on (with high power) induction furnace along trajectories (see figure), which facilitated the equalization of the metal chemical composition in the bath volume and faster dissolution of the elements located on the melt surface. In this case, diffusion processes in the melt in such an overheated state occurred more actively than in a sedentary melt with a low temperature. The treatment of cast iron superheated to 1460-1560 ° C with urea decomposition products involved from the surface of the cast iron melt into the thickness of the cast iron melt led to an increase in mechanical properties.
В одном тигле расплавляли 2 тонны шихтового чугуна с химическим составом в мас.%: углерод - 3,55; кремний - 1,21; марганец - 0,55; фосфор - 0,083; сера - 0,101; железо - остальное. После расплавления чугуна и снятия шлака температуру расплава доводили до 1460°C. При увеличенной мощности печи (около 0,9 МВт), обеспечивающей интенсивное перемешивание расплава, на выпуклое «зеркало» расплава постепенно высыпали гранулы карбамида в количестве 0,3 мас.%, которые быстро скатывались к стенкам тигля (как показано на рисунке) и в областях расплава возле стенок тигля окончательно расплавлялись и разлагались с вовлечением продуктов разложения карбамида в расплав. Частично продукты разложения выгорали. При завершении обработки температура расплава составляла 1560°C.In one crucible, 2 tons of charge cast iron with a chemical composition in wt.% Were melted: carbon - 3.55; silicon - 1.21; Manganese - 0.55; phosphorus - 0.083; sulfur - 0.101; iron is the rest. After melting the cast iron and removing the slag, the melt temperature was brought to 1460 ° C. With an increased furnace capacity (about 0.9 MW), providing intensive mixing of the melt, urea granules in an amount of 0.3 wt% were gradually poured onto the convex “mirror” of the melt, which quickly rolled down to the crucible walls (as shown in the figure) and areas of the melt near the walls of the crucible were finally melted and decomposed with the involvement of urea decomposition products in the melt. Partially decomposition products burned out. At the end of the treatment, the melt temperature was 1560 ° C.
В другой тигель барабанным ковшом наливали 2 тонны жидкого ваграночного чугуна с химическим составом в мас.%: углерод - 3,2; кремний - 0,8; марганец - 0,5; фосфор - 0,08; сера - 0,1; железо -остальное. Таким образом, вторая плавка представляла собой элемент дуплекс-процесса. С поверхности расплава снимали шлак и температуру расплава доводили до 1460°C. При увеличенной мощности печи, обеспечивающей интенсивное перемешивание расплава, на выпуклое «зеркало» расплава постепенно высыпали науглероживатель до получения в пробах чугуна содержаний углерода 4,15 мас.%, и после этого вводили гранулы карбамида в количестве 0,35 мас.% в условиях перемешивания расплава чугуна. В качестве науглероживателя использовали измельченный электродный бой. При завершении обработки температура расплава составляла 1560°C.In another crucible, 2 tons of liquid cupola iron with a chemical composition in wt.% Were poured with a drum ladle: carbon - 3.2; silicon - 0.8; manganese - 0.5; phosphorus - 0.08; sulfur - 0.1; iron is the rest. Thus, the second heat was an element of the duplex process. Slag was removed from the melt surface and the melt temperature was adjusted to 1460 ° C. With an increased furnace capacity providing intensive mixing of the melt, a carburizer was gradually poured onto the convex “mirror” of the melt until 4.15 wt.% Carbon content was obtained in the cast iron samples, and then urea granules were introduced in an amount of 0.35 wt.% Under stirring conditions molten iron. As a carburizer used crushed electrode battle. At the end of the treatment, the melt temperature was 1560 ° C.
После проведения обработки расплав из каждого тигля охлаждали до 1460°C и заливали в чугунные кокили и в землю. У полученных отливок - шаров диаметром 60 мм и цилиндров диаметром 30 мм, высотой 300 мм определяли механические свойства, износостойкость и содержание азота. Кроме того, проводили металлографический анализ полученных отливок.After processing, the melt from each crucible was cooled to 1460 ° C and poured into cast iron molds and into the ground. The obtained castings — balls with a diameter of 60 mm and cylinders with a diameter of 30 mm and a height of 300 mm — determined the mechanical properties, wear resistance, and nitrogen content. In addition, a metallographic analysis of the obtained castings was performed.
Результаты этого и других примеров приведены в таблице.The results of this and other examples are shown in the table.
Как видно из приведенных результатов эффективность данного способа обработки расплава чугуна выше по сравнению с известным способом.As can be seen from the above results, the effectiveness of this method of processing the molten iron is higher compared to the known method.
За счет предлагаемой обработки расплава чугуна повышаются свойства чугуна, в частности твердость до 523 НВ, временное сопротивление σв до 470 МПа, удароустойчивость до 214-302 ударов, относительная износостойкость в 5-6 раз.Due to the proposed treatment of molten iron increased iron properties, in particular hardness up to 523 HB, tensile strength σ in up to 470 MPa, impact resistance up to 214-302 punches relative abrasion resistance of 5-6.
Как известно, графит ухудшает прочностные характеристики сплавов Fe-C [Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1986. - 544 с.]. Предлагаемая обработка расплава позволяет предотвратить появление графита в чугунных отливках, несмотря на повышенное содержание углерода в этом чугуне - 4,2 мас.%. За счет предлагаемой обработки расплава чугун приобретает ледебуритную структуру без графита, кроме того минимизируются литейные дефекты в чугунных отливках - усадочные раковины уменьшаются в размерах или полностью исчезают.As is known, graphite worsens the strength characteristics of Fe-C alloys [Gulyaev A.P. Metallurgy. - M.: Metallurgy, 1986. - 544 p.]. The proposed melt processing allows to prevent the appearance of graphite in iron castings, despite the increased carbon content in this cast iron - 4.2 wt.%. Due to the proposed melt processing, cast iron acquires a ledeburite structure without graphite, in addition, casting defects in castings are minimized - shrinkage shells decrease in size or completely disappear.
На рисунке изображена схема электродинамической циркуляции металла в тигле индукционной печи с подачей карбамида (F - электродинамические силы), где:The figure shows a diagram of the electrodynamic circulation of metal in a crucible of an induction furnace with a feed of urea (F - electrodynamic forces), where:
1 - расплав чугуна, 2 - направления потоков чугуна, 3 - гранулы карбамида, 4 - направление движения карбамида, 5 - зона вовлечения расплавившегося и разложившегося карбамида в чугунный расплав, 6 - зона наиболее интенсивного насыщения расплава продуктами разложившегося карбамида.1 - cast iron melt, 2 - directions of cast iron flows, 3 - urea granules, 4 - direction of urea movement, 5 - zone of involvement of the molten and decomposed urea in the cast iron melt, 6 - zone of the most intense saturation of the melt with decomposed urea products.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011109010/02A RU2458995C1 (en) | 2011-03-10 | 2011-03-10 | Cast-iron melt processing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011109010/02A RU2458995C1 (en) | 2011-03-10 | 2011-03-10 | Cast-iron melt processing method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2458995C1 true RU2458995C1 (en) | 2012-08-20 |
Family
ID=46936685
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011109010/02A RU2458995C1 (en) | 2011-03-10 | 2011-03-10 | Cast-iron melt processing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2458995C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0312068A1 (en) * | 1987-10-15 | 1989-04-19 | SKW Trostberg Aktiengesellschaft | Method of nitriding cast iron |
| RU2016076C1 (en) * | 1991-09-16 | 1994-07-15 | Институт проблем литья АН Украины | Filler for powder wire for modification of cast iron |
| RU2130081C1 (en) * | 1998-06-08 | 1999-05-10 | Сибирский государственный индустриальный университет | Method of treating pig iron melt |
-
2011
- 2011-03-10 RU RU2011109010/02A patent/RU2458995C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0312068A1 (en) * | 1987-10-15 | 1989-04-19 | SKW Trostberg Aktiengesellschaft | Method of nitriding cast iron |
| RU2016076C1 (en) * | 1991-09-16 | 1994-07-15 | Институт проблем литья АН Украины | Filler for powder wire for modification of cast iron |
| RU2130081C1 (en) * | 1998-06-08 | 1999-05-10 | Сибирский государственный индустриальный университет | Method of treating pig iron melt |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107365936B (en) | A kind of preparation process of high-chromium alloy cast-iron | |
| WO2018181712A1 (en) | Method for producing die-cast product of spherical graphitic cast iron including ultrafine spherical graphite, and spheroidizing treatment agent | |
| CN110295265B (en) | Austempered ductile iron and preparation method and application thereof | |
| EA029843B1 (en) | METHOD FOR MELTING STEEL IN AN ELECTRIC ARC KEY AND ELECTRIC ARC KIT | |
| US2863790A (en) | Method of making steel shot | |
| RU2458995C1 (en) | Cast-iron melt processing method | |
| RU2380428C2 (en) | Carburiser | |
| US2796373A (en) | Method of forming malleableized iron castings | |
| RU2573847C1 (en) | Steelmaking at electric furnaces | |
| RU2006131123A (en) | GET IRON AND STEEL | |
| RU2376101C1 (en) | Complex exothermal mixture | |
| CN102330012A (en) | Niobium bainite ductile iron material and production process thereof | |
| RU2288294C2 (en) | Cast wear-resistant steel for large parts of mining and smelting processes | |
| RU2280699C2 (en) | Method of steel making in oxygen converter with slag remaining | |
| RU2195503C1 (en) | Liquid steel heating method | |
| RU2618294C1 (en) | Procedure for melting synthetical nodular cast iron in induction furnaces | |
| RU2631930C1 (en) | Modifier | |
| RU2254377C1 (en) | Method of modification of cast iron | |
| RU2495133C2 (en) | Production method of high-strength cast-irons with ball-shaped or compacted graphite based on nanostructured recarburising agent | |
| SU1534059A1 (en) | Method of producing iron with spherical graphite | |
| US145843A (en) | Improvement in the manufacture of iron and steel | |
| SU1239150A1 (en) | Method of producing high-strength cast iron with globular graphite | |
| RU2372409C2 (en) | Method of thermal treatment of metallic shots | |
| JP2007023355A (en) | Method for smelting molten cast iron, and deoxidizing and desulfurizing agent for molten cast iron | |
| RU2432412C2 (en) | Iron and procedure for its production |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140311 |