Применение порошковой проволоки — прогрессивная технология получения ЧШГ

Авторы статьи

Малько С. И., Исхаков А. Ф., Пащенко С. В., Радченко Ю. А., Невьянцев А. И. (ЗАО «Ферросплав» г.Челябинск), Цыбров С. В., Авдиенко А. В. (ЗАО «МРК» г. Магнитогорск)

Чугун с шаровидным графитом (сокращенно ЧШГ) — это железо-углеродный материал, в котором присутствующий углерод практически полностью представлен в виде графита шаровидной формы.

Структура ЧШГ – графит преимущественно шаровидной формы, металлическая основа может быть ферритной либо перлитной, либо феррито-перлитной или бейнитной. ЧШГ обладает комплексом высоких физико-механических, технологических и эксплуатационных свойств, что выгодно отличает его от других конструкционных материалов: от стали – лучшей износостойкостью и антифрикционностью, более высокой коррозионной стойкостью и лучшей обрабатываемостью резанием; от чугуна с пластинчатым графитом (ЧПГ) – большей прочностью и пластичностью.

Физико-механические и эксплуатационные свойства ЧШГ можно регулировать в широких пределах, не ухудшая литейных и технологических показателей, что позволяет выбирать его марку с учетом конкретных особенностей эксплуатации литых деталей.

Чугун с шаровидным графитом является перспективным конструкционным материалом для изготовления ответственных деталей.

Благодаря высокой жидкотекучести, ЧШГ может быть использован для производства сложных по конфигурации деталей. Замена ЧПГ на ЧШГ позволяет уменьшить в 1,5 – 2,0 раза толщины отливок и, тем самым, снизить массу отливаемых конструкций при одновременном повышении их надежности. Детали из ЧШГ можно подвергать всем видам упрочняющей термической обработки, применяющимся для стали.

В настоящее время на металлургических и машиностроительных предприятиях Российской Федерации самым массово применяемым методом внепечной обработки расплава с целью получения чугуна с шаровидным графитом является «сэндвич-процесс». Суть его заключается в следующем- магнийсодержащие модификаторы в виде кусков фракции 2-25 мм размещаются в углублении донной части футеровки ковша, на всю открытую поверхность модификатора наносится слой покровного материала — стального или чугунного лома, металлических плит либо высечек и т.д. В этот ковш заливается расплав чугуна.

При использовании данного метода в технологии производства изделий из ЧШГ выявляются следующие недостатки:

  1. Относительно низкое и нестабильное усвоение магния
  2. Нестабильное получение требуемого типа включений графита, снижение качества, возможен брак
  3. Невозможность корректировки количества введенного в итоге модификатора по ходу обработки
  4. Значительные дымовыделение и загазованность производственных помещений
  5. Значительные затраты на производство единицы продукции – использование при присадке дорогостоящих «тяжелых» лигатур

Технологией, лишенной практически всех вышеперечисленных недостатков, на настоящее время является способ получения ЧШГ с применением при внепечной обработке расплава порошковой проволоки. Суть метода заключается в следующем: выпущенный из печи жидкий чугун в ковше после замера температуры, удаления печного шлака и наведения новой шлакообразующей смеси доставляется на стенд обработки порошковой проволокой. Ковш сверху накрывается крышкой, обеспечивающей герметичность, после чего, при помощи специального устройства — трайб-аппарата осуществляется ввод магний — и кремнийсодержащей порошковой проволоки в расплав. Каждый канал ввода — «ручей» трайб-аппарата предназначен для присадки определенного вида порошковой проволоки и число таких «ручьев» ограничивается лишь параметрами стенда обработки и технологией производства. После окончания обработки расплава чугуна порошковой проволокой и последующих замера температуры, забора пробы на химический и структурный анализ и удаление шлака ковш доставляется на участок заливки чугуна в литейную форму. Разработанная технология, для обоснования ее жизненности, была опробована на ЗАО «Механоремонтный комплекс» (г. Магнитогорск).

В настоящее время в цехе изложни этого предприятия освоено производство листопрокатных и сортопрокатных валков статическим и центробежным способом из чугунов с рабочим слоем различного исполнения и сердцевиной из чугуна с шаровидным графитом. Все типы производимых валков эксплуатируются на предприятиях: ОАО «ММК», ОАО «НЛМК» и ОАО «Северсталь».

По существующей в цехе технологии модифицирование чугуна производится «сэндвич-процессом» с использованием кремний-магниевой и никель-магниевой лигатур.

Для стабилизации процесса получения ЧШГ, увеличения степени усвоения магния, уменьшения пироэффекта, улучшения экологических условий, а так же уменьшения себестоимости продукции в цехе изложниц ЗАО «МРК» научно-внедренческим центром ЗАО «Ферросплав» (г. Челябинск) была проведена научно-исследовательская работа по десульфурации, модифицированию и инокулированию жидкого чугуна порошковой проволокой (ПП) производства ЗАО «Ферросплав» с ферросиликомагниевым и ферросиликобариевым наполнителями.

В работе изучали влияние:

  1. Температуры обработки (1385-1511 оС)
  2. Скорости ввода порошковой проволоки в расплав чугуна (0,2-0,66 м/с)
  3. Количества вводимого магния и ферросиликобария на тонну жидкого чугуна (1,0-3,0 и 1,5-5,5 кг соответственно)
  4. Вида используемого магнийсодержащего наполнителя порошковой проволоки (Мг18РЗМ1 и Мг30 РЗМ1)
  5. Объема обрабатываемых ковшей (11 и 16 тн)

Основные результаты работы сводятся к следующему:

  1. Во всех проведенных экспериментах обеспечено получение ЧШГ в сердцевине валков весом 13-25 тн.
  2. Остаточное содержание Mg менялось от 0,036 до 0,069% в зависимости от количества вводимого на тонну расплава чугуна магния, температуры перед началом обработки ПП, исходного содержания серы. В структуре обработанного ПП чугуна форма включений графита шаровидной формы. Металлическая основа полученного чугуна – перлитная с минимальным содержанием цементита.
  3. Температура перед началом обработки ПП оказывает значительное влияние на усвоение магния. С ростом температуры усвоение магния снижается. Это связано с тем, что повышение температуры приводит к увеличению угара магния и уменьшению его остаточного содержания в обработанном чугуне.
  4. С повышением скорости усвоение увеличивается, а затем начинает снижаться. Это свидетельствует о том, что при скоростях ввода выше 0,33 м/с металлическая оболочка порошковой проволоки не успевает растворится около дна ковша и точка начала взаимодействия магния с расплавом находится в верхней части ковша, снижая тем самым усвоение Mg.
  5. При исследовании влиянии вида присаживаемого в расплав чугуна магнийсодержащего наполнителя порошковой проволоки получены данные, свидетельствующие о том, что усвоение магния при применении как ПП с наполнителем Мг18РЗМ1, так и с наполнителем Мг30РЗМ1 практически одинаково.
  6. Количество введенного на тонну жидкого чугуна магния оказывает влияние на его остаточное содержание в расплаве после окончания обработки порошковой проволокойС увеличением количества введенного на тонну магния величина [Mg]ост так же значительно увеличивается до значения 2 кг/тн, а затем увеличивается менее интенсивно, что позволяет говорить о некоторой степени насыщения расплава чугуна магнием
  7. При исследовании влияния объема обрабатываемых ковшей- 11 и 16 тн- получены практически идентичные данные, свидетельствующие о том, разработанная технология отличается стабильностью получаемого результата.

Более подробно технология не освещается в связи с патентованием.

Листопрокатные валки, изготовленные во время проведения данной научно-исследовательской работы по разработке технологии получения ЧШГ, успешно прошли технический контроль и промышленные испытания в 2006 г. и сегодня находятся в эксплуатации.

В результате проведенной научно-внедренческим центром ЗАО «Ферросплав» работы руководством ЗАО «МРК» принято решение о совместной разработке и вводе в эксплуатацию двух стендов по внепечной обработке ковшей с жидким чугуном емкостями от 1 до 25 тонн порошковой проволокой с получением изделий из ЧШГ.

ЗАО «Ферросплав» совместно с немецкой фирмой «Одермат» занимается разработкой и внедрением стендов комплексной обработки чугунов порошковой проволокой. ЗАО «Ферросплав» обеспечивает поставку трайб-аппаратов фирмы «Одермат» и комплекта чертежей такого стенда, а также порошковую проволоку собственного производства с различными наполнителями, обеспечивающую бесперебойную работу участка внепечной обработки чугунов.

Следует подчеркнуть, что разработанная научно-внедренческим центром ЗАО «Ферросплав» технология, достаточно универсальна и может быть широко использована на различных предприятиях, выпускающих или планирующих выпуск изделий из ЧШГ и ЧВГ, что открывает перед ними новые технические и коммерческие возможности. На настоящее время ряд предприятий уже выявили желание в освоении у себя этой технологии.

2068 просмотров.