Получение ВЧШГ модифицированием порошковой проволокой

prodgeltaВ последнее время получение высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ) методом «Ковшового модифицирования порошковой проволокой (ПП)» приобретает все большую популярность. В Европе его используют как маленькие литейные производства, так и заводы осуществляющие производство отливок из ВЧШГ на литейных конвейерах. Крупнейший на просторах СНГ производитель литья ОАО «КАМАЗ-Металлургия» еще в 2006 году, впервые в мире, освоил массовое производство отливок из ВЧШГ ковшовым модифицированием ПП на трех автоматических формовочных линиях (АФЛ) и позднее производство отливок из чугуна с вермикулярным графитом (ЧВГ), где требуется ювелирная точность дозирования модификаторов. Мало того, в 2008 году КАМАЗ–Металлургия открыл на собственных площадях участок производства порошковой проволоки для нужд литейного производства, при этом, производительность линии – 2000 т порошковой проволоки в год и все операции полностью автоматизированы.

СУЩНОСТЬ СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ВЧШГ МОДИФИЦИРОВАНИЕМ ПП

Сущность способа получения ВЧШГ модифицированием порошковой проволокой заключается в обработке жидкого «исходного чугуна» в коническом ковше известной металлоемкости, заданным количеством порошковой проволоки, наполненной мелкодисперсной фракцией сфероидизирующего и графитизирующего модификаторов. Технологические параметры определяющие протекание процесса модифицирования: металлоемкость ковша, глубина ванны металла в ковше, температура жидкого чугуна, удельное содержание модификаторов в одном погонном метре ПП.

Какие достоинства метода способствуют его популяризации:

  1. Относительно высокая экологическая чистота процесса (модифицирование идет или под зонтом вытяжной вентиляции, или собственно в корпусе установки модифицирования, также оснащенной вытяжной вентиляцией, что исключает попадание в атмосферу цеха дыма, газов и пыли, выбросов пламени, выделяющихся в процессе модифицирования).
  2. Значительно более глубокое усвоение магния из модификатора, чем при «сэндвич процессе», что позволяет значительно снизить удельный расход сфероидизирующего модификатора, за счет чего снизить себестоимость производства и снизить пылегазовыделения.
  3. Возможность исключить «человеческий фактор» (отсутствуют ручные операции подготовки модификаторов: взвешивание, пригрузка и т.д., все стадии процесса выполняются в автоматическом режиме, что обеспечивает высокую стабильность и повторяемость результатов).
  4. Возможность использования в качестве сфероидизирующего модификатора чистого магния, в замен модификаторов Fe-Si-Mg, что при серийном и массовом производстве позволяет использовать весь объем образующегося возврата.

В техническом плане процесс очень простой, легко поддается математическому описанию и, естественно, автоматизации. Такие известные итальянские компании, как  EUROMAC SRL  и PROGELTA SRL выпускают «под ключ» установки модифицирования ПП, работающие в автоматическом режиме. Установка модифицирования (см. рисунок) представляет собой стенд, с рабочей площадкой для размещения ковша с металлом и свободно перемещаемой  крышкой ковша, оборудованной системой вытяжной вентиляции и приводом перемещения. На втором этаже установки, располагается трайб-аппарат осуществляющий подачу 2-х порошковых проволок в ковш по направляющим, расположенным в крышке ковша.

Стадии технологического процесса:

  • В индукционной печи выплавляется «исходный чугун» требуемого состава (как выбрать оптимальный химический состав, рассматривать не будем. Кому интересно может просмотреть статью здесь ). После его доводки по химическому составу, следует скачивание шлака, доводка по температуре, оператор заносит в компьютер или на пульт управления установкой необходимую информацию: остаточное содержание серы в чугуне, температуру выпуска металла из печи, металлоемкость используемого ковша, высоту заполнения ковша металлом.
  • Металл сливается в ковш, который транспортируется к установке модифицирования (толи мостовым краном, толи погрузчиком) и размещается на позицию модифицирования.
  • После чего ковш накрывается герметичной крышкой, оборудованной системой вытяжной вентиляции, и, при помощи трайб-аппарата, порошковая проволока вводится в жидкий чугун.
  • По окончании обработки и снятия крышки, ковш с расплавом транспортируется на участок заливки форм.

На сайте представлены видеоматериалы демонстрирующие протекание процесса получения ВЧШГ модифицированием порошковой проволокой с которыми можно ознакомиться:

Технологические аспекты

Для получения ВЧШГ остаточное содержание магния в чугуне должно составлять не менее 0,03%. Температура кипения магния составляет 1120’C, поэтому введение магния в жидкий чугун, имеющий температуру 1450’C, сопровождается бурным его испарением. Оболочка порошковой проволоки выполняет роль защитного контейнера, предотвращая контакт магния с жидким чугуном до момента растворения оболочки. В качестве оболочки проволоки обычно используется низкоуглеродистая стальная лента, толщиной 0,3-0,4 мм.

В настоящее время как в Украине, так и за рубежом для нужд литейного производства выпускается широкая гамма  порошковой проволоки с различными наполнителями. В частности, на данном сайте представлены производители и технические характеристики, производимой ими порошковой проволоки с различными наполнителяим:

Так как длительность процесса модифицирования должна быть минимальной, в связи со снижением температуры чугуна во время протекания процесса, то основным критерием успешного протекания процесса является выбор максимально доступной скорости ввода ПП, при которой еще отсутствуют выбросы металла из ковша. Чем выше давление столба металла и длиннее путь прохождения пузырьков магния (т.е. чем на большей глубине раскрывается проволока), тем выше усвоение магния в чугуне и, естественно, выше эффективность процесса. Существуют формулы для расчета максимально допустимой скорости ввода ПП, но для данных конкретных условий производства этот показатель в любом случае корректируется практическим путем.

Вести модифицирование ПП в ковшах большой емкости (6 или 10 т) значительно легче, т.к. при такой большой массе металла снижение температуры чугуна не столь значительны.

Пример 1.

Рассмотрим небольшой пример определения технологических параметров процесса модифицирования ПП. Модифицирование будем проводить в ковше вместимостью 1000 кг. Высота ванны чугуна в ковше – 600 мм. В качестве сфероидизирующего модификатора используем ПП диаметром 4,5 мм, наполненную фрезерованным магнием МПФ1. Вес одного погонного метра ПП – 60 г. Содержание магния в одном погонном метре – 8 г. В качестве графитизирующего модификатора используем ПП наполненную ферросилицием с барием марки ФС60Ба22. Вес одного погонного метра ПП – 73 г. Содержание ферросилиция с барием в одном погонном метре ПП составляет – 18,5 г. Толщина оболочки ПП в обоих случаях составляет: 0,3-0,4 мм. Коэффициент усвоения магния принимаем равным – 50%. Практическим путем определяем предельно допустимую скорость ввода порошковой, в нашем случае она составляет – 0,7 м/с. Величину требуемого остаточного содержания магния в ВЧШГ принимаем – 0,035%. Величину остаточного содержания серы в «исходном чугуне» принимаем для расчетов – 0,04%, а содержание серы в ВЧШГ – 0,015%.

Длительность модифицирования А (с) рассчитываем по формуле:

А= Р*[Mg+0,76*(Sн – Sк)] / n*g*v*k;

  • А – длительность процесса модифицирования, с;
  • Mg — требуемое остаточное содержание магния в ВЧШГ, %;
  • Sи — массовая доля содержания серы в “исходном чугуне”, %;
  • Sк — массовая доля содержания серы в ВЧШГ после модифицирования, %;
  •  P — масса обрабатываемого чугуна, кг;
  • g — масса магния в одном метре ПП, кг/м;
  • n — количество вводимых порошковых проволок с магнием, шт.;
  • v — скорость ввода ПП, м/с;
  • k — коэффициент усвоения магния, %.

Подставив реальные цифры в формулу, получаем:

А= 1000*[0,035 + 0,76*(0,04-0,015)] / 1*0,008*0,7*50 = 192,8 c = 3,2 мин.

Таким образом плавильщик или оператор установки модифицирования должен контролировать только один показательдлительность модифицирования, которая в нашем случае составляет 3,2 минуты. В настоящее время все расчеты производит компьютер. Пульт управления установки автоматически отключает модифицирование по истечении заданного времени. Все технологические параметры уточняются на стадии отработки технологии, применительно к конкретным условиям производства.

Об авторе

  • Виноградов Олег Николаевич — технический директор ООО «Полимер-инжиниринг», г. Киев; e-mail: v@on-v.com.ua; т.: +38 (096) 574-17-11

Статьи по теме