Практика получения ВЧШГ сэндвич-процессом

Имея довольно приличный опыт производства высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, автор делится им с посетителями сайта.

По большому счёту, процесс получения ВЧШГ включает две основные стадии: выплавку «исходного чугуна» и модифицирование. Методику определения оптимальных технологических параметров и конкретный пример с реальными данными мы рассмотрели ранее, теперь рассмотрим практическую сторону процесса.

Выплавка “исходного чугуна”

Наиболее подходящим плавильным агрегатом для выплавки «исходного чугуна», идущего в дальнейшем для получения ВЧШГ, является индукционная плавильная печь. Следует отметить, что в серийном и массовом производстве целесообразно использовать печи средней частоты особенно ели их ёмкостью составляет 6-10 т. Чем это обусловлено? При получении ВЧШГ в «исходном чугуне» желательно иметь высокое содержание углерода, для чего в процессе плавки вводятся карбюризаторы для науглероживания чугуна. Одним из условия обеспечения высокой степени усвоения карбюризатора, является интенсивное перемешивание чугуна в процессе плавки, что достигается в печах средней частоты и печах серии ИЧТ, производства стран СНГ.

Процесс плавки рассматривать не будем – он стандартный, но при этом следует обратить внимание на порядок загрузки шихты. При загрузке компонентов шихты в печь, для уменьшения величины угара и повышения скорости расплавления шихты, а также степени усвоения карбюризатора, необходимо соблюдать следующий порядок загрузки:

1. Карбюризатор.
2. Стальной лом.
3. Чушковой чугун.
4. Возврат собственного производства (ЧШГ).

После полного расплавления всей шихты, в печь вводят необходимое количество ферросплавов. Металл нагревают до температуры 1450°С, скачивают шлак, отбирают пробу на экспресс-анализ химического состава чугуна. На время проведения анализов печь переводят в миксерный режим работы.

Химический состав “исходного чугуна”  должен удовлетворять  требованиям полученным в результате выбора оптимального состава «исходного чугуна». Дополнительно к “исходному чугуну предъявляются требования по содержанию элементов-деглобуляторов. Их концентрация не должна превышать ниже перечисленных пределов (массовая доля, %): висмут 0,003; свинец-0,009; олово-0,026; мышьяк-0,08; олово-0,13; алюминий-0,3; титан-0,04.

По результатам экспресс-анализа, при необходимости, производят корректировку химического состава, для чего на зеркало металла присаживают расчетное количество соответствующих добавок. Температуру чугуна поддерживают на уровне 1440-1450°С. Данные для корректировки химического состава чугуна приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Требуемое изменение химического состава чугуна	Наименование вводимого компонента	Масса компонента, кг, не менее
		На 0,16 т.	На 0,25 т.	На 1,0 т.
Увеличение содержания углерода на 0,1%	Электродный бой	0,22	0,34	1,35
	Графитовая стружка	0,22	0,34	1,35
Увеличение содержания кремния на 0,1%	Ферросилиций ФС45	0,38	0,60	2,40
	Ферросилиций ФС75	0,22	0,34	1,35
Увеличение содержания марганца на 0,1%	Ферромарганец ФМн 75	0,21	0,33	1,30
Уменьшение содержания углерода на 0,1 %	Лом стальной	4,80	7,50	30,00
	Ферросилиций ФС75	0,11	0,18	0,70
Уменьшение содержания кремния на 0,1 %	Лом стальной	9,60	15,0	60,00
	Электродный бой	0,30	0,48	1,90
	Графитовая стружка	0,30	0,48	1,90

По окончании корректировки, скачивают шлак, отбирают пробу на повторный экспресс-анализ. После получения удовлетворительных результатов температуру металла доводят до Тп°С. “Исходный чугун» —  готов для внепечной обработки (модифицирования).

Модифицирование

Подготовка материалов

Графитизирующий и сфероидизирующий модификаторы должны быть измельчены до размера кусков, приведенных в табл.  2, пыль обязательно отсеять!

Таблица 2.

Модификатор	Гранулометрический состав модификаторов (мм) для ковша вместимостью:
	0,1 т	0,5 т	3,5 т	5,0 т	10 т
Сфероидизирующий	3-7	5-10	10-15	10-25	10-30
Графитизирующий	3-5	3-5	3-5	3-5	3-5

Стальную обрезь, идущую на пригрузку, рекомендуется разделать на пластины размер которых приведен в табл. 3.

Таблица 3.

Наименование материала	Габаритные размеры стальной обрези (мм) для ковша вместимостью:
	0,1 т	0,5 т	3,5 т	5,0 т	10 т
Стальная обрезь	100*100	120*120	400*200	400*400	600*400

Все материалы, используемые для внепечной обработки жидкого чугуна (модифицирования), не должны содержать влаги. Увлажненные материалы необходимо просушить при температуре 700-800°С в течение 0,5-1,0 часа.

Подготовка ковша-реактора

В качестве ковша-реактора (в лучшем случае) применяют специально производимые для этих целей ковши, габариты которых отображаются равенством H = 2,5 d, где Н – внутренняя    высота ковша, d – диаметр ковша. Это соотношение выработалось на основании анализа многолетнего производства ВЧШГ во многих странах и на различных заводах. При отсутствии специальных ковшей, используют те, что есть в наличии.

При футеровке ковша-ректора в донной части ковша выполняется приямок (реакционная камера). Форма приямка показана на рис. 1.

Примечание: для ковшей малой емкости (40-50 кг), а также ковшей, имеющих высокое отношение высоты к диаметру, допускается не выполнять приямок.

Рекомендуемые габаритные размеры реакционной камеры для ковшей различной емкости приведены в табл. 4.

Таблица 4.

Вместимость, т	d, м	D, м	H, м	Габариты приямка, м
				h	a
0,5	0,38	0,47	0,52	0,10	0,26
3,0	0,84	0,90	1,00	0,20	0,56
5,0	1,00	1,13	1,10	0,20	0,67
10,0	1,10	1,33	1,4	0,35	0,70

Состояние футеровки ковшей проверяется перед началом каждой плавки. Футеровку ковшей очищают от шлака и настылей металла. В случае неудовлетворительного состояния, ее выбивают и выполняют новую. Футеровку ковша осуществляют по действующей на предприятии нормативно — технической документации. Футеровку ковшей разогревают пламенем газовой горелки до температуры 700-800°С (вишневое свечение футеровки).

В ковш, предварительно разогретый до температуры 700-800°С, загружают реагенты по следующей схеме:

• на дно реакционной камеры ковша загружают сфероидизирующий и графитизирующий модификаторы, поверхность разравнивают;
• модификаторы пригружают стальной высечкой или обрезью.

Загрузку реагентов осуществляют за 5-10 мин. До начала модифицирования.  Ковш, готовый к модифицированию, транспортируют под носок печи. “Исходный чугун”, разогретый до температуры Тп°С, выпускается в ковш-реактор. Наполнение ковша ведут интенсивно, широкой струей. Прерывание струи металла не допускается. После наполнения ковша на 3/4 его высоты интенсивность наполнения снижают, для исключения выбросов металла из ковша.

Скачивание шлака производят на стадии транспортировки к месту заливки. Заливку форм осуществляют по действующей на предприятии нормативно-технической документации.

С каждой плавки заливаются пробы на механические испытания и химический анализ получаемого ЧШГ.

Литература

1. Энциклопедия неорганических материалов. В 2-х томах, том 1. Киев, «Высшая школа», 1977 г.
2. Могилёв В.К., Лев О.И. Справочник литейщика. М.: Машиностроение, 1988. – 272 с.
3. Справочник по чугунному литью./Под редакцией д.т.н. Н.Г. Гиршовича. – 3-е изд. перераб. и дополн. Л.: Машиностроение, 1978 – 758 с.
4. Отливки из чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом/Захарченко Э.В., Левченко Ю.Н., Горенко В.Г., Вареник П.А. – Киев: Наукова думка, 1986 – 248 с.
5. Штефан Карсай Технология получения отливок из высокопрочного чугуна, 1981 г.

Производители и поставщики модификаторов

• TDR Legure d.o.o. (Словения)
• SNAM ALLOYS PVT LTD. (Индия)
• ОАО «Гельмязевское РТП», г. Гельмязов (Украина)