Новые захватывающие свойства расплавленного чугуна

induction oven

Весь чугун, выплавленный традиционными методами, содержит атомы свободного кислорода. Количество загрязнения свободным кислородом варьируется в зависимости от метода плавления и состава шихтовых материалов, но всегда присутствуют некоторые атомы свободного кислорода.

Атомы свободного кислорода ухудшают качество затвердевших отливок. Они не приносят никакой пользы — только плохие последствия от их присутствия.

Производители первичной стали борются с наличием свободных атомов кислорода, добавляя алюминий и другие материалы с высоким сродством к кислороду. Литейный завод или любой производитель, плавящий железо, не может использовать те же методы удаления атомов кислорода. Чугунолитейные заводы должны искать другие методы контроля окисления.

В течение долгого времени чугунолитейные заводы считали окисление неизбежным. Считалось, что образование шлака является фундаментальной частью плавления. Окисление происходило всегда, и его нельзя было избежать. Большинство менеджеров и операторов плавильных цехов пытались извлечь максимальную пользу из плохой ситуации.

Изменился вопрос окисления. Впервые с начала железного века, около 2500 лет назад, чугун можно плавить без потерь на окисление углерода и кремния. Сейчас показано, что плавление чугуна может происходить без окисления.

Новый раскислитель Mastermelt DeOX. DeOX — это смесь карбида кремния и нефтяного кокса, которая агрессивно атакует источник свободных атомов кислорода — оксид железа — при контакте с ванной расплавленного чугуна.

В последнее время много было написано о раскислении расплавленного чугуна во время или после цикла плавки, но конечный результат — раскисленный чугун — обладает многими металлургическими свойствами и характеристиками, которые являются заметными улучшениями по сравнению с обычным серым или высокопрочным чугуном.

Более чистый чугун содержит меньше наноразмерных взвешенных оксидов

После деокисления расплавленного чугуна появляется новый замечательный материал. Чугун без большого количества взвешенных наноразмерных оксидов — гораздо более «чистый» металл. Когда подача свободных атомов кислорода прекращается, законы термодинамики все еще применяются, что означает осаждение атомов свободного кислорода с другими атомами элементарного состава в расплаве. Последующая агломерация и плавучесть оксидной массы означает, что эти примеси вскоре присоединяются к покровному шлаковому слою ванны.

Это очень важный момент: расплавленное железо самоочищается, когда прекращается поступление свободных атомов кислорода, и обработка металлов DeOX обеспечивает это

Время реакции для соединения атома кислорода с каким-либо другим атомом в ванне расплавленного металла составляет максимум 1-2 минуты. Время для завершения агломерации больше и на данный момент все еще неизвестно.

По общему уровню кислорода можно судить о качестве чугуна

В настоящее время проводится исследование, направленное на то, чтобы связать чистоту чугуна с общим содержанием кислорода, что позволит провести производственные испытания в режиме реального времени для определения свойств чугуна, улучшенных за счет железа с низким содержанием свободного кислорода. Если общий кислород можно получить спектрографически и если существует корреляция между общим содержанием кислорода и свойствами раскисленного чугуна, контроль качества серого и высокопрочного чугуна будет значительно улучшен.

Более чистый чугун — это почти новый материал, и многие другие металлургические качества раскрываются с появлением раскисленного расплавленного чугуна.

Повышенная пластичность

Удлинение в раскисленном высокопрочном чугуне (раскисленным перед обработкой магнием) имеет гораздо более высокие значения удлинения. Как правило, для раскисленного чугуна были получены результаты минимального удлинения на 5-7% выше. По некоторым сообщениям, удлинение превышало 10%. Нельзя упускать из виду такое улучшение пластичности.

«Литейный завод на Среднем Западе, который ранее отказывался от раскисленного чугуна, что приводило к более высокому проценту брака отливок, теперь снизил процент брака с 3% до 1%, применив раскисленный чугун».

Пониженная термическая обработка

Термической обработки (отжига), проводимой для повышения пластичности чугуна, можно избежать из-за более чистой матрицы чугуна и более высокой пластичности отливки. Раскисленный чугун без термической обработки обеспечивает уровни пластичности, которые превышают большинство характеристик высокопрочного чугуна.

Меньше остаточного хрома

Уменьшение содержания взвешенных наноразмерных оксидов MgO оказывается более значительным, чем уменьшение содержания карбида хрома. Высокопрочный чугун, содержащий 0,25% хрома, испытан на удлинение 19%, когда чугун раскисляли перед обработкой магнием. Без раскисления уровень хрома должен быть снижен максимум до 0,12% для достижения 10% удлинения.

Теперь, когда присутствует гораздо больше хрома, удлинение удваивается при раскислении основного чугуна. Общий взгляд или анализ состоит в том, что раскисление ограничивает количество взвешенных оксидов магния, которые, как было показано, более вредны, чем карбиды хрома.

Пониженная потребность в магнии

Удаление свободного кислорода из высокопрочного основного чугуна снижает количество магния, связываемого в MgO во время обработки. Спектрографический анализ магния в обработанном ковком чугуне показывает как свободный магний, так и связанный в виде MgO. Удаление свободных атомов кислорода перед обработкой магнием делает возможным полное образование узлов графита при более низких уровнях магния.

Требуемый уровень магния может быть уменьшен на 15% или более, в зависимости от ранее присутствовавшего загрязнения свободным кислородом. Восстановление магния можно математически рассчитать, используя уровни концентрации свободного кислорода и атомные веса.

Химическая стабильность

Химическая стабильность достигается на протяжении всего процесса плавления, выдержки и литья. Исключены окислительные потери. Вариации химического состава, встречающиеся при стандартных методах плавки, в первую очередь вызваны взаимодействием оксида железа с расплавленным чугуном. При раскислении химический состав со временем не снижается. Фактически, при одном применении DeOX расплавленный чугун выдерживался в 35-тонной горизонтальной барабанной печи в течение 52 дней без изменения содержания углерода или кремния ни на одну точку. В этом случае охлаждающий клин, залитый без инокуляции и после 52-дневного периода выдержки, испытан на 3/32, что дублирует инокулированное железо.

Снижена частота тестирования химии

На большинстве электролизных литейных производств химический состав чугуна проверяется после первоначальной плавки. Затем в печь вносятся химические добавки и проводится перепроверка. Именно такую ​​процедуру использовал один из клиентов DeOX Metal Treatment. Литейный цех с радостью сообщил об общей химической стабильности, и каждая плавка с использованием идентичных зарядов сообщала об идентичном химическом составе. После того, как началась обработка металла DeOX, корректировка печи не потребовалась.

Сниженная склонность к карбидообразованию

Раскисленный чугун со свободным кислородом на инертном уровне проявляет минимальную тенденцию к образованию карбидов. Подумайте о 52-дневном периоде выдержки и глубине холода без прививки 3/32. Атомы свободного кислорода глубоко влияют на образование и рост графита. Когда свободный кислород находится на инертном уровне, образование графита не затруднено, обеспечивая оптимальные физические свойства затвердевшего металла.

Улучшенная графитизация

Склонность к образованию графита, присущая раскисленному чугуну, феноменальна. Чугун, используемый для усиления зародышеобразования графита, больше не нужен. Более высокие уровни нежелательных остаточных сплавов возможны без создания вредных эффектов.

Улучшенная обрабатываемость отливок

Взвешенные оксиды в матрице отливки значительно влияют на обрабатываемость и, следовательно, на износ инструмента. Раскисленный чугун, содержащий обычно 0,25% Cr, дает эталонные показатели обрабатываемости. Конкурирующий недеоксидированный чугун был ограничен до 0,12% Cr и на этом уровне все еще давало худшие показатели обрабатываемости. Раскисленный чугун позволил снизить стоимость металлического лома, что дало значительную экономию.

Прекращает образование шлака во время стадии плавления

Раскисление в процессе плавки останавливает образование шлака в вагранке и плавке ЭФ. Шлак состоит из побочных продуктов окисления. Когда окислительные потери прекращаются, прекращается образование шлака. Значительная экономия энергии идет рука об руку с отсутствием образования шлака.

Обработка металла DeOx экономит деньги

Потери на окисление углерода, кремния и марганца устраняются, когда расплавленное железо раскисляется в процессе плавки. Полное восстановление сплава достигается за счет вспомогательных добавок к сплавам, при этом требуется меньше углерода, кремния и магния.

Исключите добавление флюса для образования шлака

DeOX предотвращает образование шлака. Для контроля шлака не требуются флюсы, и шлак не образуется. На входах, выходах или боковых стенках печи не происходит накопления шлака.

Без вреда для огнеупорной футеровки

DeOX — это смесь карбида кремния и нефтяного кокса. Ни один из материалов не наносит вреда огнеупорной футеровке печи. Фактически, в печах с вертикальным каналом DeOX увеличивает срок службы футеровки в 2-4 раза за счет устранения оксида железа, который очень вреден для огнеупоров, вызывая химическое воздействие и эрозию.

Увеличивается текучесть

Основным атрибутом более чистого металла является улучшенная текучесть во время литья. Взвешенные оксиды действуют как загустители расплавленного железа. Вялость чугуна с высоким содержанием взвешенных оксидов исчезает.

Исключите добавки ферро-фосфора

Добавки для повышения текучести, такие как ферро-фосфор, больше не требуются. В некоторых случаях можно снизить температуру заливки.

Повышенная прочность и пластичность

Прочность на растяжение, текучесть и удлинение высокопрочного чугуна улучшаются при использовании более чистого основного металла. Повышается ударная вязкость металла.

Более прочный чугун

У чугуна прочность на разрыв увеличивается на 15% при раскислении. Чугун содержит меньше взвешенных оксидов, которые действуют как места зарождения трещин, тем самым снижая его предел прочности.

Остановить образование поверхностного шлака

Раскисление в процессе плавки чугуна останавливает образование шлака во время цикла плавления. Расплавленный чугун не продолжает образовывать «поверхностный» шлак после завершения цикла плавки. Ковши бесшлаковые. Когда чугун раскисляется, проблемы со шлаком исчезают.

Отсутствие дефектов литой поверхности / подповерхности

Дефекты литья, возникающие в результате образования оксида в расплаве, устраняются путем раскисления. Устранены поверхностные и подповерхностные дефекты, вызванные агломерацией и всплыванием наноразмерных оксидов. Отливки заказчика возвращаются после механической обработки с обнаружением дефектов флотирования оксида или прекращения точечных отверстий.

Устранение дефектов флотирования оксидов

Часть лома чугуна возникает из-за дефектов флотирования оксидов, вызванных свободным кислородом. Крупный литейный завод Среднего Запада, который ранее отказывался от раскисленного железа (что приводило к более высокому проценту брака отливок), теперь снизил процент брака с 3% до 1%, введя раскисление чугуна.

Снижение количества отходов отливок было достигнуто на всех литейных заводах, которые реализовали раскисление чугуна с помощью обработки металлов DeOX.

Раскисление необходимо для дополнения других программ контроля качества, действующих на чугунолитейных заводах. Программы контроля качества могут достигать только заранее определенных уровней брака. Поверхностные дефекты оксидной флотации можно устранить только раскислением. Если уровни свободных атомов кислорода выше, чем инертный уровень для определенного состава расплавленного чугуна, всегда будут образовываться поверхностные дефекты. Законы термодинамики контролируют образование дефектов, а это сила, которую металлурги-литейщики не могут преодолеть — кроме как путем раскисления, которое снижает количество литейных отходов до нуля.

Автор

Ron Beyerstedt (Рон Бейерстедт), президент Mastermelt LLC, e-mail: ron@mastermelt.com

Источник: www.mastermelt.com