» » Исследование газосодержания чугуна, модифицированного смесями солей хлористого магния и силикокальцием
25.12.2014

В последние годы разработан новый процесс получения чугуна с шаровидным графитом — обработка смесями из солей активных металлов с восстановителями. Этот процесс обеспечивает спокойное протекание, взаимодействия модификатора с жидким чугуном в обычных ковшах, отсутствие светового эффекта и заметных потерь тепла, поэтому обращает на себя серьезное внимание литейщиков.
В работе приводятся результаты исследования газосодержания чугуна в зависимости от качественного и количественного состава модификатора.
Исследования проводились на чугуне, выплавленном в индукционной печи емкостью 50 кг с кислой футеровкой. Химический состав чугуна до модифицирования: С = 3,3—3,5%; Siисх. = 2,2—2,5%; Mn = 0,5—0,7%; P до 0,1% и S = 0,05%.
Температура чугуна измерялась вольфрам-молибденовой термопарой погружения. Чугун обрабатывался модифицирующей смесью при температурах 1380—1410° С в воронке, помещенной над обычным ковшом. В качестве составляющих модифицирующих смесей применялся безводный хлористый магний и силикокальций марки KaCuO как восстановитель этой соли. Состав хлористого магния и силикокальция приведен в табл. 1.
Исследование газосодержания чугуна, модифицированного смесями солей хлористого магния и силикокальцием

Количество чугуна в опытах, одновременно обрабатываемого смесями, равно 40—50 кг.
Газосодержание определялось в твердом чугуне из проб, заливаемых при температуре 1290—1310°. Структура и механические свойства проверялись на образцах, вырезанных из трефовидных проб. В исследуемых чугунах содержание кислорода и азота определялось химическим путем, а водорода — методом вакуумного нагрева.
Применение влагосодержащих солей хлористого магния для модифицирования чугуна приводит к торможению и даже исключению процесса глобуляризации, графита из-за демодифицирующего влияния влаги. Обменной реакции между MgCl2 и силикокальцием по уравнению
Исследование газосодержания чугуна, модифицированного смесями солей хлористого магния и силикокальцием

предшествует реакция распада
Исследование газосодержания чугуна, модифицированного смесями солей хлористого магния и силикокальцием

которая интенсивно протекает при температурах жидкого чугуна и завершается полным распадом MgCl2 с образованием MgO при содержании влаги — 50%. Хлористый магний с таким количеством влаги соответствует соединению типа бишофит MgCl2*6H2О. Кроме потери магния, который связывается в прочном соединении MgO, в результате этой реакции выделяется HCl и H2O, которые являются активными окислителями кальция, вносимого силикокальцием, а также остальных элементов чугуна: углерода, кремния, марганца, железа, что отрицательно сказывается на процессе модифицирования. Помимо уменьшения абсолютного количества магния, вносимого влажной солью, а также вредного влияния влаги на обменный процесс взаимодействия составляющих смеси, внесение влаги хлористым магнием способствует еще большему насыщению чугуна водородом и кислородом.
Исследование газосодержания чугуна, модифицированного смесями солей хлористого магния и силикокальцием

На рис. 1 показаны зависимости содержания в чугуне водорода и кислорода от влагосодержания хлористого магния в модифицирующей смеси. При разложении воды и соляной кислоты освобождаются кислород и водород, которые находятся в атомарном виде и интенсивно насыщают металл. Как видно из этих графиков, содержание водорода и кислорода резко возрастает против тех количеств, которые содержатся в чугуне при обработке аналоотбел. Анализом установлено повышенное содержание водорода в центральных отбеленных местах по сравнению с периферийными зонами в два — четыре раза.
Проверка механических свойств чугуна, обработанного модифицирующими смесями с влажным хлористым магнием, показала очень низкие как прочностные, так и пластические характеристики н ,см3/100г (табл. 2).
Исследование газосодержания чугуна, модифицированного смесями солей хлористого магния и силикокальцием

При влажности хлористогомагния более 10% независимо от количества модифицирующей смеси показатели механических свойств соответствуют уровню свойств серого чугуна. Для предотвращения попадания влаги в чугун при обработке модифицирующими смесями необходимо применять только сухой хлористый магний с содержанием влаги не более 5%.
В дальнейшем определялось газосодержание в чугуне, обработанном модифицирующими смесями в количестве от 1,0 до 5,0% при соотношении хлористого магния к силикокальцию, равном, как и в первой серии опытов, 1,2—1,25:1,0. Как показали исследования, такое соотношение обеспечивает получение продуктов реакции, которые в процессе взаимодействия с чугуном способствуют хорошей рафинировке его от оксидных, сульфидных и других неметаллических включений.
Исследование газосодержания чугуна, модифицированного смесями солей хлористого магния и силикокальцием

На рис. 2 показано изменение содержания азота, кислорода и водорода в чугуне в зависимости от количества модифицирующей смеси, которой обрабатывался чугун.
Из графиков видно, что с увеличением количества присаживаемой смеси количество усвоенного магния и кремния возрастает, а содержание азота, водорода и кислорода понижается. Минимальное содержание азота, кислорода и водорода соответствует максимальному количеству усвоенного магния и кремния.
В табл. 3 приведены данные анализа водорода, азота и кислорода в исходном сером чугуне до обработки модифицирующими смесями и в чугуне, обработанном с помощью колокольчика металлическим магнием в количестве 0,5% по весу жидкого металла.
Сравнивая данные по газосодержанию в исходном сером чугуне и чугуне, обработанном магнием с газосодержанием чугуна, обработанного модифицирующими смесями (рис. 2), видно, что, начиная с присадок модифицирующей смеси в количествах 1,5-2,5%, газосодержание чугуна значительно ниже, чем в сером чугуне и несколько выше, чем в чугуне, обработанном чистым магнием. Меньшее содержание газов в чугуне, обработанном чистым магнием, объясняется, по-видимому, более активным протеканием процесса барботации парами магния всей толщи жидкого чугуна вследствие того, что магний вводится на дно ковша.
Исследование газосодержания чугуна, модифицированного смесями солей хлористого магния и силикокальцием

При обработке чугуна модифицирующими смесями процесс барботации протекает менее активно, чем при обработке чугуна металлическим магнием, вводимым на дно ковша. Для улучшения этого процесса при обработке модифицирующими смесями необходимо вводить избыток соли хлористого магния против тех количеств, которые восстанавливаются силикокальцием. Необходимым условием для удаления неметаллических включений и газов является выдержка металла после модифицирования не менее 1,0 мин. В течение этого времени идет процесс коагуляции мелких пузырьков и включений в крупные и их всплывание вверх.
В табл. 4 представлены механические свойства и структура чугуна, обработанного разными количествами модифицирующих смесей.
Исследование газосодержания чугуна, модифицированного смесями солей хлористого магния и силикокальцием

При обработке чугуна смесями в количестве до 1,5% в чугуне содержится максимальное количество газов. По своей структуре чугун соответствует обычному модифицированному серому чугуну. С превышением количества модифицирующей смеси более 1,5 — 2,0% графит в чугуне приобретает полностью шаровидную форму, а содержание газов, хотя и снижается по сравнению с серым чугуном, остается все еще достаточно высоким. В структуре такого чугуна в литом состоянии основа перлито-ферритная (80—90% перлита). Этому способствует как низкое содержание кремния, так и повышенное содержание азота и водорода (N2 = 0,006 — 0,007%; H 2 = 3,5—4,2см3/100г), которые стабилизируют перлит. Феррит в этом чугуне выделяется в виде оторочек вокруг графитных глобулей.
При дальнейшем увеличении количества модифицирующей смеси уменьшается общее содержание газов в чугуне, и в структуре увеличивается количество ферритной составляющей. Структура меняется от перлито-ферритной при ΣMgCl2 + KaCuO = 1,5—3,5% до феррито-перлитной при ΣMgCl2+KaCuO=4,0—5,0%. При присадках в чугун модифицирующих смесей в количестве 4—5%, несмотря на некоторое увеличение количества ферритной составляющей, пластичность чугуна падает из-за повышенного содержания кремния в феррите. Микротвердость феррита в этом случае возрастет до HB = 235.