Производство редкоземельных лигатур, получаемых внепечным способом, для железоуглеродистых сплавов.(статья)

А.П. Паршин, М.М. Верклов, В.А. Кузнецов, А.А. Васильев, В.В. Коробейников,; А.Г. Коган.
Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.

Процесс производства лигатуры позволяет гибко менять её состав и менять его для конкретных изделий и марок сплавов по желанию заказчика, например, вводить в состав лигатур титан (Ti), ниобий (Nb), тантал (Та) или другие элементы.
Необходимо иметь ввиду, что лигатура предназначается к использованию в мелкосерийном производстве, где модифицирование осуществляется в ковшах, а лигатура вводится вручную.
Однако ООО «Северная Палитра» (г. Глазов) провело опытные работы и готово выпускать легирующую проволоку, использующуюся в крупнотоннажных и серийных производствах.
Для рафинизирующей, сфероидизирующей и графитизирующей обработки чугуна Центральный научно-исследовательский институт материалов (ЦНИИМ) и НТЦ МИР совместно разработали технологию и осуществляют опытное производство внепечным способом комплексных лигатур, имеющих в своем составе: РЗМ (цериевая группа) – 5÷6 %; Mg – 3÷6 %; Ca – 3 %; Al – 4 %; Ni - 6÷8 %; Si – 25 %; Fe – ост.
Известно, что наиболее эффективным сфероидизирующим элементом является Mg. Однако, введение Mg (tоплавл – 650оС, tокипения – 1107оС) в жидкий чугун является сложной технологической задачей из-за высокой упругости паров и большой химической активности Mg. В момент перехода магния из жидкого в газообразное состояние, объем его резко увеличивается. Так при введении в жидкий чугун (tо = 1400оС) 0,3 % магния, объем Mg увеличивается в 118,5 раз, образуя огромное количество газов, вырывающихся из жидкого металла в течение малого промежутка времени, что приводит к выбросам металла из ковша /1/. При этом лишь небольшая часть вводимого магния усваивается чугуном.
Низкая температура парообразования Mg – основное препятствие создания безопасного технологического процесса ввода его в жидкий металл.
При получении магнийсодержащих лигатур неоспоримые преимущества имеет металлотермический метод, осуществляющийся при относительно низкой температуре. Металлотермический метод легко моделируется, что позволяет быстро переходить от лабораторных к промышленным испытаниям.
Ковшевое модифицирование характеризуется гибкостью, возможностью совмещения в нем процессов рафинирования и модифицирования чугуна, а также возможностью изменения химического и гранулометрического состава модификатора.
Введение в состав лигатуры наряду с магнием редкоземельных металлов имеет ряд преимуществ для получения высокопрочных чугунов, таких как:
- значительное уменьшение или полное отсутствие пироэффекта при вводе лигатуры в жидкий металл;
- отсутствие брака по «черным пятнам»;
- меньшая чувствительность процесса к чистоте чугуна по сере и ряду других вредных примесей.
В качестве восстановителя в технологическом процессе использован Са, т.к. его реакции с различными соединениями проходят с выделением значительной энергии.
Преимущества данной лигатуры заключается в следующем:
- высокая плотность лигатуры. Удельный вес более 5 гр/см3 позволяет проводить модифицирование чугуна в ковше, размещая лигатуру на его дне, с последующим заполнением ковша жидким металлом;
- повышенное усвоение лигатуры жидким чугуном в связи с ее кристаллизацией под шлаком в инертной среде. Усвоение компонентов лигатуры составляет 90÷95 %, что позволяет уменьшить ее расход при производстве ВЧ;
- более спокойный процесс модифицирования из-за резко сниженного пироэффекта и дымовыделения;
- физическая хрупкость лигатуры, позволяющая легко дробить ее для точной развески в зависимости от емкости ковшей конкретного предприятия;
- возможность введения в состав лигатуры дополнительных химических элементов по требованию заказчика.