Оценка параметров ввода мелкодисперсных кремнийсодержащих материалов в расплав чугуна на стадии разливки

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.74.670

Оценка параметров ввода мелкодисперсных кремнийсодержащих материалов в расплав чугуна на стадии разливки

А.И. Вальтер,

Р.Н. Зенкин

Апробированы два способа ввода тонкоизмельченного ферросилиция марки ФС- 75 в расплав чугуна на стадии выпуска плавки из металлургического агрегата. При боковой подаче наполнителя степень усвоения кремния приблизительно в два раза выше по сравнению с аналогичным параметром зафиксированном при вводе ферросилиция на вращающуюся струю. Вращение струи обеспечивает снижение неравномерности распределения кремния по сечению заготовки.

Ключевые слова: чугун, ферросилиций, слиток, усвоение углерода и кремния, спектральный анализ.

Tested two ways to enter, finely ground ferrosilicon grade FS-75 in a melt of pig iron during the tapping of the steel unit. When the side filler the assimilation degree of Silicon supply approximately two times higher compared to the same setting as when entering a ferrosilicon on rotating Jet. Rotating Jet reduces inequality billet cross section of Silicon.

Key words: cast iron, ferrosilicon, an alloy ingot, silicon and carbon absorption spectral analysis.

Целенаправленное формирование заданных физико-химических свойств сплавов железа при производстве литых изделий невозможно без глубокого понимания закономерностей комплекса физических и химических процессов, протекающих в металле, начиная со стадии получения расплава и кончая стадией охлаждения закристаллизовавшегося железоуглеродистого сплава. ферросилиция чугун кремний

С целью повышения содержания кремния в железоуглеродистых сплавах для улучшения их литейных свойств необходимо провести исследования по различным способам ввода ферросилиция в расплав литейного чугуна [1].

Выплавку исходного металла осуществляли в индукционной тигельной печи повышенной частоты. Футеровка тигля - набивная, огнеупорный материал - кварцевый песок, связующее - борная кислота. В ходе проведения опытных плавок в печь загружали соответственно 23 кг чугунного боя (плавка № 1) и 25 кг передельного чушкового чугуна (плавка № 2). После расплавления шихты и перегрева полученного расплава производили отбор проб для спектрального анализа, которые затем маркировали (плавка № 1) и ВФС-0 (плавка № 2). Выпуск металла осуществляли в водоохлажаемый кристаллизатор с одновременным вводом мелкодисперсного ферросилиция при помощи специальных смешивающих устройств [2].

При проведении первого эксперимента смешивание осуществляли с помощью устройства, принципиальная схема которого приведена на рис. 1.

Жидкий чугун поступал из печи в приемную воронку 1. Подачу ферросилиция производили через направляющую 2. При этом ферросилиций в количестве 0,55 кг предварительно засыпали в картонный контейнер.

Жидкий чугун поступал из печи по приемному желобу 1 в смешивающую воронку 2, где струе металла задавалось вращательное движение. При этом ферросилиций подавали сверху через дозирующую воронку 3. Скорость подачи жидкого чугуна и ферросилиция были согласованы между собой, что позволило синхронизировать выпуск плавки и подачу наполнителя.

Рис.1. Схема смешивающей установки с боковой подачей ферросилиция

При проведении второго эксперимента смешивание осуществляли с помощью устройства, принципиальная схема которого приведена на рис. 2.

Рис.2. Схема смешивающей установки с верхней подачей ферросилиция

После кристаллизации и охлаждения, полученные слитки были извлечены из кристаллизатора. Масса слитка изготовленного с использованием первой технологии ввода наполнителя составила примерно 22,4 кг. Масса заготовки, полученной в ходе проведения второго эксперимента приблизительно равна 20,4 кг. Из этих слитков произведена вырезка поперечных образцов, которым присвоена следующая маркировка:

ФС-1 - низ слитка и ФС-2 - верх слитка (Опыт 1); ВФС-1 - верх слитка, ВФС-2 - середина слитка, ВФС-3- низ слитка (Опыт 2).

Рис.3. Изменение содержание углерода и кремния по поперечному сечению слитка с боковой подачей ферросилиция

Рис.4. Изменение содержание углерода и кремния по поперечному сечению слитка с верхней подачей ферросилиция

Данные образцы подвергались спектральному и металлографическому анализу.

Усредненные данные по содержанию углерода и кремния по нескольким сечениям слитков изготовленных при использовании различных способов подачи ферросилиция приведены на рис. 3 и рис. 4.

Согласно результатам спектрального анализа, среднее содержание кремния в слитке, полученном в ходе проведения первого эксперимента, составляет 1,88 % (при минимальном значении - 1,7 %, а максимальном - 2,18 %). Среднее содержание кремния в слитке, изготовленном во время второго эксперимента равно 1,56 % (при минимальном значении 1,45 %, а максимальном - 1,64 %. Исходя из того, что исходный металл содержал в первом случае 0,74 % кремния, а во втором - 0,82 %, общее содержание кремния в чугуне увеличилось соответственно на 1,88 - 0,74 = 1,14 % и 1,56 -0,82 - 0.74 %.

Согласно выполненным расчетам, степень усвоения ферросилиция для первого случая составляет в среднем 60 - 65 %, а для второго случая - З0 - 35 %.

Увеличение температуры перегрева жидкого чугуна с 1300 до 1600 0С приводит к увеличению размеров аустенитных зерен и уменьшению размеров графитных включений. С увеличением времени выдержки расплава увеличиваются размеры аустенитных зерен, но менее значительно, чем при увеличении температуры. Это подтверждается и результатами в работе [3].

Как показывают данные, приведенные на рис. 3 и 4, по сечению литых заготовок отмечена неравномерность содержания кремния. Так содержание кремния в образцах, вырезанных из нижней и верхней части слитка, полученного с использованием боковой подачи ферросилиция в картонной оболочке изменяется в зависимости от радиуса, соответственно в пределах от 1,73 до 2,02 % (на 0,29 %) и от 1,7 до 2,18 % (на 0,48 %). В среднем неравномерность распределения кремния в данном слитке составляет 0,39 %. Величина аналогичного показателя для слитка, полученного с применением подачи ферросилиция во вращающуюся струю составляет 0,18 %.

Неравномерность распределения кремния по сечению заготовок также подтверждена выполненными металлографическими исследованиями, согласно которым степень графитизации чугуна изменяется от центра слитка к его периферии.

На основании проведенного исследования можно сделать следующие выводы:

В ходе выполнения работы апробированы два способа ввода тонкоизмельченного ферросилиция марки ФС- 75 в расплав чугуна на стадии выпуска плавки из металлургического агрегата.

Полученные данные указывают на принципиально разный механизм смешивания железоуглеродистого расплава и наполнителя при его боковом вводе и при его подаче на вращающуюся струю.

При боковой подаче наполнителя в картонной оболочке степень усвоения кремния приблизительно в два раза выше по сравнению с аналогичным параметром зафиксированном при вводе ферросилиция на вращающуюся струю.

Вращение струи (тангенциальный подвод расплава) обеспечивает снижение неравномерности распределения кремния по сечению заготовки.

Список литературы

1. Гельд П.В., Баум Б.А., Петрушевский М.С. Расплавы ферросплавного производства. М.: Металлургия,1973. 343 с.

2. Савельев К.Д., Голод В.М. Моделирование процессов и объектов в металлургии. Термодинамическое моделирование многокомпонентных литейных сплавов на основе железа. СПб., СПбГТУ, 2001. 258 с.

3.Евдокимов Е.Г., Баранов А.А., Вальтер А.И. Генезис электронной конфигурации в железоуглеродистых сплавах. Тула, ТулГУ, 2004. 192 с.

Размещено на Allbest.ru