Модификаторы для производства чугунного и стального литья

ГЛАВА I

Со второго полугодия 2006 года компания "КОМПЛЕКС Плюс" - официальный представитель на Украине Промышленной компании "НПП" (г. Челябинск, Россия), реализует со склада в г. Харькове её продукцию.

Компания НПП является лидером среди российских производителей модификаторов для внепечной обработки чугунного и стального литья. Но шла она к этому результату в течение 10 лет, начиная с 1996 года, когда было учреждено На-учно-производственное предприятие "Технология".

На сегодняшний день Компания НПП по объёмам продаж входит в тройку лидеров среди поставщиков сфероидизирующих и графитизирующих модификаторов на российский рынок, и занимает первое место по количеству клиентов в России. Более 120 предприятий постоянно сотрудничают с НПП и отдают предпочтение её продукции. С каждым годом объемы продаж модификаторов увеличиваются, а с этим растет и география их поставок. В настоящее время продукция НПП постав-ляется на предприятия России, Белоруссии, Казахстана, Украины, Румынии.

Приоритетными задачами компании НПП на следующие 10 лет являются: наращивание объемов производства, поддержание высокого качества производимой продукции, повышение уровня технологического сервиса. С целью повыше-ния качества продукции и поддержания его на высоком уровне, на предприятии внедрена система менеджмента качества в соответствии со стандартами ISO 9001:2000 и получен сертификат единого международного образца IQ N et.

ЧИПС-МОДИФИКАТОРЫ

Одним из факторов успешного применения модификаторов Компании НПП является их инновационная составляю-щая, а именно уникальная форма выпуска - в виде пластин, которые мы стали называть "чипсами". Компания достаточно много времени потратила на изучение их свойств и эта работа продолжается до сих пор.

Сущность получения мелкокристаллических модификаторов ("чипс-модификаторов") заключается в том, что разливка модификатора производится непрерывно методом намораживания расплава на кристаллизаторах. В отличие от обыч-ного способа получения литейных модификаторов, кристаллизацией расплава в изложницах в виде слитков, "чипс" - модификаторы получаются в виде пластин толщиной до 5,0 мм. Металлофазы, содержащие активные элементы в "чипс" - модификаторе имеют более мелкие (в 4 - 10 раз) размеры и более равномерное распределение.

Рис. 1. Схема взаимодействия магния с железоуглеродистым расплавом при использовании различных модификаторов: 1 - гранулированный магний крупностью 1-2 мм; 2 - фаза с Mg в слиточном модификаторе ФСМг5; 3 - фаза с Mg в "чипс" -модификаторе Сферомаг®5212; 4 - пузырьки соответствующих паров магния.

При обработке чугуна такими модификаторами возникает значительно большее число микрообъёмов, в которых происходит их воздействие на расплав. Так, например, в сфероидизирующих модификаторах (Рис. 1), вследствие малых размеров магнийсодержащих фаз (10-20 мкм), и, следовательно, пузырьков пара магния, достигается максимальная поверхность контакта магния с обрабатываемым расплавом. В мелкокристаллических модификаторах происходит измельчение размеров микрозерен и повышение плотности при кристаллизации. А также в процессе быстрой кристаллизации и охлаждения на пластинах модификатора образуется тонкая оксидная плёнка (порядка 1-3 мкм), которая защищает его от воздействия влаги окружающей среды, таким образом, делая материал более стойким при хранении. Принцип быстрой кристаллизации создает условия для более однородного фазового состава и распределения активных элементов модификатора, т.е. ЩЗМ и РЗМ. В частности, устраняется эффект локального скопления соединений ЩЗМ и РЗМ в мелких фракциях, а также эффект саморассыпания - характерный для слиточных магнийсодержащих модификаторов.

Но главное преимущество "чипс-модификатора" заключается в кинетике растворения в чугуне по сравнению с растворением сферических частичек традиционных модификаторов. При введении в чугун сферической частички модификатора (дроблёного из слитка) на ее поверхности нарастает корочка расплава, из-за чего процесс растворения замедляется, и только после прогрева (протекания, так называемого, "инкубационного периода") частичка модификатора начинает растворяться через образующуюся пленку шлаковых соединений, а значит с меньшей эффективностью. Чем ниже температура чугуна, тем ниже эффективность действия модификатора. "Чипс-модификатор", попадая в металл, из-за малой толщины и природно-напряженного состояния, подвергается самопроизвольному дроблению от термического удара на частички сопоставимые по размерам кластерным соединениям. Тем самым, практически отсутствует "инкубационный период" усвоения модификатора и резко сокращается время растворения (т. е. усвоения модификатора), а значит, возрастает и эффективное воздействие на чугун.

Применение мелкокристаллических "чипс-модификаторов" позволяет модифицировать чугун практически при любой температуре расплава выше 1200'С. Причем, метод производства "чипс-модификаторов" позволяет создавать уникаль-ные химические и компонентные сочетания эффективных элементов в составе модификатора при их равномерном распределении.

Создание технологии производства мелкокристаллических модификаторов позволило освоить получение целого ряда эффективных уникальных модификаторов для производства отливок из серого чугуна, высокопрочного чугуна с шаровидным графитом и чугуна с вермикулярным графитом. Что в свою очередь, сделало возможным производить отливки высокого качества без коренного перевооружения плавильного оборудования существующих литейных цехов.

Применение "чипс-модификаторов" позволяет реально снижать себестоимость литья за счёт:

• уменьшения энергозатрат и увеличения производительности по выплавке, благодаря возможности производить модифицирование расплава при более низкой температуре (1200° С);

• уменьшения брака по причине увеличения стабильности технологических процессов, а именно результатов модифицирования;

• улучшения экологической ситуации на участке модифицирования.

Наиболее полно положительные стороны "чипс-модификатора" раскрываются при ковшевом модифицировании чугуна. Например, при применении мелкокристаллического "чипс-модификатора" вместо обычного для ковшевой обработки чугуна, при одинаковом содержании магния, значительно снижается пироэффект, улучшаются санитарные условия на рабочем месте, повышается стабильность процесса.

Для ковшевой обработки чугуна выпускается целая серия модификаторов под торговыми марками Сферомаг® и Сферомакс®. В зависимости от конкретных условий производства и поставленных задач специалисты Компании НПП подберут оптимальную марку модификатора и выдадут необходимые рекомендации по ее эффективному применению. Для внутриформенного модифицирования чугуна Компания НПП выпускает модификаторы, как в виде "чипсов", так и в виде слиточной крупки.

Технология производства "чипс-модификатора" запатентована Компанией НПП.

СФЕРОИДИЗИРУЮЩЕЕ МОДИФИЦИРОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЧШГ

Формирование шаровидного графита (ШГ) в чугуне в промышленных условиях обычно достигается с помощью применения малых добавок магния или магния совместно с РЗМ. Хотя формированию ШГ способствуют многие элементы (церий, кальций, литий, иттрий, натрий и др.), магний и его сплавы остаются наиболее экономичными и доступными сфероидизаторами графита в производстве ЧШГ.

Более половины мирового производства отливок из ЧШГ получают с помощью магнийсодержащих лигатур, и их доля продолжает увеличиваться. В отличие от металлического магния многокомпонентные сплавы позволяют существенно упростить и удешевить процесс модифицирования, целенаправленно управлять структурообразованием и свойствами ЧШГ, а также снизить поражённость отливок литейными дефектами.

Компания НПП производит модификаторы, применение которых позволяет стабильно получать графит шаровидной формы при изготовлении отливок из ЧШГ различными способами модифицирования.

Технические характеристики и номенклатура сфероидизирущих модификаторов, реализуемых в настоящее время компанией "КОМПЛЕКС Плюс", представлены ниже по тексту:

Сферомакс®915

Назначение. Модификатор предназначен для получения ЧШГ из ваграночного чугуна ковшевым методом. Состав модификатора подобран таким образом, что при модифицировании не требуется предварительная десульфурация чугуна. Опыт применения этого модификатора показывает, что получение высокопрочного чугуна возможно при исходном содержании серы до 0,15%. Модификатор хорошо растворяется при низких температурах, что позволяет использовать его на вагранках с холодным дутьем.

Обработку чугуна необходимо проводить в ковше по "сэндвич-процессу". Для повышения эффективности и стабильности процесса модифицирования, а также предотвращения пироэффекта ковш желательно оборудовать крышкой.

Химический состав (основные элементы):

Форма выпуска. Фракционированный "чипс"-модификатор.

Фракция: 1,0-10,0 мм.

Расход. Расход модификатора при обработке по "сэндвич-процессу" составляет 10 - 20 кг на тонну чугуна в зависимости от содержания серы. При использовании ковша с крышкой расход модификатора может быть снижен.

Упаковка:

• стальные барабаны;

• мешки типа "big-bag" с полиэтиленовыми вкладышами, предохраняющими модификаторы от взаимодействия с окружающей средой.

Сферомакс®923

Назначение. Модификатор предназначен для получения высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита ковшевым методом.

Химический состав (основные элементы):

Форма выпуска. фракционированный "чипс"-модификатор.

Фракции: 0,5-6,0 мм; 1-10 мм; 1-20 мм.

Расход. Расход модификатора Сферомакс®923 при обработке по "сэндвич-процессу" обычно составляет 8-12 кг на тонну жидкого чугуна. При использовании ковша с крышкой расход модификаторов всех марок может быть снижен на 30-50%.

Упаковка:

• стальные барабаны;

• мешки типа "big-bag" с полиэтиленовыми вкладышами, предохраняющими модификаторы от взаимодействия с окружающей средой.

Сферомакс®9104

Назначение. Модификатор предназначен для получения высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита ковшевым методом. Наличие в модификаторе бария позволяет получать толстостенные отливки с равномерной структурой по всему сечению.

Химический состав (основные элементы):

Форма выпуска. фракционированный "чипс"-модификатор.

Фракции: 0,5-6,0 мм; 1-10 мм; 1-20 мм.

Расход. Расход модификатора Сферомакс®9104 при обработке по "сэндвич-процессу" обычно составляет 8-12 кг на тонну жидкого чугуна. При использовании ковша с крышкой расход модификаторов всех марок может быть снижен на 30-50%.

Упаковка:

• стальные барабаны;

• мешки типа "big-bag" с полиэтиленовыми вкладышами, предохраняющими модификаторы от взаимодействия с окружающей средой.

Сферомаг®621

Назначение. Модификатор предназначен для получения высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита ковшевым методом.

Химический состав (основные элементы):

Форма выпуска. фракционированный "чипс"-модификатор.

Фракции: 0,5-6,0 мм; 1-10 мм; 1-20 мм.

Расход. Расход модификаторов при обработке по "сэндвич-процессу" составляет 15-20 кг на тонну чугуна в зависимости от содержания серы. При использовании ковша с крышкой расход модификатора может быть снижен на 30-50%.

Упаковка:

• стальные барабаны;

• мешки типа "big-bag" с полиэтиленовыми вкладышами, предохраняющими модификаторы от взаимодействия с окружающей средой.

Сферомаг®700

Назначение. Модификаторы, содержащие лантан, предназначены для сфероидизирующего модифицирования ВЧШГ при изготовлении наиболее ответственных отливок машиностроения методом внутриформенного модифицирования.

Введение в состав модификаторов лантана способствует более высокой степени переохлаждения чугуна при кристаллизации. Поэтому модификатор Сферомаг®700 более эффективно воздействует на расплав, чем обычные модификаторы ФСМг5 и ФСМг7.

Модификатор Сферомаг®700 обеспечивает наибольшую стабильность формы, размера и распределения графита в чугуне, что приводит к улучшению механических свойств отливок, увеличению их плотности и повышение выхода годного.

Химический состав (основные элементы):

Форма выпуска.

• фракционированный "чипс"-модификатор,

• фракционированная крупка из слитка.

Фракция: 1,0-4,0 мм.

Расход. 8-11 кг на тонну жидкого чугуна в зависимости от химического состава чугуна, конструкции литниковой системы и массы отливки.

Упаковка:

• стальные барабаны;

• мешки типа "big-bag" с полиэтиленовыми вкладышами, предохраняющими модификаторы от взаимодействия с окружающей средой.

Сферомаг®7103

Назначение. Модификатор предназначен для получения высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита ковшевым методом. Наличие в модификаторе бария позволяет получать толстостенные отливки с равномерной структурой по всему сечению.

Химический состав (основные элементы):

Форма выпуска. фракционированный "чипс"-модификатор.

Фракции: 0,5-6,0 мм; 1-10 мм; 1-20 мм.

Расход. Расход модификатора при обработке по "сэндвич-процессу" составляет 15-20 кг на тонну чугуна в зависимости от содержания серы. При использовании ковша с крышкой расход модификаторов всех марок может быть снижен на 30-50%.

Упаковка:

• стальные барабаны;

• мешки типа "big-bag" с полиэтиленовыми вкладышами, предохраняющими модификаторы от взаимодействия с окружающей средой.

Глава II.

ГРАФИТИЗИРУЮЩЕЕ МОДИФИЦИРОВАНИЕ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ЧШГ И ЧВГ

Графитизирующая обработка - важная стадия процесса производства отливок из ЧШГ и ЧВГ заключающаяся во введении в расплав чугуна активных химических элементов, способствующих образованию дополнительных центров кристаллизации графита. Такая обработка позволяет решать следующие задачи:

• предотвращать появление отбела в тонких сечениях отливок;

• выравнивать механические свойства по сечению отливки;

• продлевать сфероидизирующий эффект;

• устранять литейные дефекты газо-усадочного характера.

Компанией НПП для этих целей разработаны специальные модификаторы, представленные в таблице.

Технические характеристики и номенклатура графитизирующих модификаторов, реализуемых в настоящее время компанией "КОМПЛЕКС Плюс", представлены ниже по тексту:

SIBAR®

Назначение. Высокоэффективные графитизирующие модификаторы для серого и высокопрочного чугуна. Обработка чугуна этими модификаторами позволяет решать следующие задачи:

• предотвращать отбел;

• выравнивать структуру и механические свойства чугуна в отливках сложного сечения;

• повышать механические свойств чугуна.

Выбор той или иной марки модификатора из серии SIBAR® зависит от конкретных условий производства и решаемой задачи. Эффективность модификаторов возрастает с увеличением содержания в них бария. Наиболее эффективным, с точки зрения длительности модифицирующего эффекта, является модификатор SIBAR®22. Он обеспечивает сохранение модифицированного состояния чугуна после обработки до 30 минут.

Состав

Форма выпуска:

• фракционированный "чипс" - модификатор,

• фракционированная крупка из слитка.

Фракции:

• для ввода в ковш - 3-10 мм и 0,5-3,0 мм,

• для ввода в струю - 0,2-0,8 мм.

Расход. Расход модификаторов при вводе в ковш составляет 0,5-3,0 кг на тонну чугуна. При вводе в струю расход может быть снижен до 50%.

Упаковка:

• стальные барабаны;

• мешки типа " big - bag " с полиэтиленовыми вкладышами, предохраняющими модификаторы от взаимодействия с окружающей средой.

Z-GRAPH®

Назначение. Модификатор предназначен для графитизирующей обработки серого и высокопрочного чугуна. Под его воздействием измельчаются графитовые включения и, одновременно, увеличивается их количество, что приводит к повышению механических свойств чугуна. Особенно сильно это проявляется при обработке чугунов с пластинчатым графитом.

Наличие в модификаторе активных элементов Zr, Ba позволяет получать тонкостенные отливки без отбела, нейтрализовать вредное влияние азота. Модификатор эффективен при обработке чугуна с низким углеродным эквивалентом.

Состав

Форма выпуска: фракционированный "чипс"-модификатор.

Фракции:

• для ввода в ковш - 0,5-6,0 мм,

• для ввода в струю - 0,2-0,8 мм.

Расход. Расход модификатора при вводе в ковш составляет 2-5 кг на тонну чугуна. При вводе в струю расход может быть снижен до 50 %.

Упаковка:

• стальные барабаны;

• мешки типа "big - bag" с полиэтиленовыми вкладышами, предохраняющими модификаторы от взаимодействия с окружающей средой.

SI-EXTRA®Z

Назначение. Высокоэффективный графитизирующий модификатор для серого чугуна с высоким и средним содержанием серы. Обработка чугуна этим модификатором позволяет решать следующие задачи:

• предотвращать отбел;

• формировать в структуре равномерно-распределенный графит типа "А";

• нейтрализовать вредного влияния азота и устранять дефекты газо-усадочного характера;

• повышать механических свойств чугуна.

Модификатор может быть использован для графитизирующей обработки высокопрочного чугуна.

Состав

Форма выпуска: фракционированная крупка из слитка.

Фракции:

• для ввода в ковш - 3-10 мм и 0,5-3,0 мм,

• для ввода в струю - 0,2-0,8 мм.

Расход. Расход модификатора при вводе в ковш составляет 2-5 кг от массы чугуна. При вводе в струю расход может быть снижен до 50 %.

Упаковка:

• стальные барабаны;

• мешки типа "big - bag" с полиэтиленовыми вкладышами, предохраняющими модификаторы от взаимодействия с окружающей средой.

ZIRCALLOY®

Назначение. Высокоэффективный графитизирующий модификатор для серого и высокопрочного чугуна. Обработка чугуна этим модификатором позволяет решать следующие задачи:

• предотвращать отбела;

• формировать в структуре равномерно - распределенный графит;

• повышать механические свойства чугуна;

• нейтрализовать вредное влияние азота и устранять дефекты газо-усадочного характера.

Модификатор эффективен при обработке чугунов с низким содержанием серы.

Состав

Форма выпуска: фракционированный "чипс"-модификатор.

Фракции:

• для ввода в ковш - 0,5-6,0 мм,

• для ввода в струю - 0,2-0,8 мм.

Расход. Расход модификатора при вводе в ковш составляет 2-5 кг от массы чугуна. При вводе в струю расход может быть снижен до 50 %.

Упаковка:

• стальные барабаны;

• мешки типа "big - bag" с полиэтиленовыми вкладышами, предохраняющими модификаторы от взаимодействия с окружающей средой.

Ферросилиций с барием

Назначение. Ферросилиций с барием - традиционный графитизирущий модификатор, выпускается по ТУ 14-5-160-84. Применяется для графитизирующего модифицирования серого чугуна и ЧШГ.

Химический состав:

ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И СЛУЖЕБНЫХ СВОЙСТВ ОТЛИВОК ИЗ СТАЛИ

Внепечная обработка стали модификаторами проводится с целью улучшения ее качественных показателей и позволяет решать следующие задачи:

• повышение жидкотекучести;

• измельчение литой структуры;

• уменьшение неметаллических включений в стали;

• снижение склонности к трещинообразованию,

• повышение хладостойкости, коррозионной стойкости и других служебных характеристик.

Применение модификаторов вызывает связывание серы, фосфора, газов и примесей вредных цветных металлов, уменьшение размеров, сфероидизацию и снижение количества остающихся в металле неметаллических включений, очищение границ зёрен кристаллизующегося расплава. Неметаллические включения приобретают благоприятную морфологию.

Компанией НПП разработаны группа модификаторов марки INSTEEL® для внепечной обработки стали. Подробные характеристики этих модификаторов.

Примеры использования:

• INSTEEL®1 - комплексный сплав для рафинирующей и модифицирующей обработки стали, который был применён при производстве хладостойких отливок для трубопроводной арматуры из стали 25Л. Преимуществом использования является повышение ударной вязкости KCU -60 больше 60 Дж/см 2 после нормализации.

• INSTEEL®3 - используется для получения крупных (более 30 тонн) заготовок для прокатных валков (сталь 60ХН, 34ХН1МА, 38ХН3МФА) с целью повышения химической однородности слитков по ликвирующим элементам и для снижения брака по УЗК. Вводится в порошковой проволоке в процессе внепечной обработки в "печи-ковше" или непосредственно при разливке металла в изложницу. По требованию потребителей в состав модификатора может быть введён цирконий (5…10%), стронций (5…10%).

• INSTEEL®5 также применяется при производстве стали для труб повышенной коррозионной стойкости (13ХФА и 20ФА). Вводится в жидкий металл в ходе его разливки. Успешно применяется при производстве стали 20ХФ.

На сегодняшний день, компания "КОМПЛЕКС Плюс" поставляет модификатор INSTEEL® марок 1-8.

INSTEEL®

Назначение. Модификатор для рафинирующей и модифицирующей обработки стали. Каждая марка из серии INSTEEL® представляет собой сплав с уникальной композицией активных элементов, от простой комбинации Si, Ca, Ba (INSTEEL®1) до сложной - Si, Ca, Ba, TRE, Al, Ti (INSTEEL®8).

Состав

В зависимости от конкретных условий производства и решаемой задачи, специалистами Компании НПП будет подобрана наиболее эффективная композиция (марка) и рекомендовано оптимальное содержание элементов внутри этой марки. Для идентификации оптимизированного состава внутри марки, к её номеру добавляется дополнительный индекс от 1 до 9.

Например, модификатору марки INSTEEL®3 с оптимизированным содержанием элементов Са- 13-16%, TRE - 8-10%, Al - 3-5%, Ba - 3-5% присвоен дополнительный индекс "1" - INSTEEL®3.1.

Форма выпуска:

• фракционированный "чипс" - модификатор,

• фракционированная крупка из слитка.

Фракции:

• При вводе в ковш - 0,5-3,0 мм; 1,0-10 мм; 1-20 мм.

• В качестве наполнителя для порошковой проволоки - 0,2 -2,5 мм.

Расход: 1-3 кг на тонну жидкой стали, в зависимости от марки стали, состава модификатора и способа его ввода.

Упаковка:

• стальные барабаны;

• мешки типа "big-bag" с полиэтиленовыми вкладышами, предохраняющими модификаторы от взаимодействия с окружающей средой;

• порошковая проволока в бухтах наружным диаметром не более 1200 мм, внутренним диаметром 650 мм, высота бухты не более 800 мм. Бухты закреплены на деревянных поддонах и обёрнуты в два слоя полиэтиленовой плёнкой.

Сведения об авторах:

Дынин Антон Яковлевич - управляющий промышленной компанией "НПП", т.: +7 (3512) 62-13-38

Кушнир Федор Михайлович - директор по продажам промышленной компании "НПП", т.: +7 (3512) 62-13-38

Быцько Владимир Иванович - к.т.н., коммерческий директор ООО "КОМПЛЕКС Плюс", т.(м): +38 (050) 570-35-32

Либерг Игорь Геннадиевич - к.т.н., технический директор ООО "КОМПЛЕКС Плюс", т.(м): +38 (050) 406-15-56

Опубликовано: ИТБ "Литьё Украины" №8(72) 2006 г.