Способ получения белого хромистого чугуна для быстроизнашиваемых деталей

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛОГО ХРОМИСТОГО ЧУГУНА ДЛЯ БЫСТРОИЗНАШИВАЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ Изобретение относится к способам выплавки износостойкого хромистого чугуна и может быть использовано для получения быстроизнашиваемых деталей, в том числе мелющих тел. Предложен способ получения белого хромистого чугуна с заданным высоким содержанием хрома в условиях непрерывной выплавки в дуплекс-процессе чугуна с различным содержанием хрома, включающий плавку шихты в вагранке с получением жидкого чугуна с последующими накоплением и доводкой жидкого чугуна по химическому составу в миксере. В способе на первой стадии чугун выплавляют с использованием стартовой шихты и добавляют его из расчета на полный объем миксера в находящийся в миксере остаток чугуна с содержанием хрома, отличным от заданного, и, при необходимости, корректируют состав чугуна по C, Si, Mn с получением белого хромистого чугуна с заданным высоким содержанием хрома, причем содержание хрома в стартовой шихте выбирают из расчета достижения заданного значения содержания хрома при смешении в заданной пропорции полученного из стартовой шихты жидкого чугуна с находящимся в миксере остатком чугуна. На второй стадии, после накопления возврата белого хромистого чугуна с заданным высоким содержанием хрома, чугун выплавляют с использованием постоянной шихты, в состав которой вводят возврат белого хромистого чугуна с заданным высоким содержанием хрома. Писаренко Леонид Зотович, Бусел Иван Андреевич, Метельский Николай Павлович, Приемко Виктор Михайлович, Лешко Андрей Васильевич, Дорошенко Дмитрий Иванович (BY) Беляева Е.Н. (BY)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "МИНСКИЙ ЗАВОД ОТОПИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ"; НАУЧНОПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ЧАСТНОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ Изобретение относится к металлургии, в частности к способам выплавки износостойкого хромистого чугуна, и может быть использовано для получения быстроизнашиваемых деталей, в том числе мелющих тел (шаров, цильпебсов) и др., используемых в шаровых мельницах для измельчения различных материалов при производстве цемента, ячеистого бетона, обогащении полезных ископаемых, для приготовления каменноугольного пылевидного топлива, в химической и металлургической промышленности. Практика показала, что на данном этапе организация массового производства мелющих тел наиболее целесообразна с использованием автоматических формовочных линий (АФЛ) типа "Дизаматик", оснащенных индукционными канальными миксерами (далее по тексту - миксер) с устройствами для автоматической заливки форм, работающих в дуплексе с индукционными печами или вагранками. Однако при работе с использованием дуплекс-процесса "вагранка-миксер" возможна выплавка только близких по химическому составу чугунов с ограниченным содержанием (0,07-0,2%) по хрому или же выплавка только легированных, в том числе хромистых чугунов. В то же время в производственной практике часто наряду с чугунами традиционного состава с ограниченным содержанием хрома из одного и того же миксера требуется последовательное получение, например, определенного количества белого хромистого чугуна, и после этого снова чугуна с ограниченным содержанием хрома. Но из-за наличия в миксере остатка металла предыдущей плавки т.н. "болота", например, белого низкохромистого чугуна,переход на белый чугун с повышенным содержанием хрома, а затем переход на серый чугун является непростой технологической задачей. От успешного решения такой технологической задачи, т.е. получения белого чугуна с содержанием хрома более 0,5% в условиях непрерывной выплавки в дуплекс-процессе, зависит, в частности, возможность эффективной организации массового производства мелющих тел. Исследование существующего уровня техники показало, что техническая и тем более патентная информация по данному вопросу отсутствует или крайне ограничена. Так, известен способ получения литых заготовок из белого износостойкого чугуна для быстроизнашиваемых деталей, включающий выплавку, легирование и модифицирование чугуна с получением чугуна заданного химического состава, получение отливок заливкой чугуна в песчаную или металлическую форму, очистку и термообработку отливок [1]. При этом используют чугун следующего состава,мас. %: углерод 2,4-4,0; кремний 0,5-1,5; марганец 2-4; никель 2-4; хром 8-12; молибден 0,5-8,0; бор 0,10,3; барий 0,005-0,001; фосфор 0,02-0,07; сера 0,02-0,07; железо - остальное. Недостатком способа является использование повышенного количества дорогих и дефицитных легирующих элементов: хрома, никеля, молибдена и других, что значительно увеличивает стоимость отливок и делает ее часто несоизмеримой с повышением эксплуатационной стойкости мелющих тел. Кроме того, такой чугун нельзя выплавлять в вагранке, а только в электропечи, что ограничивает его более масштабное использование. Также известен способ получения отливок быстроизнашиваемых деталей из белого износостойкого чугуна [2], в котором в качестве легирующей добавки используется природнолегированный материал,содержащий примеси Cr, Ti, V, W, Mo, Cu, Al и др. Так как данная легирующая добавка содержит 8-12% кремния, добавка ее в чугун ограничивается пределами до 6%. Дальнейшее увеличение этой добавки ведет к повышению содержания кремния в чугуне, появлению половинчатой структуры - отсера, снижению твердости. Таким образом, суммарное содержание легирующих элементов в чугуне незначительно(максимальное содержание хрома 0,2%), а гарантируемую белую структуру и твердость получают путем регулирования степени переохлаждения за счет изменения содержания С и Si [3]. Переход с белого чугуна на серый с использованием миксера не представляет трудностей и осуществляется простой корректировкой химического состава по С и Si и модифицированием. При использовании данного способа получения белого чугуна твердость отливок мелющих тел диаметром 20-30 мм достигается в пределах 380-415 НВ. Прототип заявляемого способа в уровне техники не выявлен. Таким образом, задачей изобретения является разработка способа получения белого хромистого чугуна с заданным высоким содержанием хрома в условиях непрерывной выплавки в дуплекс-процессе чугуна с различным содержанием хрома. В частности, способ должен обеспечивать выплавку белого хромистого чугуна с содержанием хрома 0,5-2% для отливок мелющих тел диаметром 30-60 мм с гарантируемой твердостью не ниже 415 НВ и с обеспечением необходимых пределов по содержанию хрома в миксере при переходе на белый чугун (до 0,07% Cr) и на серый чугун (до 0,2% Cr). Поставленная задача решается заявляемым способом получения белого хромистого чугуна с заданным высоким содержанием хрома в условиях непрерывной выплавки в дуплекс-процессе чугуна с различным содержанием хрома, включающим плавку шихты в вагранке с получением жидкого чугуна с последующими накоплением и доводкой жидкого чугуна по химическому составу в миксере, при этом на первой стадии чугун выплавляют с использованием стартовой шихты и добавляют его из расчета на полный объем миксера в находящийся в миксере остаток чугуна с содержанием хрома, отличным от заданного, и, при необходимости, корректируют состав чугуна по С, Si, Mn с получением белого хромистого чугуна с заданным высоким содержанием хрома, причем содержание хрома в стартовой шихте выбирают из расчета достижения заданного значения содержания хрома при смешении в заданной пропорции по-1 018034 лученного из стартовой шихты жидкого чугуна с находящимся в миксере остатком чугуна, а на второй стадии, после накопления возврата белого хромистого чугуна с заданным высоким содержанием хрома,чугун выплавляют с использованием постоянной шихты, в состав которой вводят возврат белого хромистого чугуна с заданным высоким содержанием хрома. Таким образом, фактически, остаток в миксере белого чугуна с содержанием хрома 0,07%, всегда остающийся после предыдущей плавки, т.н. "болото", разбавляется чугуном выплавленным в вагранке с использованием "стартовой" шихты с расчетным количеством хрома, причем добавка такого чугуна осуществляется в миксер на полный его объем, после чего заливают хромистый чугун в формы до момента накопления достаточного количества возврата хромистого чугуна, после чего "стартовая" шихта отменяется, корректируется состав чугуна по С, Si, Mn и Cr с учетом возврата хромистого чугуна, осуществляется заливка его в миксер с последующей заливкой в формы до окончания компании плавки хромистого чугуна, после чего остаток хромистого чугуна в миксере ("болото") разбавляется чугуном, выплавленным по шихтовке для серого чугуна, содержащей, например, литейные чушковые чугуны, и возврат серого чугуна до наполнения миксера и доведением содержания хрома до минимального количества (до 0,2%) при заливке форм из серого чугуна. Описанный процесс может быть повторен в любое необходимое время любое необходимое количество раз. При этом простым и неожиданным образом авторам удалось решить проблему получения хромистого чугуна без нарушения хода плавки традиционных низкохромистых марок чугунов, т.е. с обеспечением перехода с белого чугуна на белый хромистый и с белого хромистого на серый с необходимыми пределами по низкому содержанию хрома. В предпочтительных формах реализации изобретения в состав стартовой шихты вводят лом Б 10 коррозионностойких и жаропрочных хромистых сталей с содержанием Cr - 16-18%, Ti - не более 0,8%,Ni - не более 0,6%. В наиболее предпочтительных формах реализации в качестве стартовой шихты используют шихту следующего состава, мас.%: При этом в качестве постоянной шихты предпочтительно используют шихту следующего состава,мас.%: Отливки из белого хромистого чугуна, полученного заявляемым способом, имеют гарантируемую твердость не ниже 415 НВ. Таким образом, предметом изобретения является также применение белого хромистого чугуна, полученного заявляемым и описанным выше способом, для изготовления быстроизнашиваемых деталей, в частности мелющих тел. Ниже преимущества и достоинства заявляемого способа будут рассмотрены более подробно на одном из предпочтительных примеров реализации, который следует рассматривать только в качестве иллюстрации, но не ограничения. При этом специалисту в данной области будет понятно, что возможны различные вариации, в частности, по качественному и количественному составу стартовой и постоянной шихты и т.п. Пример. Был установлен следующий химический состав выплавляемого хромистого чугуна, мас.%: С 2,63,2; Si до 1,3; Mn 0,5-1,0; Cr 0,5-2,0. Твердость отливок 415-530 НВ. Чугун выплавляли в вагранке Q=6 т/ч со стационарным копильником. Выплавку белого хромистого чугуна осуществляли в условиях реального производства, при возникновении необходимости его выплавки после плавки обычного белого чугуна, предназначенного для получения путем отжига отливок из ковкого чугуна, с последующим переходом с белого хромистого чугуна на серый. За 3 ч до окончания плавки белого чугуна произвели корректировку шихты в вагранке для получения С 3,2-3,3% и Si 1,2-1,4%. Завалку шихты в вагранку прекратили, остаток чугуна слили в миксер. Остаточное количество чугуна ("болото") в миксере должно быть минимальным и не превышать 1,2-1,8 т(2-3 ковша емкостью 600 кг). В пересменку вместо моделей для отливок из белого чугуна на формовку установили модели отли-2 018034 вок мелющих тел. Переход с белого чугуна на белый хромистый проводили в соответствии со следующими указаниями: для первоначального запуска в производство белого хромистого чугуна (т.е. при отсутствии возврата) загрузить вагранку "стартовой" шихтой (см. табл. 1), в состав которой вводится лом Б 10 коррозионностойких и жаропрочных хромистых сталей с содержанием Cr - 16-18%, Ti - не более 0,8%, Ni - не более 0,6% (ГОСТ 2787-75). Таблица 1. Расчет "стартовой" шихты для получения хромистого чугуна заливку чугуна начать только после подачи в миксер трех ковшей (30,6=1,8 т) хромистого чугуна для разбавления и усреднения остатка ("болота") (общая масса металла в миксере составляет около 3,5 т); ориентировочный химический состав остатка белого чугуна в миксере, мас.%: С=3,1; Si=1,35;Cr=0,07; расчетный химический состав хромистого чугуна, подаваемого в миксер для разбавления остатка металла, мас.%: С - 2,9; Si - 0,94; Cr - 0,68. Принимаем, например, что остаток металла в миксере составляет 1,8 т, т.е. 3 ковша. Тогда средний химический состав чугуна после разбавления будет следующий, мас.%: Для получения заданного химического состава чугуна с применением накопленного возврата хромистого чугуна "стартовую" шихту отменяли и заменяли на постоянную шихту. Расчет шихты для мелющих тел с учетом использования возврата хромистого чугуна приведен в табл. 2. Таблица 2. Расчет шихты с учетом использования возврата хромистого чугуна Примечание: 1. В данном расчете принят следующий химический состав отливки, %: C - 2,93, Si - 0,95, Cr - 0,698. За 2 ч до окончания компании плавки в вагранке и для перехода с белого хромистого чугуна на серый чугун проводили корректировку шихты для получения С - 3,0-3,3% и Si - 1,4-1,7%, остаток металла сливали в миксер, выбивали вагранку. За 2 ч до окончания компании плавки заменяли в суточном бункере стальной легированный лом Б 10 на стальной лом 1 А. Остаток слитого в миксер металла должен быть не менее 2-3 ковшей (1,2-1,8 т). На формовку установили модели отливок из серого чугуна. В новую вагранку первые три завалки производили шихтой, содержащей 60-80% чушковых чугунов и 40-20% возврата, ферросилиций ФС 45 и ферромарганец ФМН 70 по расчету. Расчет шихты приведен в табл. 3. Таблица 3. Расчет шихты для перехода с белого хромистого чугуна на серый Заливку форм начинали только после подачи в миксер трех ковшей (1,8 т) серого чугуна. Масса металла в миксере составит около 3,5 т. Ориентировочно средний химический состав разбавленного чугуна в миксере с учетом добавки трех ковшей (1,8 т) серого чугуна определяется следующим образом: ориентировочный химический состав остатка металла в миксере, мас.%: С - 3,2, Si - 1,5, Cr - 0,28 (см. табл. 4) Таблица 4. Расчет шихты для корректировки химического состава чугуна в вагранке при переходе из белого хромистого чугуна на серый. ориентировочный химический состав добавки в миксер трех ковшей серого чугуна, мас.%: C - 3,9;Si - 2,6; Mn - 0,6; Cr - 0,1 (см. табл. 3); средний химический состав чугуна в миксере после разбавления, мас.%: Таким образом обеспечивается получение хромистого чугуна и свободный переход с хромистого чугуна на серый с получением остаточного хрома в разбавленном чугуне 0,19%, что вполне допустимо. Далее плавку ведут согласно шихтовок на СЧ 10 или СЧ 20 с дальнейшим снижением содержания хрома,если это необходимо и если это позволяет наличие низкого содержания хрома в чугунном ломе. Источники информации. 1. Патент RU2113495 С 1, опубл. 20.06.1998. 2. Патент BY10945 С 1, опубл. 07.05.2008. 3. Патент BY10946 С 1, опубл. 07.05.2008. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения белого хромистого чугуна с заданным высоким содержанием хрома в условиях непрерывной выплавки в дуплекс-процессе чугуна с различным содержанием хрома, включающий плавку шихты в вагранке с получением жидкого чугуна с последующими накоплением и доводкой жидкого чугуна по химическому составу в миксере, при этом на первой стадии чугун выплавляют с использованием стартовой шихты и добавляют его из расчета на полный объем миксера в находящийся в миксере остаток чугуна с содержанием хрома, отличным от заданного, и, при необходимости, корректируют состав чугуна по C, Si, Mn с получением белого хромистого чугуна с заданным высоким содержанием хрома, причем содержание хрома в стартовой шихте выбирают из расчета достижения заданного значения содержания хрома при смешении в заданной пропорции полученного из стартовой шихты жидкого чугуна с находящимся в миксере остатком чугуна, а на второй стадии после накопления возврата белого хромистого чугуна с заданным высоким содержанием хрома чугун выплавляют с использованием постоянной шихты, в состав которой вводят возврат белого хромистого чугуна с заданным высоким содержанием хрома. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в состав стартовой шихты вводят лом Б 10 коррозионностойких и жаропрочных хромистых сталей с содержанием,%: Cr - 6-18, Ti - не более 0,8, Ni - не более 0,6. 3. Способ по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве стартовой шихты используют шихту следующего состава, мас.%: 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в качестве постоянной шихты используют шихту следующего состава, мас.%: