Научное обоснование и технологическое обеспечение применения дисперсных модификаторов и рафинирующих смесей для внепечной обработки чугунов и сталей (10.05.2011)

Автор: Чайкин Владимир Андреевич

ЧАЙКИН ВЛАДИМИР АНДРЕЕВИЧ

Научное обоснование и технологическое обеспечение применения дисперсных модификаторов и рафинирующих смесей для внепечной обработки чугунов и сталей

Специальность 05.16.04 – Литейное производство

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Магнитогорск – 2011

Работа выполнена в филиале ГОУ ВПО «Московский государственный открытый университет» в г. Сафоново.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

профессор

Ковалевич Евгений Владимирович,

доктор технических наук

профессор Ри Хосен,

доктор технических наук

профессор

Чернов Виктор Петрович.

Ведущая организация – Национальный исследовательский технологический университет «Московский институт стали и сплавов».

Защита состоится «05» июля 2011 г. в 14-00 на заседании диссертационного совета Д 212.111.01 при ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» по адресу:455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, д.38, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО « МГТУ».

Автореферат разослан «_____»__________ 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Селиванов В.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышение физико-механических свойств ответственных за безопасность эксплуатации техники литых деталей, работающих при повышенных нагрузках, всегда актуально. Для этого в производстве все чаще требуются отливки из серого чугуна (СЧ) только высоких марок. Актуально повышение надежности и долговечности широкой номенклатуры литых стальных деталей тракторов, бульдозеров, грузовых вагонов, горно-металлургического оборудования. Улучшение литейно-механических свойств отливок невозможно без эффективного легирования и модифицирования чугунов и сталей, позволяющих устранить отбел в чугунных отливках, измельчить зерно, устранить транскристаллизацию, ликвацию, усадку и другие нежелательные явления в сталях. Учитывая большое разнообразие способов выплавки чугуна и стали, номенклатуры отливок по массе и их разностенности, для удовлетворения вышеперечисленных требований необходимо создание прогрессивных технологий на базе нового поколения комплексных модификаторов, раскислительных смесей, рафинирующих добавок, значительно превышающих эффективность существующих традиционных при существенно меньшем расходе. Решению этой задачи и посвящена данная работа.

Цели и задачи исследования. Цель работы – научное обоснование, разработка и внедрение в промышленность прогрессивных технологий модифицирования и рафинирования чугунов и сталей смесевыми модификаторами на основе дисперсных порошков для повышения эффективности внепечной обработки при одновременном сокращении вводимых добавок и затрат.

Для достижения этой цели в работе были поставлены следующие задачи:

Изучить и систематизировать современные достижения в области теории кристаллизации и модифицирования сплавов при производстве чугунных и стальных отливок.

Обосновать методику выбора дисперсных порошков, их размеров и способов активации, обеспечивающих высокую технологичность смесевых модификаторов и рафинирующих добавок, а также необходимую их активность и устойчивость в расплаве при формировании центров кристаллизации (ЦК).

Разработать:

- смесевой дисперсный комплексный модификатор для ковшевой обработки серых чугунов высоких марок, обеспечивающий исключение отбела в отливках при одновременном сокращении вводимых добавок и затрат на модифицирование;

- высокотехнологичный универсальный смесевой дисперсный модификатор для внутриформенного модифицирования чугунов и сталей, обеспечивающий требуемый комплекс качественных показателей отливок;

- раскислительную смесь для диффузионного раскисления стали на основе дисперсных порошков, позволяющую сократить время восстановительного периода плавки и расход смеси;

- технологию применения дисперсного кальций - стронциевого карбоната (КСК) для повышения эффективности адсорбционно - флотационного рафинирования сплавов и улучшения структуры и свойств отливок.

Внедрить в производство прогрессивные технологические процессы внепечной обработки чугунов и сталей с использованием разработанных дисперсных смесевых материалов.

Научная новизна:

Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены критические размеры и количество дисперсных частиц модификатора, обеспечивающие получение устойчивой суспензии в расплаве для достижения требуемого модифицирующего эффекта.

Установлено, что при обработке серого чугуна дисперсными углеродосодержащим и кремнийсодержащим модификаторами в каждый см3 жидкого металла вносится до 35·106 частиц модификатора. Эти частицы являются источниками высокоуглеродистых флуктуаций, которые при затвердевании становятся центрами кристаллизации графита и исключают отбел в отливках из серого чугуна.

На основе математического моделирования поведения частиц модификатора при заполнении полости литейной формы установлено, что ввод в его состав 5 % добавок магния создает кинетические условия для полного растворения и равномерного распределения частиц модификатора в отливке при внутриформенном модифицировании.

Установлено, что при получении отливок из высокопрочного чугуна, используя модифицирование в форме, образуется значительно большее количество включений графита, чем при других способах получения ВЧ, расстояния между ними становятся меньше, и это способствует образованию ферритной основы (например, ВЧ40) без термической обработки. Кроме того, установлены границы химического состава серых чугунов, позволяющие стабильно получать различные марки ВЧ модифицированием в ковше и внутри формы.

Выявлен эффект возрастания реакционной способности дисперсных порошков при диффузионном раскислении стали, по сравнению с существующими раскислителями, из-за резкого увеличения количества активных центров реагирующих частиц в системе, принудительного перемешивания шлаков при диссоциации карбонатов и выделения продуктов реакции, что позволило сократить расход этой смеси.


загрузка...