Сравнительный анализ использования шлаковых материалов и лигатур для получения хромистых чугунов

Установлено, что, используя шлаковые материалы, можно получать хромистые чугуны без снижения качества, минуя операцию выплавки хромистой лигатуры.

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2014
Автор:	Ясинская, Е.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2014
Назва видання:	Процессы литья
Теми:	Получение и обработка расплавов
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159862
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Сравнительный анализ использования шлаковых материалов и лигатур для получения хромистых чугунов / Е.А. Ясинская // Процессы литья. — 2014. — № 5. — С. 3-9. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-159862
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1598622019-10-18T01:25:03Z Сравнительный анализ использования шлаковых материалов и лигатур для получения хромистых чугунов Ясинская, Е.А. Получение и обработка расплавов Установлено, что, используя шлаковые материалы, можно получать хромистые чугуны без снижения качества, минуя операцию выплавки хромистой лигатуры. Встановлено, якщо використовувати шлакові матеріали, можна отримувати хромисті чавуни без зниження якості, виключаючи операцію виплавки хромистої лігатури. It is established, that with using slag materials is possible to receive chromic alloys without reduction of quality, excepting operation of melt chromic ferroalloy. 2014 Article Сравнительный анализ использования шлаковых материалов и лигатур для получения хромистых чугунов / Е.А. Ясинская // Процессы литья. — 2014. — № 5. — С. 3-9. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 0235-5884 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159862 669.187.28:669.162.275 ru Процессы литья Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Получение и обработка расплавов Получение и обработка расплавов
spellingShingle	Получение и обработка расплавов Получение и обработка расплавов Ясинская, Е.А. Сравнительный анализ использования шлаковых материалов и лигатур для получения хромистых чугунов Процессы литья
description	Установлено, что, используя шлаковые материалы, можно получать хромистые чугуны без снижения качества, минуя операцию выплавки хромистой лигатуры.
format	Article
author	Ясинская, Е.А.
author_facet	Ясинская, Е.А.
author_sort	Ясинская, Е.А.
title	Сравнительный анализ использования шлаковых материалов и лигатур для получения хромистых чугунов
title_short	Сравнительный анализ использования шлаковых материалов и лигатур для получения хромистых чугунов
title_full	Сравнительный анализ использования шлаковых материалов и лигатур для получения хромистых чугунов
title_fullStr	Сравнительный анализ использования шлаковых материалов и лигатур для получения хромистых чугунов
title_full_unstemmed	Сравнительный анализ использования шлаковых материалов и лигатур для получения хромистых чугунов
title_sort	сравнительный анализ использования шлаковых материалов и лигатур для получения хромистых чугунов
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Получение и обработка расплавов
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159862
citation_txt	Сравнительный анализ использования шлаковых материалов и лигатур для получения хромистых чугунов / Е.А. Ясинская // Процессы литья. — 2014. — № 5. — С. 3-9. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.
series	Процессы литья
work_keys_str_mv	AT âsinskaâea sravnitelʹnyjanalizispolʹzovaniâšlakovyhmaterialoviligaturdlâpolučeniâhromistyhčugunov
first_indexed	2025-07-14T12:25:22Z
last_indexed	2025-07-14T12:25:22Z
_version_	1837625164576063488
fulltext	ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) 3 Получение и обработка расПлавов уДк 669.187.28:669.162.275 е. а. Ясинская Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев сравнителЬнЫЙ аналиЗ исПолЬЗованиЯ ШлаковЫХ Материалов и лиГатур ДлЯ ПолучениЯ ХроМистЫХ чуГунов Установлено, что, используя шлаковые материалы, можно получать хромистые чугуны без снижения качества, минуя операцию выплавки хромистой лигатуры. Ключевые слова: хром, сталеплавильний шлак, хромистая лигатура, чугун, легирование, дуговая печь. Встановлено, якщо використовувати шлакові матеріали, можна отримувати хромисті чавуни без зниження якості, виключаючи операцію виплавки хромистої лігатури. Ключові слова: хром, сталеплавильний шлак, хромиста лігатура, чавун, легування, дугова піч. It is established, that with using slag materials is possible to receive chromic alloys without reduc- tion of quality, excepting operation of melt chromic ferroalloy. Keywords: chromium, steel-smelting, chromic ferroalloy, cast iron, alloying, arc furnace. Одним из перспективных путей экономии легирующих элементов в процессе производства сталей и чугунов является использование шлаковых оксидо- содержащих материалов (прямое легирование). В основу технологии прямого легирования сплавов отвальными шлаками положен принцип жидкофазного вос- становления ведущего элемента или группы элементов из оксидных материалов. Применение в практике такого способа металлургического производства может существенно уменьшить потребность в дорогостоящих, традиционных ферро- сплавах, а, следовательно, снизить себестоимость металлопродукции. В работе изучали возможность применения в качестве легирующего компонента шихты отвального сталеплавильного шлака, используя его непосредственно при жидкофазной восстановительной плавке, в сравнении с хромистой лигатурой, предварительно полученной из того же шлака. Для проведения исследований ис- пользовали отвальный электросталеплавильный шлак завода “Днепроспецсталь“ с высоким содержанием оксида хрома следующего состава, %мас.: 27,9 Cr 2 O 3 ; 11,32 Fe 2 O 3 ; 17,23 SiO 2 ; 5,62 Al 2 O 3 ; 1,43 MnO; 11,45 CaO; 9,6 MgO. 4 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) Получение и обработка расплавов Исследования проводили по двум вариантам. В первом варианте экспери- ментов осуществляли легирование базового чугуна следующем состава %мас.: 3,40 C; 1,45 Si; 3,0 Mn; 2,92 Cr; 0,077 Cu; 0,16 Al; 0,028 S; 0,062 P. При этом варьи- ровали содержание вводимого в шихту отвального шлака от 22 до 43 % из расчета содержания хрома в выплавляемых сплавах 5-15 %. При легировании базового чугуна из расплава отвального сталеплавильного шлака получены хромистые сплавы с содержанием хрома 9-13 % (табл. 1), при- чем извлечение хрома в металл из оксидосодержащего шлака составило 90-95 %. Во втором варианте исследований в качестве легирующего компонента ис- пользовали высокохромистый сплав (лигатура), предварительно выплавленный из сталеплавильного шлака. Хромистая лигатура присаживалась к базовому чугуну (табл. 2) в количестве 10, 20 и 30 %, в результате чего были получены опытные сплавы 4-6, химический состав которых приведен в табл. 1. Легирование базо- вого чугуна лигатурой производили из расчета получения хромистых сплавов с содержанием хрома 5-15 %, что соответствует сплавам 1-3. Анализ данных химического состава опытных сплавов 1-6 свидетельствует о том, что содержание серы и фосфора в сплавах невысокое и находится на уровне аналогичных хромистых чугунов, легированных феррохромом. Следует отметить, что получены опытные сплавы с суммарным содержанием серы и фосфора не более 0,05 % без применения специальных средств внепечной рафинирующей обработки. Увеличение содержания шлака и лигатуры в шихте практически не вызвало повы- шения содержания кислорода в сплавах, однако наблюдалось незначительное увеличение содержания азота, но оно находится в допустимых пределах. Металл опытных плавок исследовали на загрязненность неметаллическими включениями с оценкой по ГОСТу 1778-70, а для количественной оценки использо- вали компьютерную программу “Image pro“. Исследования показали, что в опытных сплавах неметаллические включения присутствуют в виде сульфидов, оксидов, таблица 1. Химический состав опытных сплавов Номер сплава Содержание легирующе- го компо- нента в шихте, % Содержание элементов, %мас. Содержание газов в спла- ве, % C Si Mn Cr Ni S P [O] [N] шлак : 1 22 3,37 0,76 2,98 8,75 0,01 0,034 0,019 0,024 0,004 2 35 3,84 0,73 3,24 12,31 0,01 0,034 0,019 0,027 0,005 3 43 4,63 0,37 3,40 13,28 0,45 0,030 0,014 0,028 0,008 лигатура: 4 10 4,16 0,17 0,65 4,99 0,16 0,008 0,040 0,010 0,002 5 20 4,40 0,14 0,77 9,86 0,32 0,009 0,041 0,013 0,003 6 30 4,51 0,11 0,91 14,72 0,48 0,009 0,046 0,015 0,004 таблица 2. Химический состав основных компонентов шихты Компонент шихты Содержание элементов, %мас. С Si Mn Cr Ni S P Fe базовый чугун 4,42 0,22 0,61 0,05 – 0,009 0,032 остальное Лигатура 7,80 0,16 2,10 48,70 1,50 0,017 0,073 41,30 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) 5 Получение и обработка расплавов оксисульфидов и силикатов сложного состава. Качественный и количественный составы включений, их распределение и суммарная загрязненность очень близки в сплавах, выплавленных с использованием отвального шлака и лигатуры, а также соответствуют аналогичным сплавам, полученным обычным способом. Металлографическое исследование и анализ данных показали, что повышение содержания в шихте количества хромистой лигатуры не вызывает загрязненности сплавов неметаллическими включениями, объемная доля включений в общем объеме находится в пределах 0,2-0,3 %. В сплавах, полученных с использованием отвального шлака, эти показатели на том же уровне и несколько выше (0,3-0,5 %). Распределение неметаллических включений по размерным группам в опытных сплавах 1-6 представлено на рис. 1. Из приведенных данных видно, что неметаллические включения в выплавленных сплавах в основном (80-90 % от их общего количества) имеют размер до 1 мкм, всего лишь 1-2 % – более 10 мкм, что не оказывает существенного влияния на ка- чественные характеристики металла. Очень важный показатель неметаллических включений – расположение их в металлической матрице. Исследования показали, что более равномерное распре- деление характерно для сплавов, полученных с использованием отвального шлака. б 10 15 20 25 20 25 0 5 0 1 2 3 4 5 0 5 10 15 Средний размер включений, мкм Д о ля в кл ю че н и й д ан н о й р аз м е р н о й г р уп п ы в о б щ е м к о ли че ст ве , % 0 1 2 3 4 5 а Рис. 1. Распределение неметаллических включений по размерным группам в сплавах, выплавленных с использованием: а – отвального сталеплавильного шлака; б – хро- мистой лигатуры 6 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) Получение и обработка расплавов В основном в сплавах присутствуют разрозненные включения округлой формы, строчечные и грубые скопления не наблюдаются (рис. 2, а). Неметаллические включения в сплавах, выплавленных с использованием лига- туры, располагаются преимущественно равномерно, однако встречаются участки с междендритным расположением (рис. 2, б). Более благоприятный характер расположения неметаллических включений в сплавах, выплавленных с отвальным шлаком, обусловлен, очевидно, особенностями жидкофазной восстановительной плавки. В результате восстановительных процессов, протекающих в жидкой ванне, а также интенсивного перемешивания металла и шлака образуются мелкие неме- таллические включения, равномерно распределенные в металлической матрице. Качественный анализ неметаллических включений опытных сплавов показал, что основных различий по составу и виду включений не наблюдается. Неметалличе- ские включения, как отмечалось выше, присутствуют в сплавах в виде сульфидов, оксидов, оксисульфидов и силикатов сложного состава. Сульфиды и силикаты преимущественно содержат марганец (50-65 %), что обусловлено высоким со- держанием марганца в сплавах (0,65-3,4 %) и малым отношением S:Mn, равным 0,009-0,013. В составе неметаллических включений присутствует также хром: в сульфидах – 2-6 %, а в силикатах – иногда более 15 % (табл. 3). Исследование микроструктуры (рис. 3) опытных сплавов показало, что получены классические белые чугуны с расположенными в структуре карбидами, которые определяют свойства и качество сплавов и обеспечивают их износостойкость. Опытные сплавы, легированные хромом из отвального шлака, имеют до- и за- эвтектический состав (рис. 3, а-в). Сплавы, выплавленные с использованием хро- мистой лигатуры, – до-, за- и эвтектический состав (рис. 3, г-е). В опытных сплавах 1, 2, 4 углерод находится в форме цементита, который явля- ется матричной фазой в ледебуритной колонии, и имеет в основном пластинчатое а б Рис. 2. Расположение неметаллических включений в опытных сплавах, выплавленных с использованием: а – отвального сталеплавильного шлака; б – хромистой лигатуры, ×100 таблица 3. состав неметаллических включений Вид вклю- чений Содержание элементов, в весовых / атомных % Mn S Si Cr P Силикаты 45,39-51,27 33,25-39,32 – 31,97-34,51 46,77-49,33 16,64-17,43 12,97-13,82 – Сульфиды 58,93-64,52 46,88-52,63 32,42-35,94 44,20-48,58 0,48-1,47 0,75-2,28 2,35-6,12 1,97-5,14 2,35 1,48 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) 7 Получение и обработка расплавов строение, обусловленное послойным нарастанием ведущей фазы цементита в про- цессе формирования структуры. Микроструктура сплава 5 состоит из ледебурит- ных колоний и имеет мелкодисперсное, игольчатое строение. Сплавы 3 и 6 имеют в структуре пластинчатый первичный цементит, размещенный в эвтектической матрице ледебурита. В структуре всех опытных сплавов наблюдались выделения карбидов хрома, этому способствовало повышенное содержание углерода и хрома. В работе была установлена зависимость суммарного количества карбидов К (%) от содержания углерода и хрома с помощью линейного уравнения [1] ( ) ( )K 12,33 C 0,55 Cr 15,2.= ⋅ + ⋅ − (1) дб га ев Рис. 3. Микроструктура опытных сплавов, легированных хромом из отвального сталеплавильного шлака (а-в), и выплавленных с использованием хромистой лигатуры (г-е), ×400 8 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) Получение и обработка расплавов Также определяли изменение содержания углерода в эвтектике вследствие влияния других химических элементов [2] ( )eC = 4,3 0,3 Si +P 0,4 S+0,3 Mn +0,07 Ni +0,05 Cr.− − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ (2) Расчетные данные приведены в таблице 4 еще раз подтвердили прямопропор- циональную зависимость карбидной составляющей от суммарного содержания углерода и хрома, при этом одновременно изменяется и содержание углерода в эвтектике. Содержание углерода в эвтектике сплавов, легированных из расплава отвального шлакового, выше, чем в остальных сплавах, что объясняется повышен- ным содержанием марганца и влиянием других легирующих элементов. В сплаве 1 самое низкое суммарное количество карбидов (это связано с тем, что в сплаве самое низкое содержание карбидообразующих элементов повышение которых приводит к наивысшим показателям ΣК). Так, например, в сплаве 3 самое высокое содержание углерода в эвтектике, вызванное еще и самым высоким содержанием марганца и никеля, и, как следствие, самое высокое суммарное количество карбидов. При металлографическом исследовании определяли микротвердость фаз опытных сплавов, а также интегральную микротвердость при нагрузке 1 кг (табл. 5). Наблюдали влияние содержания углерода и хрома на структурное строение карбидной фазы. При невысоком содержании хрома (до 7 %) присутствуют карбиды цементитного типа (Fe,Cr) 3 C с низкой микротвердостью, следовательно, износостойкость сплавов ми- нимальная. При повышении содержания хрома количество карбидов цементитного типа уменьшалось, образовывались разветвленные диспергированные карбиды (Fe,Cr) 7 C 3 с большей микротвердостью и обеспечивающие лучшую износостойкость сплавов. Номер сплава Содержание элементов, %мас. Содержание углерода в эвтектике, % Суммарное количество карбидов, ΣК (%) C Si Mn Cr Ni S P 1 3,37 0,76 2,98 8,75 0,01 0,034 0,019 4,58 31,16 2 3,84 0,73 3,24 12,31 0,01 0,034 0,019 4,25 38,92 3 4,63 0,37 3,40 13,28 0,45 0,030 0,014 4,97 49,19 4 4,16 0,17 0,65 4,99 0,16 0,008 0,040 3,99 38,84 5 4,40 0,14 0,77 9,86 0,32 0,009 0,041 3,75 44,48 6 4,51 0,11 0,91 14,72 0,48 0,009 0,046 3,32 48,50 таблица 4. влияние состава сплава на количество карбидной фазы таблица 5. Микротвердость опытных сплавов Номер сплава Интегральная (при нагрузке 1 кг) Микротвердость фаз, кгс/мм2 матрица эвтектика карбиды 1 643-916 389-467 547-551 958-1103 2 691-916 219-426 515-686 1219-1284 3 691-916 290-389 285-297 1051-1159 4 916-987 229-232 772-792 971-1103 5 916-987 248-251 636-772 989-1051 6 916-987 378-439 698-745 1159-1284 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) 9 Получение и обработка расплавов Анализ проведенных исследований микротвердости показывает, что интеграль- ная микротвердость и структурных составляющих опытных сплавов, полученных разными способами, отличаются незначительно. Сплавы, полученные с использо- ванием отвального шлака, имеют более твердую матричную основу и менее твердые ледебуритные колонии, причем участки ледебурита с точечными вкраплениями характеризуются наибольшей микротвердостью. Вытянутые пластины карбида хрома (Fe,Cr) 7 C 3 имеют более низкую микротвердость по сравнению с карбидами того же состава, но шестигранной формы. Также наблюдался некоторый разброс значений микротвердости карбидной фазы, вызванный анизотропией свойств в продольных и поперечных сечениях. Проведенные исследования подтвердили, что количество карбидной фазы зависит, прежде всего, от содержания углерода в металле, а структура карбидов определяется содержанием хрома. Исследованные сплавы могут применяться в качестве износостойких материалов, причем в условиях абразивного изнашивания преимущество имеют сплавы 1, 4, 5, а в нейтральных и абразивно-коррозионных средах более устойчивы сплавы 2, 3, 6 (содержащие более 12 % Cr). Таким образом, опробованная технология легирования хромом из шлаковых материалов позволяет получать хромистые чугуны без снижения качества, отве- чающие требованиям ТУ и стандартов, исключая операцию выплавки хромистой лигатуры или применение дорогостоящих ферросплавов, способствуя тем самым улучшению технико-экономических показателей металлургического производства. 1. Цыпин И. И. Белые износостойкие чугуны. Структура и свойства. – М.: Металлургия, 1983. – 176 с. 2. Гиршович Н. Г. Кристаллизация и свойства чугуна в отливках. – М.: Машиностроение, 1966. – 562 с. Поступила 10.06.2014

Сравнительный анализ использования шлаковых материалов и лигатур для получения хромистых чугунов

Репозитарії

Схожі ресурси