CS270934B1

CS270934B1 - Method of grey cast iron production with strength above 300 mpa

Info

Publication number: CS270934B1
Application number: CS874817A
Authority: CS
Inventors: Jiri Ing Csc Klaban; Petr Jircik
Original assignee: Klaban Jiri; Petr Jircik
Priority date: 1987-06-29
Filing date: 1987-06-29
Publication date: 1990-08-14
Also published as: CS481787A1

Abstract

This concerns the production of a grey perlitic cast iron from predominantly secondary raw material for sophisticated castings with required strength of 300 up to 450 MPa. The cast iron is melted in an electric furnace from a charge containing between 40 and 90 mass % of modular cast iron scrap and between 10 and 40 mass % of plain carbon steel scrap, while the aggregate content of a charge material comes to at least 60 mass %. The remaining portion of the charge material up to 100 mass % is amended with pig iron or grey cast iron scrap or both simultaneously to the resulting phosphorus content in the cast iron of less than 0.07 mass % and sulphur content in the cast iron of less than 0.06 mass %.

Description

Vynález se týká výroby Sedá perlitické litiny e nízkým sklonem к zákalce a pevností v tahu vyšší než 300 MPa v elektrických pecích» К její výrobě jsou použity převážně druhotné suroviny.The invention relates to the production of gray cast iron with low slope to turbidity and a tensile strength of more than 300 MPa in electric furnaces.

Šedá litina se uplatňuje jako materiál na odlitky, a to nejčastěji v jakostech s pevností v tahu 200 až 250 MPa» Výroba šedé litiny в uvedenou pevností nedělá v praxi vážnější problémy. Suroviny pro její výrobu, například slévárenská a ocelárenská surová železa, vratný a amortizační odpad Šedé litiny a ocelový odpad jsou dostupné a metalurgie těchto jakostí Šedé litiny je v podstatě rutinní záležitostí, V technické praxi se setkáváme e potřebou vyrobit odlitek ze Šedé litiny s pevností v tahu 300 až 400 MPa. Záměna šedé litiny jiným materiálem na odlitky s touto pevností Často není možná z důvodu, že náhradní materiál postrádá speoifické vlastnosti šedé litiny, jimiž jsou dobré kluzné vlastnosti, dobrá tepelná vodivost, schopnost tlumit kmity aj. Výroba šedé litiny a uvedenou vysokou pevností v tahu z tradičních výše uvedených vsázkových materiálů je riziková. I při dodržení chemického složení odpovídajícího potřebné pevnosti litiny není záruka, že litina bude mít potřebnou pevnost, a navíc u vysokopevnostních Šedých litin vyráběných podle dosavadní praxe vzrůstá nebezpečí zákalky. Zákalkou se rozumí výskyt eutektického cementitu ve struktuře litiny. Tato strukturní složka je ve struktuře šedé litiny nepřípustná. Pevnost šedé litiny určuje její struktura, zejména množství, velikost a rozložení lupínkového grafitu. Nutným předpokladem vysoké pevnosti Šedé litiny je dále převážně perlitická struktura a malý obsah křehkých fází, jakou je například fosfidové eutektikum, a nekovových vměstků. Výsledná struktura šedé litiny je výsledkem působení řady činitelů, jako jsou chemické složení, rychlost chladnutí, metalurgie, kvalita vsázky atd. Jejich ovládání je v provozu problematické, zejména z hlediska vsázkových surovin, které obsahují řadu prvků v nekontrolovatelném množství, které nicméně mají významný vliv na krystalizační pochod šedé litiny. Je to například síra, titan, chrom, arsen, fosfor, cín. Mohou zasahovat jak do krystalizace grafitu, tak do kvality kovové hmoty struktury šedé litiny. V důsledku toho se běžně stává, že litina nemá předpokládané mechanické vlastnosti, i když její chemické složení je správné.Gray iron is used as a casting material, most often in grades with a tensile strength of 200 to 250 MPa »Production of gray iron in this strength does not pose any serious problems in practice. Raw materials for its production, such as foundry and steel pig iron, return and amortization waste Gray iron and steel waste are available and metallurgy of these qualities Gray iron is basically a routine matter. In technical practice we meet the need to produce a gray iron casting with tension of 300 to 400 MPa. Replacement of gray cast iron with other casting material with this strength It is often not possible because the replacement material lacks the speoifical properties of gray cast iron, which are good sliding properties, good thermal conductivity, vibration damping ability, etc. Production of gray cast iron and high tensile strength The traditional batch materials mentioned above are risky. Even if the chemical composition corresponding to the required cast iron strength is maintained, there is no guarantee that the cast iron will have the required strength, and moreover, the high-strength gray cast iron produced according to the current practice increases the risk of turbidity. Turbidity means the occurrence of eutectic cementite in the structure of cast iron. This structural component is unacceptable in the gray cast iron structure. The strength of gray cast iron is determined by its structure, in particular the amount, size and distribution of flake graphite. Further, the prerequisite for the high strength of Gray Cast Iron is a predominantly pearlitic structure and a low content of brittle phases such as a phosphide eutectic and non-metallic inclusions. The resulting gray cast iron structure is the result of a number of factors such as chemical composition, cooling rate, metallurgy, batch quality, etc. Their control is problematic in operation, especially from the point of view of feedstocks that contain many elements in uncontrollable quantities but for the crystallization process of gray cast iron. Examples include sulfur, titanium, chromium, arsenic, phosphorus, tin. They can interfere with both the crystallization of graphite and the quality of the metallic material of the gray cast iron structure. As a result, it is common practice that cast iron does not have the expected mechanical properties, even if its chemical composition is correct.

Tyto nedostatky odstraňuje způsob výroby šedé litiny в pevností nad 300 MPa podle vynálezu. Jeho podetata epočívá v tom, že litina ee taví v elektrické peci ze vsázky obsahující 40 až 90 % hmot, odpadu tvárné litiny a 10 až 40 % hmot, odpadu nelegované oceli, přičemž souhrnný obsah obou vsázkových materiálů činí nejméně 60 % hmot. Zbytek vsázky do 100 % ee doplňuje surovým železem nebo odpadem šedé litiny, nebo oběma současně, do-výsledného obsahu fosforu v litině nižšího než 0,07 % hmot, a obsahu síry v litině nižšího než 0,06 % hmot.These drawbacks are overcome by the process for producing gray iron in strengths above 300 MPa according to the invention. Its essence is that the cast iron is melted in an electric furnace from a charge containing 40 to 90% by weight, ductile cast iron waste and 10 to 40% by weight, non-alloy steel waste, with a combined content of at least 60% by weight. The remainder of the feed to 100% ee is supplemented with pig iron or gray cast iron waste, or both, to a final phosphorus content in the cast iron of less than 0.07 wt% and a sulfur content in the cast iron of less than 0.06 wt%.

Výhodou tohoto vynálezu je spolehlivá výroba šedé litiny ee zvýšenou houževnatostí, vysokou grafitizační schopností a pevností 300 až 450 MPa. Šedá litina podle tohoto vynálezu dovoluje vyrábět i tenkostěnné odlitky bez výskytu eutektického cementitu ve struktuře při pevnosti litiny 400 až 450 MPa. Navíc se litina taví převážně z netradičních surovin, v podstatě z technologického odpadu výroby tvárné litiny a odpadu nelegované oceli se zaručeným nízkým obsahem fosforu a síry, čímž se zhodnocuje odpad, Jehož využití je dosud v národním hospodářství víceméně problematické. Vzhledem к tomu, že při tavení je nutné zabránit kontaminaci taveniny nečistotami z paliva a taviv, přichází v úvahu jako taviči zařízení elektrická kelímková nebo oblouková pec.The advantage of the present invention is the reliable production of gray cast iron with increased toughness, high graphitizing capability and strength of 300 to 450 MPa. The gray cast iron according to the invention makes it possible to produce thin-walled castings without the presence of eutectic cementite in the structure at a cast iron strength of 400 to 450 MPa. In addition, cast iron melts predominantly from non-traditional raw materials, essentially technological waste from the production of ductile cast iron and waste from unalloyed steel with guaranteed low phosphorus and sulfur content, thereby recovering waste whose recovery is still more or less problematic in the national economy. Since it is necessary to avoid contamination of the melt with impurities from fuel and fluxes during melting, an electric crucible or arc furnace is suitable as a melter.

Při výrobě odlitků z tvárné litiny je využití tekutého kovu asi 50%. To znamená, že к výrobě odlitku o hmotnosti 100 kg je potřebí kolem 200 kg tekuté tvárné litiny. Hmotnostní rozdíl jde na vrub nálitkům a vtokům, které se z odlitku odstraňují a jako teohnoloijloký odpad se ČáeteČnš vraoí do výrobního oyklu při výrobě tvárné litiny. Dá se ovšem použít jen část jeho výskytu. Překážkou je tu vysoký obsah křemíku, který limituje pro používané modifikaČní postupy tvárné litiny množství technologického odpadu tvárné litiny ve vsázce. S přihlédnutím к tomu, že tvárná litina se u nás vyrábí vesměs z dovážených surových želez, znehodnocuje se významné množství dovážené kovové substance tím, že ae vylučuje z výrobního procesu tvárné litiny a jako méně hodnotný odpad ee používá к výrobě litin běžné kvality, tj, 8 pevností v tahu 200 až 250 MPa.In the production of ductile iron castings, the use of liquid metal is about 50%. This means that about 200 kg of liquid ductile iron is needed to produce a casting weighing 100 kg. The difference in weight is due to the risers and inlets which are removed from the casting and, as Teohnolo-Allo wastes, are returned to the production loop in the production of ductile cast iron. However, only part of its occurrence can be used. An obstacle is the high silicon content, which limits the amount of ductile cast iron waste in the batch for the ductile iron modification processes used. Considering that ductile iron is produced in our country mostly from imported pig iron, a significant amount of imported metal substance deteriorates by eliminating ductile iron from the production process and using it as less valuable waste to produce cast iron of normal quality, ie, 8 tensile strengths from 200 to 250 MPa.

Zmíněný odpad tvárné litiny byl použit jako vsázková surovina s odpadem nelegované oceli к výrobě Šedé litiny v indukční kelímkové peci. Vsázku tvořilo 67 % hmot, tvárné litiny - technologického odpadu a 33 % hmot, nelegované oceli - odpadu hlubokotažného plechu. Před odléváním byla litina grafitizačně očkována 0,4 % hmot, drceného ferosilicia a obaahem 73 % hmot, Si, Pevnost v tahu byla zjišíována standardním způsobem na zkušebních tyčích, vyrobených z individuálně odlévaných válcových kuaů průměru 30 mm. Byla zjištěna pevnost v tahu 402 MPa, Jiná tavba ze stejné vaázky měla pevnost 457 MPa, Šedá litina ze vaázky 85 % hmot, tvárné litiny a 15 % hmot, ocelového odpadu měla pevnost 360 MPa. Tavba šedé litiny ze vsázky tvořené 40 % hmot, tvárné litiny, 30 % hmot, ocelového odpadu a 30 % hmot, odpadu nízkofosforecnaté šedé litiny měla pevnost 320 MPa. Obdobné výsledky byly získány u dalších 10 pokusných taveb. Bylo konstatováno, že příznivý účinek odpadu tvárné litiny ve vsázce pro výrobu šedé litiny je patrný již při jejím obsahu kolem 40 % hmot. Strukturu všech zkoušených taveb tvořil drobný lupínkový grafit rozdělený rovnoměrně, eventuálně s náznakem mezidendritického rozložení, uložený v perlitické kovové hmotě. Vzhledem к tomu, že litiny neobsahovaly více než 0,02 % hmot, síry a maximálně 0,06 % hmot, fosforu, bylo ve struktuře minimální množství sirníků a žádné fosfidové eutektikum. V důsledku toho měly všechny litiny zvýšenou houževnatost.Said ductile iron waste was used as a feedstock with non-alloy steel waste to produce gray cast iron in an induction crucible furnace. The charge consisted of 67% of mass, ductile cast iron - technological waste and 33% of mass, non-alloy steel - deep-drawing sheet waste. Before casting, the cast iron was grafted with 0.4% by weight of crushed ferro-silicon and 73% by weight of Si. The tensile strength was determined in a standard manner on test bars made from individually cast cylindrical tubes of 30 mm diameter. A tensile strength of 402 MPa was found, another melt from the same batch had a strength of 457 MPa, gray iron from a batch of 85% by weight, ductile iron and 15% by weight, the steel waste had a strength of 360 MPa. The melt cast iron from the charge of 40% by weight, ductile iron, 30% by weight, steel waste and 30% by weight, low-phosphorus gray cast iron waste had a strength of 320 MPa. Similar results were obtained for a further 10 test melts. It was stated that the beneficial effect of ductile cast iron waste in the gray iron feedstock is already apparent at a content of about 40% by weight. The structure of all tested melts consisted of tiny chipped graphite distributed evenly, possibly with a hint of interdendritic distribution, embedded in a pearlitic metallic mass. Since cast iron contained no more than 0.02% by weight of sulfur and no more than 0.06% by weight of phosphorus, there was a minimum amount of sulfides in the structure and no phosphide eutectic. As a result, all cast irons had increased toughness.

Použití odpadu tvárné litiny jako vsázkového materiálu pro výrobu šedých litin s pevností v tahu nad 300 MPa tavením v elektrických pecích má řadu předností:The use of ductile iron waste as a feedstock for the production of gray iron with a tensile strength above 300 MPa by melting in electric furnaces has a number of advantages:

protože tento odpad obsahuje velmi malé množství fosforu, síry a karbidotvorných prvků, snižuje se obsah těchto prvků v litině, v důsledku čehož má šedá litina menší sklon к zákalce a vyšší houževnatost než litiny srovnatelného uhlíkového ekvivalentu, tj. СЕ = 1 % C + 1/3 % Si;since this waste contains very small amounts of phosphorus, sulfur and carbide-forming elements, the content of these elements in cast iron is reduced, resulting in gray cast iron having a lower tendency to turbidity and higher toughness than cast iron of comparable carbon equivalent, ie СЕ = 1% C + 1 / 3% Si;

odpad tvárné litiny vnáší do vsázky určité množství hořčíku, který podle zkoušek zvyšuje účinnost grafitizačního očkování, které je běžnou metalurgickou praxí při výrobě šedých litin s vysokou pevností v tahu;the ductile iron waste introduces a certain amount of magnesium into the charge, which, according to tests, increases the efficiency of the graphitization seeding, which is a common metallurgical practice in producing gray cast iron with high tensile strength;

litiny mají vesměs perlitickou strukturu s příznivě vyloučeným grafitem, což podmiňuje vysokou pevnost šedé litiny;cast irons have a mostly pearlitic structure with favorably eliminated graphite, which implies a high strength of gray cast iron;

výrobní postup zhodnocuje technologický odpad tvárné litiny. Přitom je produktem metalurgických procesů vycházejících z nedostatkových kvalitních surových želez; šedé litiny в pevností v tahu nad 300 MPa se zpravidla legují mědí, vanadem, chromém, niklem nebo molybdenem. Při způsobu podle vynálezu je možné od legování upustit nebo alespoň snížit množství legur v litině.The production process utilizes the technological waste of ductile cast iron. At the same time, it is a product of metallurgical processes based on scarce quality pig iron; Gray iron in tensile strength above 300 MPa is usually alloyed with copper, vanadium, chromium, nickel or molybdenum. In the process according to the invention, it is possible to dispense with the alloy or at least reduce the amount of alloy in the cast iron.

Litinu vyrobenou způsobem podle vynálezu lze využít pro výrobu náročných odlitků ze Šedé litiny в požadovanou pevností 300 až 400 MPa.The cast iron produced by the process according to the invention can be used for the production of sophisticated gray iron castings with the required strength of 300 to 400 MPa.

Claims

Process for producing gray cast iron having a strength of over 300 MPa, characterized in that the cast iron is melted in an electric furnace from a charge containing 40 to 90% by weight of ductile iron waste and 10 to 40% by weight of non-alloy steel waste. is at least 60% by weight, and the remainder of the charge up to 100% by weight is added with pig iron or gray cast iron waste, or both, to a final iron phosphorus content of less than 0,07% and a sulfur content of iron of less than 0,06 % wt.