CC BY
33
286/ а
1 (54), 2 (55), 2010-
The peculiarities of annealed cast iron modifying by bismuth-molybdenic catalyst are shown.
н. и. урбанович, о. с. комаров, и. б. проворова, бнту, в. м. приемко, оао «МЗоо»
УДК 621.74
особенности модифицирования ковкого чугуна висмут-молибденовым катализатором
Модифицирование ковкого чугуна имеет свои особенности, которые заключаются в том, что компоненты модификатора должны подавлять образование пластинчатого графита во время эвтектической кристаллизации белого чугуна и в то же время способствовать образованию центров кристаллизации графита во время отжига белого чугуна при его превращении в ковкий. Такой способностью целенаправленного воздействия на структуру и свойства ковкого чугуна могут обладать только комплексные модификаторы, которые содержат в своем составе как графитизирующие, так и препятствующие росту графита поверхностно-активные компоненты. В практике производства ковкого чугуна используется комплексный модификатор, состоящий из алюминия, бора и висмута [1].
Известно, что алюминий является химически активным элементом и продукты его взаимодействия с кислородом и азотом способствуют увеличению числа центров графитизации при отжиге белого чугуна, сокращая его продолжительность. Бор - карбидообразующий элемент, который образует карбиды и нитриды, служащие подложкой для зарождения графита. Висмут как поверхностно-активный элемент блокирует рост зародышей графита в процессе кристаллизации эвтектики, чем вызывает глубокое переохлаждение расплава и обеспечивает образование ледебурита.
Следует отметить, что на ОАО «Минский заводе отопительного оборудования» для модифицирования ковкого чугуна используют только алюминий в количестве 0,015% от массы расплава, в результате чего в отливках часто наблюдается графит пластинчатой формы, образовавшийся в ходе первичной кристаллизации. Применение же висмута и бора в составе комплексного модификатора сдерживается их дороговизной и необходимостью вложения валютных средств для их покупки.
В то же время на предприятиях нефтехимической промышленности Республики Беларусь имеются отходы производств, в которых в виде оксидов находятся карбидообразующие и поверхностно-активный элементы. К таким отходам относится отработанный висмут-молибденовый катализатор Полоцкого предприятия «Полимир», содержащий около 16% оксида висмута ^20з) и около 20% оксида молибдена (МоОз). Носителем этих веществ является оксид кремния ^Ю2).
Для оценки возможности использования оксида молибдена и висмута в качестве модификатора для ковкого чугуна провели анализ зависимостей величин изменения свободной энергии Гиббса реакций этих оксидов с компонентами чугуна от температуры.
Изменение свободной энергии Гиббса (изобар-но-изотермический потенциал) определяли по формуле [2]
(Т ) = ArHo - Т ,
где ДгН°, ДrSo - соответственно изменение энтальпии и энтропии реакции.
В результате получены зависимости, приведенные на рис. 1.
Сопоставление полученных зависимостей дает основание предположить, что оксиды висмута (В^03) и молибдена (Мо03) легко восстанавливаются присутствующими в расплаве чугуна кремнием и углеродом. При этом молибден частично восстанавливается и растворяется в железе, а частично вступает в реакцию с углеродом, образуя карбид молибдена (Мо2С), который впоследствии может служить в качестве подложки для образования зародышей графита. Висмут, восстановленный из оксида, переходит в расплав и как поверхностно-активный элемент замедляет рост зароды-
Рис. 1. Зависимость изменения энергии Гиббса от температуры для процессов восстановления молибдена и висмута из оксидов и образования возможных соединений с 81, 8, С
шей графита в процессе кристаллизации, чем вызывает глубокое переохлаждение расплава и обеспечивает образование ледебурита.
С целью проверки возможности использования отработанного висмут-молибденового катали-
/хтг:с г: кгтшлтггг /907
-1 (54,2 (55), 2010 / ЛЛМЯ
затора в качестве модифицирующей добавки в составе комплексного модификатора проводили исследования в лабораторных условиях. Шихту массой 70 кг расплавляли в индукционной печи ИСТ-01. В качестве шихты использовали литники из ваграночного чугуна ОАО «МЗОО». Для компенсации угара по углероду и кремнию в расплав вводили электродный бой и ферросилиций с целью получения чугуна состава: С - 3,3 мас.%;
- 1,48, Мп - 0,5, 8 - 0,11 мас.%. При температуре 1400 °С расплав заливали в ковш емкостью 10 кг, предварительно поместив на его дно модифицирующую добавку. После 10-секундной выдержки расплава в ковше заливали формы клиновидных проб металлом: без добавки модификатора, с добавкой 0,015% А1, с добавкой 0,015% А1 + 0,004% В1 + 0,003% В и с добавкой 0,015% А1 + 0,042% В1-Мо катализатора от массы расплава. На рис. 2 показаны макроструктуры изломов клиновидных проб. Из рисунка видно, что комплексный модификатор, состоящий из алюминия и отработанного висмут-молибденового катализатора (рис. 2, г), наиболее эффективно устраняет выделение графита при первичной кристаллизации.
С целью проверки модифицирующего действия разработанного комплексного модификатора в промышленных условиях была проведена опытная плавка на ОАО «МЗОО». Для сравнения модифицирующего эффекта с принятой на заводе тех-
Рис. 2. Макроструктура излома клиновидной пробы из ковкого чугуна:а - без добавки; б - 0,015% А1; в - 0,015% А1 + 0,004% В1 + 0,003% В; г - 0,015% А1+0,042% ВьМо отработанного катализатора
Ш//хтг* г: шьштъ
I 1 (54), 2 (55), 2010-
нологией модифицирования в один ковш вводили добавку алюминия в количестве 0,015% от массы расплава, в другой - комплексный модификатор, состоящий из алюминия (0,015%) и отработанного висмут-молибденового катализатора (0,042%). Из каждого ковша чугуном состава 3,1% С, 1,5% Si, 0,5% Мп, 0,1% Сг, 0,13% S заливали формы для получения клиновидных проб, анализ изломов которых подтвердил результаты лабораторных исследований [3, 4].
Таким образом, проведенный анализ зависимостей величин изменения свободной энергии
Гиббса реакций от температуры процессов взаимодействия компонентов отработанного висмут-молибденового катализатора с углеродом и кремнием чугуна, лабораторные и промышленные исследования дают основание полагать, что в качестве поверхностно-активной добавки можно использовать вещества, содержащие его оксиды, а вместо бора, который образует тугоплавкие карбиды и нитриды, - оксид молибдена, образующий тугоплавкие карбиды, служащие подложкой для зарождения графита в процессе отжига белого чугуна на ковкий.
Литература
1. Б о г а ч е в И. Н., Д а в ы д о в Г. С., Р о ж к о в а С. Б. Графитизация и термическая обработка белого чугуна. М.: Машиностроение, 1964.
2. Термодинамические свойства индивидуальных веществ: Справ. изд. В 4-х т. 3-е изд., перераб. и расшир. М.: Наука, 1982. Т. 4. Кн. 1.
3. Ресурсосберегающая технология модифицирования отливок из ковкого чугуна / Н. И. Урбанович, О. С. Комаров, В. И. Волосатиков и др. // Литье и металлургия. 2008. № 4. С. 92-95.
4. Удешевление комплексного модифицирования за счет использования вторичных ресурсов / О. С. Комаров, Н. И. Урбано-вич, В. И. Волосатиков и др. // Литейное производство. 2009. № 7. С. 2-4.
