22/8 Solidilication nf Metal~ and Alloys, No 22, 1995 Knepniecie Merali i Stopów, Nr 22, 1995 PAN - Oddział Katowice PL ISSN

Transkrypt

1 22/8 Solidilication nf Metal~ and Alloys, No 22, 1995 Knepniecie Merali i Stopów, Nr 22, 1995 PAN - Oddział Katowice PL ISSN ZABIEG SFEROIDYZOWANIA ŻELIWA PRZY UŻYCIU PRZEWODU ELASTYCZNEGO GUZIK Edward 'l, ASŁANOWTCZ Maciej 2 l, KLUK Ryszard 3 l 1) Wydział Odlewnictwa A G H, Kraków ul. Reymonta 23, POLAND 2) P.P.U.H. - FERRO TERM, Łódź, ul. Wigttry 21, POLAND 3) F U T ZETKAMA S. A., Kłodzko. ul. Śląska 24, POLAND STRESZCZENIE W pracy przedstawiono metodę zabiegu sferoidyzowania żeliwa przy użyciu specjalnego przewodu elastycznego na przykładzie Odlewni FUT ZETKAMA Metodę tę zastosowano dla żeliwa wytapianego w żeliwiaku. Ustalono zużycie tego przewodu w zależności od wyjściowej zawartości siarki w żeliwie oraz wykazano, że koszt produkcji żeliwa sferoidalnego przy wykorzystaniu tej nowoczesnej metody jest niższy, w porównaniu do stosowanych różnych zapraw sferoidyzujących. Omawianą metodę można z powodzeniem zaadaptować w wielu krajowych odlewniach, niezależnie od wykorzystywanych jednostek topiących. l. WPROW ADZENIE Spośród różnych gatunków żeliwa, na szczególne podkreślenie zasługuje żeliwo wysokojakościowe, którego właściwości kształtuje rodzaj eutektyki grafitowej z wydzieleniami grafitu kulkowego bąd ź wermikularnego (z ang. grafit "robaczkowy"). Niewątpliwie udział tego rodzaju żeliwa wysokojako ściowego, w ogólnej produkcji odlewów stopów żeliwa stanowi jeden z najbardziej oczywistych wskaźników nowoczesności odlewni; w krajach wysokouprzemysłowionych sięga on ok. 40 %, a w kraju nie przekracza 9 %, wykazując nieznaczną tendencję wzrostową. (np. wielkość produkcji żeliwa sferoidalnego w roku 1992 i 1993 wyniosła odpowiednio 38 i 52 tys. ton) [1]. Istotnym zagadnieniem w technologii wytwarzania odlewów z żeliwa sferoidalnego, jest dobór składu chemicznego żeliwa wyjściowego, który musi zapewnić maksymalne wykorzystanie postaci kulkowej grafitu oraz odpowiedniej osnowy metalowej w zależności od gatunku żeliwa. Drugim istotnym elementem tej technologii jest wprowadzenie do żeliwa odpowiedniej dawki sferoidyzatora w postaci Mg lub jego stopów oraz przeprowadzenie zabie!:,'u modyfikowania grafityzującego. Podstawową rolę w procesie krystalizacji grafitu kulkowego bądź wermikulamego odgrywają pierwiastki powierzchniowo aktywne w żeliwie, a szczególnie siarka. Dlatego w końcowym etapie procesu należy zmniejszyć jej zawartość w żeliwie poniżej 0,0 l %. Siarka w żeliwie jest eliminowana w wyniku reakcji z Mg i dopiero po zmniejszeniu jej zawartości do wymaganego poziomu, żeliwo wzbogacane jest w ten pierwiastek do wymaganej zawartości, np. w żeliwie

2 77 Rysunek l Schemat stanowiska do zabiegu sferoidyzowania ż eliwa. sferoidalnym zaleca się Mg>0,04 %, zaś dla żeliwa z grafitem wermikularnym; 0,015+0,025% Mg Pierwiastki te, istotnie oddziaływug na prędkość wzrostu kryształów grafitu w krystalograficznych kierunkach (000 l) i < l O l 0), co decyduje o jego postaci (płatkowy, kulkowy, bądź wermtkularny) w żeliwie [2]. Wprowadzenie Mg lub Jego stopów jest operacją najtrudniejszą w procesie wytwarzania żeliwa wysokojakościowego (obserwuje się efekt pirotechniczny) i w tym zakresie stosuje się wiele metod [2]. Z aflalizy 14 różnych czynników wpływających na skuteczność poszczególnych metod sferoidyzowania wynika, że technika INMOLD jest najskuteczniejsza, lecz ciekły metal musi być wytapiany w piecu elektrycznym (ograniczenia siarki w metalu do 0,01 % ) Na drugim miejscu plasuje się metoda (3), przy której wykorzystano sferoidyzujący przewód elastyczny, tj rurkę stalową wypełnioną odpowiednim reagentem (tzw. "metoda drutowa"), przy czym jest ona JUŻ bardziej uniwersalna, gdyż że liwo może być wytapiane w dowolnej jednostce topiącej np. żeliwiak. Przewód elastyczny sferoidyzujący wprowadzany jest do ciekłego żeliwa stopniowo (z określoną prędko ścią), przy użyciu specjalnego dozownika (podajnik rolkowy). Dzięki temu występuje nieznaczny efekt pirotechniczny (małe "wypryski metalu"), stosunkowo duży uzysk magnezu oraz stwarza się możliwość automatyzacji procesu. Tego rodzaju zabieg sferoidyzowania żeliwa jest korzystny dla śro dowiska, gdyż powstające wydzielenia mogą być łatwo kontrolowane i odpowiednio

3 78 odciągane. Metoda ta JeSt coraz częściej wykorzystywana za granicą do wytwarzania odlewów z żeliwa sferoidalnego [4-9]. Celem niniejszej pracy jest określenie możliwości zastosowania metody przewodu elastycznego do wytwarzania że liwa sferoidalnego w warunkach Odlewni FUT - ZETKAMA w Kłodzku oraz przeprowadzenie analizy efektu ekonomicznego, związanego z wykorzystaniem tego rodzaju sferoidyzatora, dla oceny jego opłacalności w warunkach krajowych. 2. URZĄDZENIE DO SFEROIDYZOWANIA ŻELIWA Wytap1alnia Odlewni FUT-ZETKAMA dysponuje baterią ::?. żeliwiaków <fi 800 mm pracującą z zastosowaniem dmuchu, podgrzanego do temperatury :? oc 1 wzbogaconego w tlen (instalacja tlenu tirmy LINDE - GAZ). O ile w czasie topiema żeliwa w piecach indukcyjnych mo ż na zapewn i ć (przy odpowiednio dobranych materialach wsadowych),mał ą zawartość siarki, to jej znaczne zwiększenie występuje podczas procesu żeliwiakowego (siarka pochodząca z koksu), co przy z;astosowaniu klasycznych metod sferoidyzacji, praktycznie utrudnia prowadzenie zabiegu sferoidyzowania żeliwa. Stąd te ż dla potrzeb tej odlewni zaadaptowano metodę przewodu elastycznego, lansowaną przez firmę niemiecką SKW TROSBERG [4], Jako optymalną i wyczerpującą aspekty ekonomiczne oraz BHP. Schemat zainstalowanego urządzenia do zabiegu sferoidyzowania pokazano na rys. l Przebieg wytopów żeliwa sferoidalnego był następujący : Kadź smukłą z ciekłym żeliwem ( l) transportowano, a następnie podwieszano do specjalnej pokrywy (2) przy pomocy suwnicy Następnie wprowadzano do ciekłego metalu, przy pomocy dozownika (3) (tzw. podajnik rolkowy) wymagany odcinek przewodu elastycznego sferoidyzującego (o średnicy t/j 13 mm) pobieranego ze specjalnej "szpuli" (4). Długość przewodu, w zależności od masy ciekłego żeliwa i zawartości siarki, programuje się na elektronicznym pulpicie sterowniczym (5). Wydzielenia gazów z kadzi odciągane są przez specjalną instalację (6). Po wprowadzeniu do ciekłego żeliwa wymaganej zawartości Mg, kadź transportowano na spec1alne stanowisko i w czasie przelewania metalu do kadzi rozlewniczych wprowadzano modyfikator grafityzujący SB - S (::?.%Ba, 1,5% Al, l % Ca, Si i Fe- reszta) 3. WYNIKI BADAŃ I ICH ANALIZA Dla zapewnienia krystalizacji grafitu kulkowego w żeliwie, należy zmniejszyć zawa rto ść siarki poniżej 0,01 % oraz wprowadzić odpowiednią ilość Mg (powyżej 0,04 %) Zużycie przewodu sferoidyzującego Jest zatem funkcją zawartości siarki w żeliwie wyjściowym i można go określić według następującej zależności [ 4,5,6] gdzie: L1'l=S 1 -S 2, zawartość siarki w że liwie odpowiednio przed i po wprowadzeniu Mg, %, (I)

4 79 Tabela l Zużycie przewodu s fero id yz ującego (013 mm ) w z ale ż n ośc i od w yjśc i o wej z awartości siarki w zehwie (Mgkc=0.045 % ; Mg.,,,. = 40 % ), m - Wyj ś ciowa za warto ść siarki, 'Yo o o o o 1 o 11 r---- o Masa ż eliwa w kadzi, kg ' _ ~_7.5~ę_ E i -T Masa że l i w a w kadzi, kg Wyjśc1owa zawartość siarki w żeliw i e, % Rysunek 2 Zu ży cie przewodu s feroidyzuj ącego (0 13 mm ) w za le ż n oś ci od wyjściowej zawarto śc i Siarki w że l iw i e (Mgk, = O 045 %)

5 80 Afg 1, - tmnimalna zawaliość Mg, jaka ma pozostać w żeliwie (tzw "krytyczna zawat1ośc Mg" ).%, m, - masa sferoidyzowanego żeliwa w kadzi, kg, Mg 1, - tlość magnezu w l m przewodu sferoidyzującego (w naszym przypadku Mg=47 g/m [ 4 ]), O, -6- współczynntk wynikający z przeliczenia mas atomowych siarki i magnezu, Mg'"' 'k - uzysk magnezu (wynosi 40 %) Z za le żności (l) wynika, że przy założonej docelowej zawa liości Mg w żeliwje (MR,, ), masie sferoidyzowanego żeliwa (m:), zawartości siarki S 2 (np. 0,006 %) oraz ustalonym uzysku Alg": \'. k dla danego przewodu sferoidyzującego, jego zużycte zależy od zawartości siarki w że l iw i e wyjściowym S 1 przeznaczonym do zabiegu sferoidyzowania. Wykonano stosowne obliczenia z użycia przewodu sferoidyzującego w zależności od zawartości siarki w że liwie (dla 660 _,_ 780 kg metalu), a uzyskane wyniki zamieszczono w tabeli l oraz pokazano na rys. 2 Z obliczonych wartości wynika, że zużycie przewodu sfe roidy zującego istotnie zależy od zawartości siarki w żeliwie wyjściowym. Analiza wyników badań, zabiegu sferoidyzowania żeliwa wyjściowego (S,= 0,08 %) wytapianego w żeliwiaku wykazała, iż przy prędkości wprowadzama przewodu modyfikującego do ciekłego metalu v=20 m/min, jego zużycie jest zgodne z wartośctamt obliczonymi W zależno ści od przyjętego składu chemicznego, można uzyskać żeliwo sferoidalne gatunku , 500-7, bądź Dla porównania kosztów zużycia przewodu elastycznego, w odniesieniu do stosowanych w odlewniach zapraw sferoidyzujących, wykonano stosowne obliczenia, a ich wyniki zamieszczono w tabeli 2. Obliczenia wykonano dla dwóch poziomów siarki w żeliwie wyj ściowym (0,08 i 0,03 % ) charakterystycznej dla metalu wytopionego w piecu indukcyjnym bądż w żeliwiaku Zużycie zaprawy sferoidyzującej obliczono z zależności A. DeSy [l OL Mg,., + 0,75(S, - 0,006) 0 Mg" - M:,Yo gll_::l ',\~ gdzie. Mg",...,k- przyjęto na poziomie 45 %. M[!.kn t - 0,045 % Tabela 2 Oc ena e k onomtczna sposo b u s D erotjyzowama d ze l twa Zawartość siarki Zużycie przewodu Lp. w żeliwie elastycznego 31 wyjściowym %wag w<~ (l), m l , , Masa Koszt wytworzenia sferoidyzatora żeliwa kg zł l) ,5 :!) 179 7,7 77 9,5!) 104 5,7 :!) 108 (2)

6 81 Oznaczeme do tabeli 2: l) Zaprawa VL 63M (6% Mg); koszt = 6,3 tys. zll l t, 2) Zaprawa NiMg ( 17 % Mg); koszt = 18,85 tys. zł/l t 3) l m przewodu sferoidyzującego = 0,3 5 kg/m; l kg przewodu = 6 DM (l DM = l,68 zł) Z analizy danych zestawionych w tej tabeli wynika, iż koszt wytwarzania żeliwa sfero1dalnego przy użyciu przewodu sferoidyzującego jest mniej~zy, w porównaniu do stosowanych dwóch zapraw magnezowych. Reasumując wyniki badań wykorzystania przewodu elastycznego do zabiegu.sfero1dyzowania mo żna wskazać, że metoda ta pozwala uzyskać (z metalu wytopionego z żeliwiaka) że liwo sferoidalne gatunku: l O, czy Zużycie tego przewodu w IStotnym stopniu -zalezy od zawartości siarki w żeliwie wyjściowym do zabiegu sferoidyzowania. Koszt wytwarzania żeliwa sferoidalnego, np. dla masy żeliwa 700 kg, przy wykorzystaniu przewodu sferoidyzującego Jest niższy, w porównaniu do stosowanych zapraw sferoidyzujących 1 niewątpliwie metodę tę można wykorzystać w krajowych odlewniach. LITERATURA [l] Dav1es N T wenty eight- world productwn Modern Casting 84, 1994, s [2] Podrzuck1 C, \Vojtys1ak A : Zehwo plastyczne mestopowe. Część l. Skrypt Uczelniany nr 1095, Wyd. AGH Kraków [3] Guzik E.. Podstawy wytwarzama żeliwa sferoidalnego 1 wermikularnego Konferencja Międzynarodowa, Polanica Zdrój - Szczytno, 17 l 18. V f4] Katalog firmowy SKW Giessere1- Technik GMBH. Trosberg. [5] Rotella J, Mickelson R. Using cored wire in the production of duetile iron. Transactions ofthe American Foundrymen' s Society. 99, 1991, s [6] Cairns R. The manufacture of duetile iron from "high sulphur" cupola iron using magnesium cored wm; technology. The Foundryman. 9, 1992, s [7] Gumbinger D., Korff M. :Mg-wire treatment of duetile iron. Modern Cast2, 1988, s [8] Hecht M.. Le traitement de la fonte au moyen de fils fourres. Fonderie. 10, 1987, s [9) Best K L Treatment of cast iron melts with magnesium wire and inoculant wire for the series production of SG and vermicular graphite castings Casting Plant + Technology. 2, 1989, S [l OJ De Sy A. Quelques resultats de recherches belges sur!es fontes nodulaires. Ref nr 20 na 18 M.K.O. Atusterdam USING CORED WIRE IN TRE PRODUCTTON OF NODULAR CAST iron The paper describes the results of using a Mg alloy in cored wire for the production of nodular cast iron at Foundry FUT ZETKAMA The injection ofmg cored wireis a treatment method which can be used to process (high sulphur) cupola iron held in ladles. Results of calculation and experimental show the amount of wire to be injected based on initial suifur levels. It was stated that cost of cored wire process (for nodular cast iron) is less than for magnesium - master alloys. lt is believed that cored wire also has potential applications at other foundry.