reforef.ru 1
  1. Модификатор – это не ферросплав.


  2. Модификатор – это ферросплав особой элитной породы.


ДОКЛАД

«История развития производства модификаторов и основные требования к ним».
В 80-х годах прошлого столетия модификаторы часто называли ферросплавами, поэтому наша монография 1983 года посвященная только модификаторам их получению и применению, называется «Ферросплавы с редко – и щелочноземельными металлами». Досадная неточность!

И хотя прошло более 20 лет, некоторые аспекты проблемы производства и применения модификаторов, изложенные в монографии, остаются актуальными и сейчас. Так, во введении мы указывали: «известно бесчисленное множество составов модификаторов… при разработке новых составов авторы исходят преимущественно из частных соображений, а вопросы выбора сырья, способы его подготовки к плавке, технологичности и экономичности производства и применения, а также оценка санитарно-гигиенических условий остаются вне поля зрения исследователей».

Произошли ли коренные изменения более чем за два десятилетия? Не пора ли собирать камни и применить другой системный подход? Мне кажется , что пока мы не поймём, что проблему связанную с качеством выпускаемых отечественных модификаторов и разумным их использованием потребителями, надо решать только вместе, суммируя усилия литейщиков, ферросплавщиков и металлургов, мы не продвинемся вперёд.

Дело в том, что качественный модификатор – это только часть проблемы получения высококачественной отливки. Ещё в 1993 году в одной из наших публикаций были указаны три причины, сдерживающие рост производства отливок из высокопрочного чугуна.

Первая, Это низкое качество жидкого чугуна перед модифицированием (недостаточный перегрев, высокое содержание серы, нестабильный химический состав, неконтролируемые вредные примеси).

Вторая. Низкое качество и высокая стоимость модификаторов, выпускаемых в то время ферросплавными заводами (большой разброс по содержанию магния, отсутствие поставок потребителю требуемого .


Третья причина. Это отсутствие простого, безопасного и достаточно эффективного метода сфероидизирующей обработки.

Поэтому повторюсь: решение проблемы в целом зависит как от изготовителей, так и от потребителей модификаторов. Что же касается качественных показателей модификаторов, то их формирование начинается с выбора исходных шихтовых материалов и заканчивается доставкой готовой продукции потребителю.

В этой связи приведу два примера, касающихся производства графитизирующих модификаторов – ферросилиция марки ФС75 и силикобария.

Примерно в 80-х годах прошлого столетия институтом ВНИИлитмаш была произведена оценка качества ферросилиция Челябинского электрометаллургического комбината, Стахановского и Кузнецкого завода ферросплавов. Как графитизатор, наилучшим оказался ферросилиций ЧЭМК. Причина: для производства ферросплава использовали кварцит различных месторождений. Секрет оказался до банальности простым: в Бакальском кварците, который в те года использовал ЧЭМК, в отличие от кварцитов других месторождений – был барий. Кстати о барии. История его такова. Вначале в СССР до середины 70-х годов был алюминобарий, получали его в крайне ограниченном количестве на Ключевском заводе ферросплавов по спецзаказу МЧМ СССР для модифицирования жаропрочных сталей. Литейщики о нём не могли и мечтать. В 1969 году мы получили авторское свидетельство на способ получения силикобария из природного сульфатного сырья и стоимость бария была снижена в 7 раз. В результате были созданы необходимые предпосылки для широкого применения бария в литейном производстве. У литейщиков появился новый более эффективный графитизирующий модификатор. Это подтвердил ЦНИИТМАШ, который провёл широкие промышленные испытания силикобария. Позже на Ермаковском заводе ферросплавов по указанию Минчермета было освоено производство ферросилиция с барием (20-25% Ва), но эффективность его была гораздо ниже. Причина – неудачный выбор сырья. Оказалось, что кварцито-баритовые руды Казахстана содержат такие нежелательные примеси как цинк и свинец, которые ухудшают качество модификатора.


Теперь о магнийсодержащих модификаторах.

По указанию министерства их производство пытались осуществить в ферросплавных цехах путем растворения магния в жидком ферросилиции. В ковш загружали чушки магния и на них из печи выпускали расплав, имеющий температуру около 1800 градусов. О последствиях такого опыта, который закончился взрывом, мне рассказывал бывший директор Запорожского завода Николай Михайлович Деханов. Эксперимент века осуществили когда директора на заводе не было. При подходе к заводу Николая Михайловича пытались задержать незнакомые ему люди, которые никого не впускали и не выпускали. После спокойного разъяснения этим джентльменам, что перед ними сам директор они воскликнули: «А вот Вас-то мы и ждём». Это было первое серьёзное предупреждение о том, что модификатор это не ферросплав! Министерством было принято решение о строительстве нового специализированого цеха. В нём предусматривалось использование новейших технологий, в том числе по нашему способу, который мы с Николаем Михайловичем (он уже работал в УкрНИИспецстали) запатентовали в пяти зарубежных странах. Для растворения магния была разработана оригинальная установка, в которой использовали электромагнитное утяжеление, а способ назвали ЭМУГ (электромагнитное управление гравитацией). Идея способа проста: под воздействием электромагнитного поля чушки магния в жидком ферросилиции тонут. Растворение магния происходит без пироэффекта при равномерном его распределении в объёме расплава.

Гипросталь выполнила проект цеха. Строительство цеха оценивалось в 70 млн. рублей. Таких денег в министерстве не нашлось и от строительства цеха отказались. На этом Советский период эпопеи с модификаторами закончился.

Итак, чем же отличается обычный ферросплав от модификатора?

В настоящее время за рубежом и в России, кроме нашего предприятия, модификатор разливают в изложницы. При медленном затвердевании расплава в слитке толщиной даже 30 мм наблюдается ликвация магния и других химически активных элементов, которые распределяются в объёме слитка крайне неравномерно. Вследствие химической и структурной неоднородности при дроблении слитка образуется пылевидная фракция с повышенным содержанием магния. Случалось, что при дроблении слитка модификатора марки ФСМг5 и получении из него требуемых потребителем классов крупности получали частицы, содержащие от 3 до 18% магния.


Естественно, что при введении в жидкий чугун такого модификатора будет и пироэффект и нестабильные результаты модифицирования.

Одним из путей коренного улучшения качества модификаторов, основных показателей их производства и применения является получение гранул или пластин путем закалки из жидкого состояния. Попытка получения гранул путем диспергирования расплава на вращающемся диске и последующего охлаждения капель в воде, проведённая НИИМом ещё в 80х годах, закончилась небольшим взрывом на Ключевском заводе ферросплавов и от водной грануляции пришлось отказаться.

В последующие годы работы по получению высококачественных модификаторов были продолжены на кафедре технологии металлов ЧГАУ, в которых принимали активное участие И.В. Рябчиков, Н.М. Соловьёв, а затем Р.Г. Усманов и С.С. Мельчин. Закаленные пластины модификатора получали на вращающихся охлаждаемых валках кристаллизатора.

Длительные лабораторные исследования увенчались успехом было создано нестандартное оборудование и разработан оригинальный способ непрерывной разливки спецферросплавов, защищённые патентами РФ. Результаты лабораторных исследований заинтересовали А.Я. Дынина и на основе их создано предприятие ООО НПП Технология.

Сравнительная оценка качества быстроохлажденных или чипс–модификаторов, полученных из слитка проведена на лабораторных и промышленных образцах. Фазовый состав сплавов изучали на микроанализаторе МS-46 фирмы Сameca. Чипс- модификаторы характеризовались более равномерным распределением магния и резким измельчением фаз. Измельчение структуры и более равномерное распределение химически активных элементов должны благоприятно повлиять на снижение пироэффекта при модифицировании чугуна. Взаимодействие магния с металлическим расплавом при использовании различных модификаторов схематически показано на рисунке. Видно, что при использовании чипс-модификатора из-за малых размеров (10…20 мкм) магнийсодержащих фаз размер образующихся пузырьков пара магния будет также сравнительно небольшой. В результате достигается максимальная поверхность контакта магния с расплавом и, следовательно, высокая степень его усвоения.


По инициативе А.Г. Панова проведены исследования микроструктуры образцов модификаторов отечественных производителей, на электронном микроскопе японского производства. Использование новых современных методов исследования, как и следовало ожидать, дало весьма интересные и неожиданные результаты. При просмотре срезов частицы «чипса» или крупки из слитка обнаружено большое различие в содержании и распределении кислородосодержащих фаз. При этом окисленный магний присутствует в основном вокруг рыхлостей, которых достаточно много в слиточном модификаторе. Размер этих рыхлостей 100…200 мкм (фото 2, 3). В чипсе небольшие рыхлости выявлены только при трёхтысячном увеличении, и они крайне редки (фото 4) в 30 раз меньше, чем в слитке. Более подробно результаты этих исследований будут представлены в другом докладе.

В общем можно констатировать, что нами выбрано правильное направление по улучшению качества модификаторов путем коренного изменения способа разливки. Но поскольку на формирование качества модификатора влияют и качество исходной шихты и технология приготовления расплава в печи и другие факторы, то основное внимание сейчас сосредоточено на плавке. В настоящее время разработана программа по совершенствованию технологии выплавки модификатора, в которой предусмотрены меры по улучшению однородности расплава, защите активных элементов и, прежде всего, магния от окисления. Все они направлены на улучшение качества нашей продукции.

Отдел перспективного развития производства модификаторов на предприятии проводит исследования по следующим основным направлениям:


  1. Разработка теории и технологии производства алюминокальцияи комплексных модификаторов на его основе. Цель – снижение стоимости бескремниевых модификаторов в сравнении с известными лигатурами на основе никеля.
  2. Разработка составов реакционных смесей, включающих оксиды, карбонаты и восстановители (Al, Si), рафинирующей и модифицирующей обработки чугуна и стали, т.е. в ряде случаев отказаться от производства модификаторов в ферросплавной печи и осуществлять обработку расплава шихтой, предназначенной для металлотермической плавки.


  3. Разработка принципиально новых технических решений производства комплексных кремнистых модификаторов с высоким содержанием щелочноземельных металлов, т.е. суммарное содержание кальция, стронция и бария в сплаве может быть 30-40%. Разработанные технологии позволят получать модификаторы на основе либо кальция, либо бария, либо стронция, которые позволят литейщикам и металлургам более успешно осуществлять внепечную обработку чугуна и стали.



Рябчиков И.В., д.т.н., профессор
Рисунки для доклада

Рис.1


Рис. 2




Рис.3



Рис.4

Рис.5