Основными направлениями интенсификации процесса   получения чугунных отливок являются снижение себестоимости процесса плавки и получение чугуна со строго регламентируемыми физико-механическими и специальными свойствами.

Основными  плавильными  агрегатами в чугунолитейных цехах предприятий СНГ  являются индукционные печи промышленной частоты (ИЧТ) и вагранки с холодным не обогащенным кислородом воздушным дутьем (ВХД).

При получении чугуна в ВХД в качестве шихты используют литейный чугун Л1-Л6 (50-70 %), чугунный лом, отходы  собственного  производства (10-20 %) и стальной лом (10-40 %). При плавке синтетического чугуна в ИЧТ шихтой служит стальной лом и отходы собственного производства, а для науглероживания применяют  литейный или доменный кокс.

Для получения чугуна стандартного по содержанию кремния его легируют ферросилицием (ГОСТ 1415-93) марок ФС 20……. ФС 75.

В случае плавки чугунов специальных марок, в частности чугуна с мелкодисперсными равнораспределенными графитовыми включениями, расплав модифицирует карбидом кремния.

Анализ технологий получения чугунов в различных плавильных агрегатах позволил предположить, что применение  CSiC-брикетов как компонента шихты позволяет совместить  процесс  выплавки с модифицированием и дает возможность:

- при плавке в вагранке: заменить литейный чугун на передельный и исключить из плавки ферросилиций;

-  при плавке в индукционной печи: отказаться от использования ферросилиция и доменного (литейного)  кокса, содержащего серу в пределах 1,5-2 %.

Технологии производства чугунов в вагранках и синтетического чугуна в ИЧТ внедрены на ряде предприятий Украины.

Кафедрой электрометаллургии НМетАУ разработана технология выплавки в вагранке с холодным не обогащенным  кислородом дутьем (ВХД) чугуна для отливок, предусматривающая использование в шихте углеродокарбидокремниевых брикетов. (CSiC-брикетов). Применение углеродокарбидокремниевых  брикетов позволяет заменить в шихте литейный чугун Л1-Л6 на передельный П1, П2 и вывести из состава шихты ферросилиций.

Опытно-промышленные плавки чугуна СЧ-15 с использованием в шихте брикетов (содержащих карбид кремния), взамен ферросилиция и без использования в шихте литейного чугуна Л3-Л6, проводили в чугуннолитейном цехе в ВХД производительностью 10т/час. При проведении опытной плавки в составе  металлошихты 21 %  литейного чугуна Л5 был заменен на передельный чугун и возврат собственных отходов.

С целью получения сопоставимых результатов плавку проводили по следующей технологии. До восемнадцатой бадьи плавку в вагранке вели на металлошихте состоящей  из 37 % - литейного чугуна, 55,9 % - литников и возврата собственных отходов, 1,5 % - ферросилиция (ФС45) и 1,3 % ферромарганца, а начиная с девятнадцатой бадьи постепенно уменьшали  содержание ферросилиция в завалке, заменяя его брикетами (таб.). К двадцать пятой бадье заменили 50 % ферросилиция и литейный чугун Л1-Л6 на передельный чугун П1-П2.

Соотношение содержания брикетов и ферросилиция в завалке выбирали таким образом, чтобы концентрация кремния в чугуне была 2,3-2,5 %. Расход кокса на рабочую калошу во время плавки был постоянным и составлял 110-120 кг на тонну металлошихты.

По ходу плавки отбирали пробы на химический состав и контроль металлографической  структуры. Температуру контролировали на выходе металла из копильника (табл.)

Таблица

Содержание углеродокарбидокремниевых брикетов в шихте, химический состав и температура металла.

  Анализ приведенных данных показывает, что применение брикетов взамен ферросилиция позволяет получить стандартный по содержанию кремния чугун марки СЧ15. При этом содержание углерода в чугуне повышается с 3,21 % до 3,90 %, что позволяет выплавлять чугун для отливок используя в шихте только передельный чугун П1 и П2, исключив из шихты литейный чугун Л1-Л6. Использование в плавке брикетов обеспечивает повышение температуры чугуна на 58-113 °С.

Для проведения сравнительных исследований по выплавке синтетического чугуна в индукционной печи ИЧТ-04 как объект испытания был выбран чугун СЧ 35 (ГОСТ 1412-85) следующего химического состава, % :

С – 2,9-3,0; Si – 1,2-1,5; Mn – 0,7-1,1; P ≤ 0,2;  S ≤ 0,12.

  В качестве  шихты использовали 100 % стального лома марка 1А (ГОСТ 2787-88) и CSiC-брикеты. Результаты выплавки чугуна, с использованием брикетов показали, что полученный металл соответствует требованиям ГОСТ 1412-85 на серый  чугун с пластинчатым графитом. Усвоения кремния из CSiС-брикетов составило 96,2 %, а углерода 82 %.

Использование брикетов позволило сэкономить 50-60 кг/т ферросилиция марки ФС 65 и исключить из шихты передельный чугун и кокс.

           Металлографические сравнительные исследования показали, что чугуны полученные по опытной и действующей технологии серый с ферритной структурой. В опытном металле  графитовые включения представлены тонкодисперсными пластинами, а в чугуне текущего производства – крупными. Измельчение графитовых включений обусловлено изменением механизма зарождения и роста последних, вследствие, блокирования плоскостей молекулярным углеродом, переходящим  в металл в результате разложения карбида кремния при взаимодействии с жидким металлом.

  Чугун, полученный с использованием CSiC- брикетов характеризуется мелкодисперсными выделениями графита, что и обеспечивает уменьшение на 30-40 % расхода элементов глобуризаторов (Mg, Ce, PЗМ), используемых для получения ЧВГ, ЧШГ.