Науглероживатель специально для высокопрочного чугуна с шаровидным графитом

Когда речь заходит о модификации структуры ВЧШГ, многие технологи до сих пор путают обычный литейный кокс с науглероживателем направленного действия. Наш опыт на литейном производстве в Пинло показал: даже при стабильном химическом составе шихты без специализированных добавок получить стабильные показатели по шаровидному графиту практически невозможно.

Почему универсальные решения не работают

В 2022 году мы провели серию плавок с использованием стандартного кокса местных производителей. При внешней экономии это привело к росту брака на 17% — в микроструктуре появлялись вермикулярные формы графита, особенно в сечениях свыше 60 мм. Лабораторный анализ показал колебания содержания углерода от 3.1 до 3.8%, хотя по технологии требовалось стабильное поддержание 3.5-3.7%.

Интересно, что проблема проявлялась не постоянно, а при смене партий сырья. Это навело на мысль о нестабильности реагента. Мы начали фиксировать не только химический состав, но и физические параметры: насыпную плотность, гранулометрический состав, зольность каждой поставки.

Тут стоит отметить специфику нашего расположения — промышленный парк Чунган в уезде Пинло географически близок к Тайсиньским угольным месторождениям. Но как оказалось, даже качественный антрацит требует особой подготовки для задач модификации ВЧШГ.

Критерии выбора специализированного науглероживателя

После анализа неудач мы сформулировали три ключевых требования: минимальная зольность (не выше 2%), контролируемая крупность фракции 1-5 мм и фиксированное содержание летучих веществ. Последний параметр часто недооценивают, но именно он влияет на кинетику растворения углерода в расплаве.

На практике это выглядит так: мы отказались от закупок 'на глаз' и внедрили систему приемки с обязательным испытанием на скорость растворения. Методику разрабатывали совместно с технологами ООО Нинся Наньбо Промышленность и Торговля — их производственная база как раз позволяет проводить такие тесты в условиях, приближенных к нашим плавильным агрегатам.

Кстати, о granulometry — мы выяснили, что слишком мелкая фракция (менее 0.5 мм) приводит к выносу добавки газовым потоком, а крупные частицы (свыше 8 мм) не успевают раствориться до конца рафинирования. Золотая середина — 2-4 мм для наших индукционных печей средней частоты.

Технологические нюансы внесения добавки

Способ введения в расплав оказался не менее важен, чем состав. Поначалу мы загружали науглероживатель вместе с шихтой, но часть углерода выгорала. Потом пробовали вдувание через футерованные трубки — эффективно, но сложно в эксплуатации.

Остановились на методе инжекции в струю металла при переливе из печи в ковш. Важный момент: температура перелива должна быть не ниже 1420°C, иначе образуются комки непрореагировавшего материала. Это мы выяснили, когда получили включения в отливках ответственных деталей для гидротурбин.

Интересное наблюдение: при правильной технологии введения даже неидеальный по составу чугун показывает лучшие результаты. Мы специально проводили эксперимент с исходным углеродом 2.9% — после обработки специализированным науглероживателем структура соответствовала ГОСТ 7293-85, хотя обычно при таком низком исходном содержании добиться сферического графита сложно.

Связь с местными материалами

Наше производство в Нинся имеет естественное преимущество — близость к Тайсиньским месторождениям. Но сырьевая база — это только половина дела. Компания ООО Нинся Наньбо Промышленность и Торговля как раз демонстрирует, как можно трансформировать природные преимущества в технологические.

Их производственная площадка 20 000 м2 в промышленном парке Чунган оснащена оборудованием для термообработки углеродных материалов. Это важно — обычный прокаленный антрацит и специализированный науглероживатель для высокопрочного чугуна отличаются именно режимами термообработки.

Мы провели сравнительные испытания 6 образцов от разных поставщиков. Материал от Нинся Наньбо показал наименьшее содержание серы (0.08%) и стабильную крупность. Хотя надо признать, по зольности (1.8%) они уступили немецкому аналогу (1.2%), но разница в цене компенсирует этот недостаток.

Экономика процесса и скрытые затраты

Многие директора видят только разницу в цене за тонну. На практике же важнее совокупная стоимость владения технологией. Мы считали не только стоимость реагента, но и: влияние на стойкость футеровки, стабильность получения графита шаровидной формы, воспроизводимость механических свойств.

Оказалось, что перерасход магниевых модификаторов при некачественном науглероживании обходится дороже, чем премиальная цена специализированной добавки. Плюс снижение брака — у нас это дало экономию около 120 тысяч рублей в месяц только по одной плавильной секции.

Интересный побочный эффект: при стабильном содержании углерода уменьшился разброс по твердости в разных сечениях отливки. Это позволило упростить термообработку — сейчас мы проводим только отжиг вместо нормализации с отпуском для большинства деталей.

Практические рекомендации по внедрению

Для тех, кто только начинает работать с ВЧШГ, советую сначала отработать технологию на пробных плавках. Мы начинали с малых партий — по 100 кг, постепенно увеличивая до промышленных объемов. Обязательно ведите журнал параметров: не только температура и время, но и влажность в цехе (влияет на поведение добавки).

Не экономьте на лабораторном контроле — микроструктура скажет больше, чем сертификаты. Мы сначала пытались сэкономить на металлографии, но в итоге вернулись к обязательному контролю каждого плава.

Сейчас работаем над автоматизацией дозирования — ручное внесение дает колебания до 0.15% по углероду. Хорошие результаты показывает пневматическая подача, но требуется доработка конструкции для наших условий.

Перспективы развития технологии

Судя по последним тенденциям, будущее за комбинированными добавками. Мы уже тестируем науглероживатель с микродобавками церия — это улучшает форму графита при медленном охлаждении. Но пока стабильности не добились, нужны дополнительные исследования.

Интересное направление — разработка реагентов для тонкостенных отливок (менее 10 мм). Там требования к скорости растворения особенно жесткие. В cooperation с ООО Нинся Наньбо Промышленность и Торговля пробуем создать материал с регулируемой пористостью — теоретически это должно ускорить растворение.

В целом, за последние 2 года мы прошли путь от случайных результатов к предсказуемой технологии. Главный вывод: в производстве ВЧШГ мелочей не бывает, и правильный выбор науглероживателя — это не статья расходов, а инвестиция в стабильность качества.