RS62964B1 - Inokulant za liveno gvožđe i metoda za proizvodnju inokulanta za liveno gvožđe - Google Patents

Description

Opis

Oblast tehnike:

[0001] Predmetni pronalazak se odnosi na inokulant na bazi ferosilicijuma za proizvodnju livenog gvožđa sa sferoidnim grafitom, i na metodu za proizvodnju inokulanta.

Osnova:

[0002] Liveno gvožđe se obično proizvodi u kupolastoj ili indukcionoj peći, i generalno sadrži od 2 do 4 procenta ugljenika. Ugljenik je blisko pomešan sa gvožđem, a oblik koji ugljenik dobija u očvrslom livenom gvožđu je veoma važan za odlike i svojstva livenog gvožđa. Ako ugljenik dobija oblik gvožđe karbida, onda se liveno gvožđe naziva belim livenim gvožđem, i po fizičkim karakteristikama je tvrdo i krto, što je nepoželjno za većinu primena. Ako je ugljenik u obliku grafita, liveno gvožđe je meko i obradivo.

[0003] Grafit u livenom gvožđu može biti u lamelarnom, kompaktiranom ili sferoidnom obliku. Sferoidni oblik daje najveću čvrstoću i najžilaviju vrstu livenog gvožđa.

[0004] Oblik koji grafit dobija, kao i količina grafita u odnosu na gvožđe karbid, može da se reguliše pomoću određenih aditiva koji podstiču formiranje grafita tokom očvršćavanja livenog gvožđa. Ovi aditivi se nazivaju nodularizatorima i inokulantima, a njihovo dodavanje u liveno gvožđe nodularizacija, odnosno inokulacija. U proizvodnji livenog gvožđa, formiranje gvožđe karbida, posebno u tankim delovima, često može predstavljati problem. Do formiranja gvožđe karbida dolazi brzim hlađenjem tankih delova u poređenju sa sporim hlađenjem debljih delova odlivka. Formiranje gvožđe karbida u proizvodu od livenog gvožđa u struci se naziva „odbel“. Nastajanje odbela se kvantifikuje merenjem „dubine odbela“ i moć inokulanta da spreči odbel i smanji dubinu odbela je pogodan način za merenje i poređenje inokulanata, naročito kod sivih gvožđa. Kod nodularnog gvožđa, moć inokulanta se obično meri i poredi pomoću gustine broja grafitnih nodula.

[0005] Zbog razvoja industrije, postoji potreba za čvršćim materijalima. To znači, više legiranja elementima koji pospešuju karbid, kao što su Cr, Mn, V, Mo, itd., i livenje tanjih delova i lakši dizajn odlivaka. Zato postoji stalna potreba za razvojem inokulanata koji smanjuju dubinu odbela i poboljšavaju mašinsku obradivost sivog livenog gvožđa i povećavaju gustinu broja grafitnih sferoida u tegljivom livenom gvožđu.

[0006] Nije sasvim protumačena tačna hemija i mehanizam inokulacije, i zašto inokulanti funkcionišu na takav način u različitim rastopima livenog gvožđa, pa se veliki deo istraživanja odnosi na obezbeđivanje novih i poboljšanih inokulanata za industriju.

[0007] Smatra se da kalcijumi neki drugi elementi potiskuju formiranje gvožđe karbida i podstiču formiranje grafita. Većina inokulanata sadrže kalcijum. Dodavanje ovih supresanata gvožđe karbida obično je olakšano dodavanjem ferosilicijumske legure, i možda najviše korišćene ferosilicijumske legure su legure sa velikim sadržajem silicijuma koje sadrže 70 do 80% silicijuma, i legure sa malim sadržajem silicijuma koje sadrže 45 do 55% silicijuma. Elementi koji obično mogu biti prisutni u inokulantu i dodati u liveno gvožđe kao ferosilicijumska legura za stimulisanje nukleacije grafita u livenom gvožđu su npr., Ca, Ba, Sr, Al, metali retke zemlje (RE), Mg, Mn, Bi, Sb, Zr i Ti.

[0008] Suzbijanje formiranja karbida je povezano sa svojstvima nukleacije inokulanta. Pod svojstvima nukleacije podrazumeva se broj nukleusa formiranih od strane inokulanta. Veliki broj formiranih nukleusa dovodi do povećanja gustine broja grafitnih nodula, i tako poboljšava delotvornost inokulacije i poboljšava suzbijanje nastanka karbida. Nadalje, velika brzina nukleacije može takođe dovesti do bolje otpornosti na iščezavanje efekta inokulacije tokom produženog vremena progrevanja istopljenog gvožđa nakon inokulacije. Iščezavanje inokulacije se može objasniti spajanjem i ponovnim rastvaranjem populacije nukleusa, što izaziva smanjenje broja potencijalnih centara nukleacije.

[0009] U.S. patent br.4,432,793 objavljuje inokulant koji sadrži bizmut, olovo i/ili antimon. Poznato je da bizmut, olovo i/ili antimon imaju veliku moć inokulacije i obezbeđuju povećanje broja nukleusa. Poznato je da ovi elementi takođe deluju protiv sferoidizacije, i zna se da povećanje prisustva ovih elemenata u livenom gvožđu izaziva narušavanje sferoidne grafitne strukture grafita. Inokulant prema U.S. patentu br.4,432,793 je ferosilicijumska legura koja sadrži od 0,005% do 3% retkih zemalja i od 0,005% do 3% jednog od metalnih elemenata bizmuta, olova i/ili antimona legiranih u ferosilicijumu.

[0010] U.S. patentna prijava br.2015/0284830 odnosi se na leguru za inokulaciju za tretiranje debelih delova livenog gvožđa, koja sadrži od 0,005 do 3 mas.% retkih zemalja i od 0,2 do 2 mas.% Sb. U pomenutom US 2015/0284830 otkriveno je da antimon, kada je povezan sa retkim zemljama u leguri na bazi ferosilicijuma, omogućava delotvornu inokulaciju, i uz stabilizaciju sferoida, debelih delova, bez nepovoljnog dodavanja čistog antimona u tečno liveno gvožđe. Inokulant prema US 2015/0284830 opisan je kao uobičajeno korišćen u smislu inokulacije kupatila od livenog gvožđa, za prekondicioniranje pomenutog livenog gvožđa, kao i za tretman nodularizatorom. Inokulant prema US 2015/0284830 sadrži (u mas.%) 65% Si, 1,76% Ca, 1,23% Al, 0,15% Sb, 0,16% RE, 7,9% Ba, i ostatak je gvožđe.

[0011] Iz WO 95/24508 poznat je inokulant livenog gvožđa sa povećanom brzinom nukleacije. Ovaj inokulant je inokulant na bazi ferosilicijuma koji sadrži kalcijum i/ili stroncijum i/ili barijum, manje od 4% aluminijuma i od 0,5 do 10% kiseonika u obliku jednog ili više oksida metala. Međutim, nađeno je da je reproduktivnost broja formiranih nukleusa pomoću inokulanta prema WO 95/24508 prilično mala. U nekim slučajevima, veliki broj nukleusa se formira u livenom gvožđu, dok je u drugim slučajevima broj formiranih nukleusa prilično mali. Inokulant prema WO 95/24508 iz navedenog razloga ima malu primenu u praksi.

[0012] Iz WO 99/29911 poznato je da dodavanje sumpora u inokulant iz WO 95/24508 ima pozitivan efekat na inokulaciju livenog gvožđa i povećava reproduktivnost nukleusa.

[0013] U WO 95/24508 i WO 99/29911 oksidi gvožđa; FeO, Fe2O3i Fe3O4, predstavljaju poželjne okside metala. Ostali oksidi metala pomenuti u ovim patentnim prijavama su SiO2, MnO, MgO, CaO, Al2O3, TiO2i CaSiO3, CeO2, ZrO2. Poželjni sulfid metala je odabran iz grupe koja se sastoji od FeS, FeS2, MnS, MgS, CaS i CuS. Iz US patentne prijave br.

2016/0047008 poznat je čestični inokulant za tretiranje tečnog livenog gvožđa, koji sadrži, sa jedne strane, noseće čestice napravljene od topljivog materijala u tečnom livenom gvožđu, a sa druge strane, površinske čestice sačinjene od materijala koji pospešuje germinaciju i rast grafita, koji je raspoloživ i distribuiran na diskontinualni način na površini nosećih čestica, pri čemu površinske čestice imaju takvu distribuciju veličine zrna da je njihov prečnik d50 manji ili jednak jednoj desetini prečnika d50 nosećih čestica. Navedena namena inokulanta u pomenutom US 2016 je, između ostalog, za inokulaciju delova od livenog gvožđa različite debljine i male osetljivosti na osnovni sastav livenog gvožđa. Zato postoji želja da se obezbedi inokulant velike efikasnosti koji formira veliki broj nukleusa, dovodeći do velike gustine broja grafitnih nodula. Nadalje, postoji želja da se obezbedi inokulant koji može da pruži bolju otpornost na iščezavanje efekta inokulacije tokom produženog vremena progrevanja istopljenog gvožđa nakon inokulacije. Druga želja je da se obezbedi inokulant na bazi FeSi koji sadrži antimon, a koji nema nedostatke iz prethodnog stanja tehnike. Bar neke od ovih želja su ispunjene putem predmetnog pronalaska, kao i druge pogodnosti, što će biti očigledno iz sledećeg opisa. Nadalje, CN 103898 268 B1 objavljuje Sb2O3kao inokulant za gvožđe.

Rezime pronalaska:

[0014] U prvom aspektu, predmetni pronalazak se odnosi na inokulant za proizvodnju livenog gvožđa sa sferoidnim grafitom, pri čemu pomenuti inokulant sadrži leguru čestičnog ferosilicijuma koja se sastoji od oko 40 do 80% masenih Si; 0,02-10% masenih Ca; 0-15% masenih metala retkih zemalja; 0-5% masenih Al; 0-5% masenih Sr; 0-5% masenih Mg; 0-12% masenih Ba; 0-10% masenih Zr; 0-10% masenih Ti; 0-10% masenih Mn; ostatak je Fe i slučajne nečistoće u uobičajenoj količini, pri čemu je najmanje jedan od elemenata Ba, Sr, Zr, Mn, ili Ti, ili njihov zbir, prisutan u količini od najmanje 0,05% masenih, i pri čemu pomenuti inokulant dodatno sadrži, u odnosu na masu, na bazi ukupne masa inokulanta: 0,1 do 15% masenih čestičnog Sb2O3.

[0015] U otelotvorenju, ferosilicijumska legura sadrži od 45 do 60% masenih Si. U drugom otelotvorenju inokulanta, ferosilicijumska legura sadrži od 60 do 80% masenih Si.

[0016] U otelotvorenju, metali retke zemlje obuhvataju Ce, La, Y i/ili mišmetal. U otelotvorenju, ferosilicijumska legura sadrži do 10% masenih metala retkih zemalja. U otelotvorenju, ferosilicijumska legura sadrži od 0,02 do 5% masenih Ca. U drugom otelotvorenju, ferosilicijumska legura sadrži od 0,5 do 3% masenih Ca. U otelotvorenju, ferosilicijumska legura sadrži od 0 do 3% masenih Sr. U daljem otelotvorenju, ferosilicijumska legura sadrži od 0,2 do 3% masenih Sr. U otelotvorenju, ferosilicijumska legura sadrži od 0 do 5% masenih Ba. U dodatnom otelotvorenju, ferosilicijumska legura sadrži od 0,1 do 5% masenih Ba. U drugom otelotvorenju, ferosilicijumska legura sadrži od 0,5 do 5% masenih Al. U otelotvorenju, ferosilicijumska legura sadrži do 6% masenih Mn i/ili Ti i/ili Zr. U otelotvorenju, ferosilicijumska legura sadrži manje od 1% masenih Mg.

[0017] U otelotvorenju, najmanje jedan od elemenata Ba, Sr, Zr, Mn, ili Ti, ili njihov zbir, prisutan je u količini od najmanje 0,1% masenih.

[0018] U otelotvorenju, inokulant sadrži od 0,5 do 10% čestičnog Sb2O3.

[0019] U otelotvorenju, inokulant je u obliku homogene smeše ili mehaničke/fizičke smeše legure čestičnog ferosilicijuma i čestičnog Sb2O3.

[0020] U otelotvorenju, čestični Sb2O3je prisutan kao jedinjenje za premaz na leguri na bazi čestičnog ferosilicijuma.

[0021] U otelotvorenju, čestični Sb2O3je mehanički pomešan ili homogenizovan sa legurom na bazi čestičnog ferosilicijuma, u prisustvu veziva.

[0022] U otelotvorenju, inokulant je u obliku aglomerata sačinjenih od smeše legure čestičnog ferosilicijuma i čestičnog Sb2O3, u prisustvu veziva.

[0023] U otelotvorenju, inokulant je u obliku briketa sačinjenih od smeše legure čestičnog ferosilicijuma i čestičnog Sb2O3, u prisustvu veziva.

[0024] U otelotvorenju, legura na bazi čestičnog ferosilicijuma i čestični Sb2O3dodaju se odvojeno ali istovremeno u tečno liveno gvožđe.

[0025] U drugom aspektu, predmetni pronalazak se odnosi na metodu za proizvodnju inokulanta prema predmetnom pronalasku, pri čemu metoda obuhvata: dobijanje legure na bazi čestica koja sadrži od 40 do 80% masenih Si; 0,02-10% masenih Ca; 0-5% masenih Sr; 0-12% masenih Ba; 0-15% masenih metala retkih zemalja; 0-5% masenih Mg; 0-5% masenih Al; 0-10% masenih Mn; 0-10% masenih Ti; 0-10% masenih Zr; ostatak je Fe i slučajne nečistoće u uobičajenoj količini, pri čemu je najmanje jedan od elemenata Ba, Sr, Zr, Mn, ili Ti, ili njihov zbir, prisutan u količini od najmanje 0,05% masenih, i pri čemu pomenuti inokulant dodatno sadrži, u odnosu na masu, na bazi ukupne masa inokulanta: 0,1 do 15% masenih čestičnog Sb2S3, da bi se proizveo pomenuti inokulant.

[0026] U otelotvorenju metode, čestični Sb2O3je mehanički pomešan ili homogenizovan sa legurom na bazi čestica.

[0027] U otelotvorenju metode, čestični Sb2O3je mehanički pomešan ili homogenizovan sa legurom na bazi čestica u prisustvu veziva. U daljem otelotvorenju metode, mehanički pomešana ili homogenizovana legura na bazi čestica i čestični Sb2O3, u prisustvu veziva, dalje formiraju aglomerate ili brikete.

[0028] U drugom aspektu, predmetni pronalazak se odnosi na upotrebu inokulanta, kako je gore definisano, u proizvodnji livenog gvožđa sa sferoidnim grafitom, dodavanjem inokulanta u rastop livenog gvožđa pre livenja, istovremeno sa livenjem ili kao inokulant u kalupu.

[0029] U otelotvorenju upotrebe inokulanta, legura na bazi čestičnog ferosilicijuma i čestični Sb2O3dodaju se kao mehanička/fizička smeša ili homogena smeša u rastop livenog gvožđa.

[0030] U otelotvorenju upotrebe inokulanta, legura na bazi čestičnog ferosilicijuma i čestični Sb2O3dodaju se odvojeno ali istovremeno u rastop livenog gvožđa.

Kratak opis crteža

[0031]

Slika 1: dijagram koji pokazuje gustinu broja nodula (broj nodula po mm<2>, skraćeno N/mm<2>) u uzorcima livenog gvožđa rastopa AJ u primeru 1.

Slika 2: dijagram koji pokazuje gustinu broja nodula (broj nodula po mm<2>, skraćeno N/mm<2>) u uzorcima livenog gvožđa rastopa CH u primeru 2.

Detaljan opis pronalaska

[0032] Prema predmetnom pronalasku, obezbeđen je veoma potentan inokulant, za proizvodnju livenog gvožđa sa sferoidnim grafitom. Inokulant sadrži leguru na bazi FeSi, pri čemu, najmanje jedan od elemenata Ba, Sr, Zr, Mn, ili Ti, ili njihov zbir, prisutan je u količini od najmanje 0,05% masenih, u kombinaciji sa čestičnim antimon oksidom (Sb2O3). Inokulant prema predmetnom pronalasku se lako proizvodi, i količina Sb u inokulantu se lako reguliše i menja. Izbegavaju se komplikovani i skupi koraci legiranja, i, pored toga, inokulant može da se proizvede po nižoj ceni u poređenju sa inokulantima prema prethodnom stanju tehnike koji sadrže Sb.

[0033] U proizvodnom postupku za proizvodnju tegljivog livenog gvožđa sa sferoidnim grafitom, rastop livenog gvožđa se obično tretira nodularizatorom pre tretmana inokulacije, npr., koristeći leguru MgFeSi. Tretman nodularizacije ima za cilj promenu oblika grafita od pahuljica u nodule kada se taloži i zatim raste. To se radi promenom energije graničnih površina granične površine grafit/rastop. Poznato je da su Mg i Ce elementi koji menjaju energiju graničnih površina, pri čemu je Mg delotvorniji od Ce. Kada se Mg doda u osnovni rastop gvožđa, prvo će reagovati sa kiseonikom i sumporom, a samo „slobodni magnezijum“ će imati nodularizacioni efekat. Reakcija nodularizacije je burna, dovodi do mešanja rastopa, i nastaje šljaka koja pluta po površini. Usled burne reakcije, većina centara nukleacije za grafit koji su već u rastopu (uvedeni preko sirovina) i ostale inkluzije koje predstavljaju deo šljake biće na vrhu i biće uklonjeni. Međutim, izvesne količine inkluzija MgO i MgS nastalih tokom nodularizacije i dalje će biti u rastopu. Te inkluzije kao takve nisu dobri centri nukleacije.

[0034] Primarna funkcija nukleacije je da spreči nastanak karbida uvođenjem centara nukleacije za grafit. Pored uvođenja centara nukleacije, inokulacija takođe transformiše inkluzije MgO i MgS nastale tokom nodularizacije u centre nukleacije dodatkom sloja (sa Ca, Ba ili Sr) na inkluzije.

[0035] Prema predmetnom pronalasku, legure na bazi čestičnog FeSi treba da sadrže od 40 do 80% masenih Si. Čista legura FeSi je slab inokulant, ali je uobičajeni nosač legure za aktivne elemente, i omogućava dobru disperziju u rastopu. Tako, postoje razne poznate kompozicije FeSi za inokulante. Klasični legirajući elementi u inokulantu legure FeSi obuhvataju Ca, Ba, Sr, Al, Mg, Zr, Mn, Ti i RE (posebno Ce i La). Količina legirajućih elemenata može biti različita. Inokulanti su obično projektovani da zadovolje različite zahteve u proizvodnji sivog, kompaktiranog i tegljivog gvožđa. Inokulant prema predmetnom pronalasku može da sadrži leguru na bazi FeSi sa sadržajem silicijuma od oko 40-80% masenih. Legirajući elementi mogu da sadrže oko 0,02-10% masenih Ca; oko 0-5% masenih Sr; oko 0-12% masenih Ba; oko 0-15% masenih metala retkih zemalja; oko 0-5% masenih Mg; oko 0-5% masenih Al; oko 0-10% masenih Mn; oko 0-10% masenih Ti; oko 0-10% masenih Zr; ostatak je Fe i slučajne nečistoće u uobičajenoj količini, a najmanje jedan od elemenata Ba, Sr, Zr, Mn, ili Ti, ili njihov zbir, prisutan je u količini od najmanje 0,05%, npr. oko 0,1% masenih.

[0036] Legura na bazi FeSi može biti legura sa velikim sadržajem silicijuma, koja sadrži 60 do 80% silicijuma, ili legura sa malim sadržajem silicijuma, koja sadrži 45 do 60% silicijuma. Silicijum je obično prisutan u legurama livenog gvožđa, i on je element koji stabilizuje grafit u livenom gvožđu, čime se istiskuje ugljeni iz rastvora i pospešuje se nastajanje grafita. Legura na bazi FeSi treba da ima veličinu čestica u klasičnom opsegu za inokulante, npr., od 0,2 do 6 mm. Treba zapaziti da manje veličine čestica, kao što su fine čestice, FeSi legure takođe mogu da se primene u predmetnom pronalasku, da bi se dobio inokulant. Kada se koriste veoma male čestice legure na bazi FeSi, inokulant može biti u obliku aglomerata (npr. granula) ili briketa. Da bi se dobili aglomerati i/ili briketi predmetnog inokulanta, čestice Sb2O3se mešaju sa legurom čestičnog ferosilicijuma mehaničkim mešanjem ili homogenizacijom, u prisustvu veziva, a zatim aglomeracijom smeše praha prema poznatim metodama. Vezivo može, na primer, biti rastvor natrijum silikata.

Aglomerati mogu biti granule sa pogodnom veličinom proizvoda, ili mogu biti izmrvljene i prosejane do željene finalne veličine proizvoda.

[0037] Mnoge različite inkluzije (sulfidi, oksidi, nitridi i silikati) mogu da se formiraju u tečnom stanju. Sulfidi i oksidi elemenata IIA grupe (Mg, Ca, Sr i Ba) imaju veoma slične kristalne faze i visoku tačku topljenja. Poznato je da elementi IIA grupe grade stabilne okside u tečnom gvožđu; zato se zna da su inokulanti i nodularizatori na bazi ovih elemenata efikasni dezoksidansi. Kalcijum je najčešći mikroelement u ferosilicijumskim inokulantima. Prema pronalasku, legura na bazi čestičnog FeSi sadrže od oko 0,02 do oko 10 % masenih kalcijuma. Kod nekih primena je poželjno da bude mali sadržaj Ca u leguri na bazi FeSi, npr. od 0,02 do 0,5% masenih. U drugim primenama, sadržaj Ca može biti veći, npr. od 0,5 do 5 % masenih. Visoka koncentracija Ca može da poveća nastajanje šljake, što obično nije poželjno. Više inokulanata sadrži oko 0,5 do 3% masenih Ca u leguri FeSi. Legura na bazi FeSi treba da sadrži do oko 5% masenih stroncijuma. Količina Sr od 0,2-3% masenih je obično pogodna. Barijum može biti prisutan u količini do oko 12% masenih u inokulantu leguri FeSi. Poznato je da Ba daje bolju otpornost na iščezavanje efekta inokulacije tokom produženog vremena progrevanja istopljenog gvožđa nakon inokulacije, i daje bolju delotvornost u širem temperaturnom opsegu. Mnogi inokulanti legure FeSi sadrže oko 0,1-5% masenih Ba. Ako se barijum koristi zajedno sa kalcijumom, oni mogu zajedno da deluju dajući veće smanjenje odbela nego ekvivalentna količina kalcijuma.

[0038] Magnezijum može biti prisutan u količini do oko 5% masenih u inokulantu leguri FeSi. Međutim, pošto se Mg obično dodaje u postupku nodularizacije u proizvodnji tegljivog gvožđa, količina Mg u inokulantu može biti mala, npr. do 0,1% masenih.

[0039] Legura na bazi FeSi može da sadrži do 15% masenih metala retkih zemalja (RE). RE obuhvataju barem Ce, La, Y i/ili mišmetal. Mišmetal je legura elemenata retkih zemalja koja obično sadrži oko 50% Ce i 25% La, uz male količine Nd i Pr. U poslednje vreme, metali retke zemlje se često uklanjaju iz mišmetala, i kompozicija legure mišmetala može imati oko 65% Ce i oko 35% La, i tragove težih RE metala, kao što su Nd i Pr. Dodavanje RE se često koristi da bi se povratio broj grafitnih nodula i nodularnost u tegljivom gvožđu koje sadrži štetne elemente, kao što su Sb, Pb, Bi, Ti, itd. U nekim inokulantima, količina RE je do 10% masenih. Višak RE u nekim slučajevima može dovesti do glomaznih grafitnih formacija. Tako, kod nekih primena, količina RE treba da bude manja, npr. od 0,1-3% masenih.

Poželjno, RE je Ce i/ili La.

[0040] Prijavljeno je da aluminijum ima snažno dejstvo na smanjenje odbela. Al se često kombinuje sa Ca u inokulantima na bazi legure FeSi u proizvodnji tegljivog gvožđa. U predmetnom pronalasku, sadržaj Al treba da bude do oko 5% masenih, npr. od 0,1-5%.

[0041] Cirkonijum, mangan i/ili titanijum su takođe često prisutni u inokulantima. Slično kao gorepomenuti elementi, Zr, Mn i Ti imaju značajnu ulogu u procesu nukleacije grafita, za koji se pretpostavlja da nastaje usled događaja heterogene nukleacije tokom očvršćavanja. Količina Zr u leguri na bazi FeSi može biti do oko 10% masenih, npr. do 6% masenih.

Količina Mn u leguri na bazi FeSi može biti do oko 10% masenih, npr. do 6% masenih. Količina Ti u leguri na bazi FeSi takođe može biti do oko 10% masenih, npr. do 6% masenih.

[0042] Poznato je da antimon ima veliku moć inokulacije, i obezbeđuje povećanje broja nukleusa. Međutim, prisustvo male količine Sb u rastopu (takođe se naziva štetnim elementom) može da smanji nodularnost. Ovaj negativni efekat može da se poništi primenom Ce ili drugog RE metala. Prema predmetnom pronalasku, količina čestičnog Sb2O3treba da

1

bude od 0,1 do 15% masenih na bazi ukupne količine inokulanta. U nekim otelotvorenjima, količina Sb2O3je 0,5-10% masenih. Dobri rezultati su takođe dobijeni kada je količina Sb2O3od oko 0,5 do oko 3,5% masenih, na bazi ukupne mase inokulanta. Čestice Sb2O3treba da imaju malu veličinu čestica, tj. mikronsku veličinu, npr.10-150 µm, što dovodi do veoma brzog topljenja i/ili disolucije čestica Sb2O3kada se uvedu u rastop livenog gvožđa.

[0043] Dodavanje Sb u obliku čestica Sb2O3umesto legiranja Sb sa legurom FeSi pruža nekoliko pogodnosti. Mada je Sb snažan inokulant, kiseonik je takođe značajan za delotvornost inokulanta. Druga prednost je dobra reproduktivnost i fleksibilnost kompozicije inokulanta, jer se količina i homogenost čestičnog Sb2O3u inokulantu lako reguliše. Značaj regulisanja količine inokulanata i postojanja homogene kompozicije inokulanta je očigledno, s obzirom na činjenicu da se antimon obično dodaje na nivou ppm. Dodavanje nehomogenog inokulanta može dovesti do pogrešnih količina elemenata za inokulaciju u livenom gvožđu. Još jedna prednost je isplativija proizvodnja inokulanta u poređenju sa metodama koje uključuju legiranje antimona u leguri na bazi FeSi.

[0044] Takođe, treba shvatiti da sastav legure na bazi FeSi može da varira u definisanom opsegu, i stručnjak će znati da se količina legiranih elemenata dopunjava do 100%. Postoji više klasičnih legura inokulanata na bazi FeSi, i stručnjak će znati kako na osnovu toga da menja sastav kompozicije baze FeSi, u definisanim limitima.

[0045] Brzina dodavanja inokulanta prema predmetnom pronalasku u rastop livenog gvožđa je obično od oko 0,1 do 0,8% masenih. Stručnjak može da podesi brzinu dodavanja u zavisnosti od nivoa elemenata, npr. za inokulant sa velikim sadržajem Sb obično je potrebna manja brzina dodavanja.

[0046] Predmetni inokulant je proizveden obezbeđivanjem legure na bazi čestičnog FeSi sa sastavom kao što je ovde definisan, i dodavanjem pomenutoj čestičnoj bazi čestičnog Sb2O3, da se dobije predmetni inokulant. Čestice Sb2O3mogu mehanički/fizički da se mešaju sa česticama legure na bazi FeSi. Može da se koristi svaka pogodna mešalica za mešanje/homogenizaciju čestičnih i/ili praškastih supstanci. Mešanje može da se izvodi u prisustvu pogodnog veziva, ali treba imati u vidu da prisustvo veziva nije neophodno. Čestice Sb2O3takođe mogu da se homogenizuju sa česticama legure na bazi FeSi, dajući homogeno pomešan inokulant. Homogenizacijom čestica Sb2O3sa česticama legure na bazi FeSi može da nastane stabilan premaz na česticama legure na bazi FeSi. Međutim, treba imati u vidu da mešanje i/ili homogenizacija čestica Sb2O3sa legurom na bazi čestičnog FeSi nisu obavezni da bi se dobio efekat inokulacije. Legura na bazi čestičnog FeSi i čestice Sb2O3mogu da se dodaju odvojeno ali istovremeno u tečno liveno gvožđe. Inokulant takođe može da se doda kao inokulant u kalupu. Čestice inokulanta legure FeSi i čestice Sb2O3takođe mogu da formiraju aglomerate ili brikete prema opšte poznatim metodama.

[0047] Sledeći primeri pokazuju da dodavanje Sb2O3zajedno sa česticama legure na bazi FeSi može da dovede do velike gustine broja nodula kada se inokulant dodaje livenom gvožđu. Veliki broj nodula omogućava smanjenje količine inokulanta potrebnog da se postigne željeni efekat inokulacije.

Primeri

[0048] Svi test uzorci su analizirani u pogledu mikrostrukture da bi se odredila gustina nodula. Mikrostruktura je ispitana u jednoj istegljivoj šipki iz svakog ispitivanja prema ASTM E2567-2016. Zadati limit za veličinu čestica je >10 µm. Tegljivi uzorci su imali Ø28 mm i liveni su u standardnim kalupima prema ISO1083 - 2004, i isečeni su i pripremljeni prema standardnoj praksi za analizu mikrostrukture, pa su procenjeni pomoću softvera za automatsku analizu slike. Gustina nodula (takođe se naziva gustina broja nodula) predstavlja broj nodula (broj nodula) po mm<2>, skraćeno N/mm<2>.

Primer 1

[0049] Jedan rastop livenog gvožđa, rastop AJ od 275 kg, rastopljen je i tretiran sa 1,20-1,25 mas.% MgFeSi legure nodularizatora sledećeg sastava: 46 mas.% Si, 4,33 mas.% Mg, 0,69 mas.% Ca, 0,44 mas.% RE, 0,44 mas.% Al, ostatak Fe i slučajne nečistoće, u pokrivenoj kutlači za topljenje. Za pokrivanje je korišćeno 0,7 masenih % čeličnih opiljaka. Rastop je iz kutlače za tretiranje presut u kutlače za izlivanje. Dodati udeo za inokulante bio je 0,2% masenih, dodato u svaku kutlaču za izlivanje. Temperatura tretiranja MgFeSi bila je 1500°C, i temperatura izlivanja je bila 1380 - 1352°C. Vreme progrevanja od punjenja kutlača za izlivanje do izlivanja bilo je 1 minut za sva ispitivanja.

[0050] Ispitivani inokulanti su imali tri različite legure na bazi ferosilicijuma sledećeg sastava:

Inokulant A: 74 mas.% Si, 2,42 mas.% Ca, 1,73 mas.% Zr, 1,23 mas.% Al, ostatak je Fe i slučajne nečistoće u uobičajenoj količini.

Inokulant B: 68,2 mas.% Si, 0,95 mas.% Ca, 0,94 mas.% Ba, 0,93 mas.% Al, ostatak je Fe i slučajne nečistoće u uobičajenoj količini.

Inokulant C: 64,4 mas.% Si, 1,51 mas.% Ca, 0,53 mas.% Ba, 4,17 mas.% Zr, 3,61 mas.% Mn, 1,29 mas.% Al, ostatak je Fe i slučajne nečistoće u uobičajenoj količini.

[0051] Čestice legure na bazi ferosilicijuma (inokulant A, B i C) obložene su čestičnim Sb2O3putem mehaničkog mešanja da se dobije homogena smeša.

[0052] Finalni hemijski sastav livenog gvožđa u svim postupcima obrade bio je u okviru 3,5-3,7 mas.% C, 2,3-2,5 mas.% Si, 0,29-0,31 mas.% Mn, 0,009-0,011 mas. %S, 0,04-0,05 mas.% Mg.

[0053] Količine čestičnog Sb2O3dodate u leguru na bazi FeSi (inokulant A, B i C) prikazane su u Tabeli 1. Količina Sb2O3predstavlja količinu jedinjenja, na bazi ukupne mase inokulanata u svim testovima.

Tabela 1. Kompozicije inokulanta.

[0054] Gustina nodula u livenom gvožđu iz ispitivanja inokulacije u rastopu AJ prikazana je na Slici 1. Analiza mikrostrukture je pokazala da inokulant prema predmetnom pronalasku (inokulant A Sb2O3) ima veoma veliku gustinu nodula. Analiza mikrostrukture je pokazala da su i inokulant B+Sb2O3 i inokulant C+Sb2O3, prema predmetnom pronalasku, pogodni za inokulaciju tegljivog gvožđa, i daju veliku gustinu nodula.

Primer 2

[0055] Rastop od 275 kg je proizveden i tretiran sa 1,20-1,25 mas.% MgFeSi nodularizatora u pokrivenoj kutlači za topljenje. MgFeSi legura za nodularizaciju imala je sledeći maseni

1

sastav: 4,33 mas.% Mg, 0,69 mas.% Ca, 0,44 mas.% RE, 0,44 mas.% Al, 46 mas.% Si, ostatak je gvožđe i slučajne nečistoće u uobičajenoj količini. Za pokrivanje je korišćeno 0,7 masenih % čeličnih opiljaka. Dodati udeo za sve inokulante bio je 0,2% masenih dodato u svaku kutlaču za izlivanje. Temperatura tretiranja nodularizatora bila je 1500°C i temperatura izlivanja je bila 1365 - 1359 °C. Vreme progrevanja od punjenja kutlače za izlivanje do izlivanja bilo je 1 minut za sva ispitivanja. Tegljivi uzorci su imali Ø28 mm i liveni su u standardnim kalupima i isečeni su i pripremljeni prema standardnoj praksi pre procene pomoću softvera za automatsku analizu slike.

[0056] Inokulant je imao sastav legure na bazi FeSi 74 mas.% Si, 1,23 mas.% Al, 2,42 mas.% Ca, 1,73 mas.% Ce, ostatak je gvožđe i slučajne nečistoće u uobičajenoj količini, ovde označen kao inokulant A. Čestični antimon oksid u količini navedenoj u Tabeli 2 dodat je u čestice legure na bazi FeSi (inokulant A) i putem mehaničkog mešanja je dobijena homogena smeša.

[0057] Finalno gvožđe je imalo hemijski sastav od 3,84 mas.% C, 2,32 mas.% Si, 0,20 mas.% Mn, 0,017 mas.% S, 0,038 mas.% Mg.

[0058] Količine čestičnog Sb2O3dodate u leguru na bazi FeSi, inokulant A, prikazane su u Tabeli 2. Količina Sb2O3je na bazi ukupne mase inokulanata u svim testovima.

Tabela 2. Kompozicije inokulanta.

[0059] Gustina nodula u livenom gvožđu iz ispitivanja inokulacije u rastopu CH prikazana je na Slici 2. Analiza mikrostrukture je pokazala da su inokulanti prema predmetnom pronalasku (inokulant A+Sb2O3u različitim količinama) pogodni za inokulaciju tegljivog gvožđa, i daju veliku gustinu nodula.

[0060] Pošto su opisana različita otelotvorenja pronalaska, stručnjaku će biti očigledno da se mogu koristiti ostala otelotvorenja koja uključuju koncepte. Ovaj i drugi primeri iz pronalaska, prethodno ilustrovani i na pratećim slikama, služe samo kao primer i stvarni obim pronalaska treba odrediti iz narednih patentnih zahteva.

1

Claims (14)

Patentni zahtevi

1. Inokulant za proizvodnju livenog gvožđa sa sferoidnim grafitom, pri čemu pomenuti inokulant sadrži

leguru čestičnog ferosilicijuma koja se sastoji od oko 40 do 80% masenih Si;

0,02-10% masenih Ca;

0-15% masenih metala retkih zemalja;

0-5% masenih Al;

0-5% masenih Sr;

0-5% masenih Mg;

0-12% masenih Ba;

0-10% masenih Zr;

0-10% masenih Ti;

0-10% masenih Mn;

pri čemu, najmanje jedan od elemenata Ba, Sr, Zr, Mn, ili Ti, ili njihov zbir, prisutan je u količini od najmanje 0,05% masenih,

pri čemu pomenuti inokulant dodatno sadrži, prema masi, na bazi ukupne mase inokulanta: 0,1 do 15% masenih čestičnog Sb2O3, ostatak je Fe i slučajne nečistoće u uobičajenoj količini.

2. Inokulant prema zahtevu 1, pri čemu, ferosilicijumska legura sadrži od 45 do 60% masenih Si.

3. Inokulant prema zahtevu 1, pri čemu, ferosilicijumska legura sadrži od 60 do 80 % masenih Si.

4. Inokulant prema bilo kom od prethodnih zahteva, pri čemu, metali retke zemlje uključuju Ce, La, Y i/ili mišmetal.

5. Inokulant prema bilo kom od prethodnih zahteva, pri čemu, inokulant sadrži 0,5 do 10% masenih čestičnog Sb2O3.

6. Inokulant prema bilo kom od prethodnih zahteva, pri čemu, inokulant je u obliku homogene smeše ili fizičke smeše legure čestičnog ferosilicijuma i čestičnog Sb2O3.

7. Inokulant prema bilo kom od prethodnih zahteva, pri čemu, čestični Sb2O3je prisutan kao jedinjenje za premaz na leguri čestičnog ferosilicijuma.

8. Inokulant prema bilo kom od prethodnih zahteva, pri čemu, inokulant je u obliku aglomerata ili briketa sačinjenih od smeše legure čestičnog ferosilicijuma i čestičnog Sb2O3.

9. Inokulant prema bilo kom od prethodnih zahteva, pri čemu, legura na bazi čestičnog ferosilicijuma i čestični Sb2O3dodaju se odvojeno ali istovremeno u tečno liveno gvožđe.

10. Metoda za proizvodnju inokulanta prema zahtevima 1-9, pri čemu metoda obuhvata:

dobijanje legure na bazi koja se sastoji od oko 40 do 80% masenih Si;

0,02 do 10% masenih Ca;

0-15 % masenih metala retkih zemalja;

0-5% masenih Al;

0-5% masenih Sr;

0-5% masenih Mg;

0-12 % masenih Ba;

0-10 % masenih Zr;

0-10 % masenih Ti;

0-10% masenih Mn;

pri čemu, najmanje jedan od elemenata Ba, Sr, Zr, Mn, ili Ti, ili njihov zbir, prisutan je u količini od najmanje 0,05% masenih, ostatak je Fe i slučajne nečistoće u uobičajenoj količini, i dodavanje u pomenutu leguru na bazi čestica 0,1 do 15% masenih čestičnog Sb2O3, da bi se proizveo pomenuti inokulant.

11. Metoda prema zahtevu 10, pri čemu, čestični Sb2O3se mehanički meša ili homogenizuje sa legurom na bazi čestica.

12. Primena inokulanta prema zahtevima 1-9 u proizvodnji livenog gvožđa sa sferoidnim grafitom, dodavanjem inokulanta u rastop livenog gvožđa pre livenja, istovremeno sa livenjem ili kao inokulant u kalupu.

1

13. Upotreba prema zahtevu 12, pri čemu, legura na bazi čestičnog ferosilicijuma i čestični Sb2O3dodaju se kao mehanička smeša ili homogena smeša u rastop livenog gvožđa.

14. Upotreba prema zahtevu 12, pri čemu, legura na bazi čestičnog ferosilicijuma i čestični Sb2O3dodaju se odvojeno ali istovremeno u rastop livenog gvožđa.

1