Шлакообразующая смесь для обработки чугуна и стали

Шлакообразующая смесь для обработки чугуна и стали

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1i ц 7770 69

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16.06.77 (21) 2498010/22-02 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.11.80. Бюллетень № 41 (45) Дата опубликования описания 07.11.80 (51) М. Кл.

С 21 С 5/54

Государственный комитет (53) УДК 621.745 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения В. Н. Горячев, В. М. Бреус, И. С. Кумыш, Б. А. Шушлебин, Л. Ф. Косой, А. Ф. Каблуковский, Л. И. Тедер, Ю. Е. Горбенко и Г. Ф. Игнатенко (71) Заявитель Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт черной металлургии имени И. П. Бардина (54) ШЛАКООБРАЗУЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ОБРАБОТКИ

ЧУГУНА И СТАЛИ

1 ! !

1 1 » „,—, .-. -. -. 1 быть использована дня ..мйкуолеинревания стали.

Известна смесь (3) для комплексной обработки чугуна и стали, содержащая, 5 вес %:

Отвальный шлак производства сплавов с редкоземельными металлами 45 — 90

Материал, содержащий

10 галогениды: флюорит или плавиковый шпат 2 — 30

Порошок алюминия 8 — 25

Недостатком смеси является невысокая степень рафинирования металла от серы и

15 кислорода, Цель изобретения — одновременное рафинирование стали от кислорода и серы и микролегирование стали редкоземельными элементами.

20 Поставленная цель достигается за счет того, что известная смесь дополнительно содержит кремнийсодержащий сплав, окислитель и магнезит при следующем соотношении компонентов, вес. %:

25 Порошок алюминия 10 — 25

Кремнийсодержащий сплав 8 — 20

Материал, содержащий галогениды 3 — 10

Окислитель 10 — 40

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к шлакообразующим смесям, используемым при обработке расплавленных чугуна или стали.

Известен модификатор (1), представляющий собой смесь, содержащую, вес. %:

Фториды редкоземельных металлов 5 — 20

Магниевый порошок 1 — 15

Плавиковый шпат 3 — 5

Силикокальций Остальное

Недостаток этого модификатора состоит в том, что он содержит дорогостоящие фториды РЗМ и магний, легкоиспаряющийся и плохо усваиваемый жидкой сталью. Кроме того, экзотермичность смеси низкая.

Известна также экзотермическая шлакообразующая смесь (2) для рафинирования металла, содержащая, вес. %:

Порошок алюминия 6 — 8

Ферросилиций 12 — 14

Известь 25 — 30

Белый электропечной шлак 25 — 30

Железорудный концентрат 15 — 20

Натриевая селитра Остальное

Недостаток этой смеси состоит в том, что она также не содержит соединений редкоземельных элементов (РЗЭ) и не может

777069

Магнезит 10 — 25

Отвальный шлак производства сплавов с редкоземельными металлами 15 —.40

В качестве кремнийсодержащего сплава могут быть использованы, например, ферросилиций, силикокальций, силикоалюминий, силикомагний. При необходимости дополнительного легирования стали такими элементами, как хром, ванадий, марганец и т. п., могут быть использованы кремнийсодержащие сплавы соответствующих элементов.

В качестве материала, содержащего галогениды, могут быть применены, например, плавиковый шпат, флюорит, флюоритовый концентрат, криолит, хиолит, поваренная или калийная соль, хлористый кальций.

В качестве окислителей (поставщиков кислорода) могут быть использованы, например, щелочные соли азотной кислоты (натриевая или калиевая селитры), марганцевая руда, железная руда, прокатная окалина. В смесь могут быть введены один или несколько окислителей.

Отвальный шлак производства сплавов с редкоземельными металлами содержит следующие окислы, вес. /ц.

Окислы редкоземельных элементов 5 — 20

Окись алюминия 30 — 55

Окись кальция 15 — 45

Окись кремния 2 — 10

Окись магния 0,5 — 10

Кроме того, в шлаке могут быть примеси — углерод, сера, окислы железа, марганца, хрома, ванадия, титана и др. — в суммарном количестве не-более 5 / .

В смеси магнезит введен с целью частичной нейтрализации азота стали и уменьшения перехода его в металл.

Алюминий в смеси является основным горючим материалом металлотермического процесса, идущего при использовании смеси.

Окислители являются поставщиком кислорода для такого процесса, кремнийсодержащий компонент смеси служит переносчиком редкоземельных элементов в обрабатываемый металл, а материал, содержащий галогениды применяют в качестве разжижающей добавки.

Смесь может быть использована для обработки стали или чугуна в печи, в ковше, в изложнице, в литейной форме, а также в промежуточном ковше или кристаллизаторе при непрерывной разливке стали.

Обработка металла смесью может быть осуществлена присадкой смеси в таре (например, в бумажных мешках) или россыпью на дно ковша или изложницы, на поверхность металла, на струю металла при выпуске из печи, при разливке, при переливах из одной емкости в другую. При этом количество смеси для обработки металла определяется в зависимости от условий ее ввода и требуемого эффекта дееульфурации и микролегирования и состав5 ляет 2 — 70 кг на 1 т металла.

Из материалов, содержащих галогениды, в смеси могут быть использованы материалы, содержащие 45 — 60 вес. фтора или хлора. Галогениды понижают температуру

10 плавления шлакообразующей смеси и вязкость полученных шлаков, причем фториды более эффективны, чем хлориды. Однако меньший разжижающий эффект от хлоридов компенсирован большим количеством

15 хлора в компонентах смеси по сравнению с количеством фтора. Например, фтористый кальций содержит 45 /ц фтора, а хлористый кальций — 65 /ц хлора, поэтому фториды могут быть заменены хлоридами в соотно2о шенин 1: 1, что и показано в примерах

1 и 3.

Максимальное содержание галогенидов выбрано для гарантированного обеспечения безопасности обслуживающего персо25 нала при разливке стали. При концентрации галогенидов 10 /ц еще не происходит сколько-нибудь заметного выделения фтора или хлора из смеси. Минимальное содержание фторидов или хлоридов — 5 /ц зо обусловлено тем, что при меньшем содержании в смеси они оказывают недостаточное воздействие на шлак.

Криолит и хиолит сильнее снижают температуру плавления смеси и вязкость шлаков, чем, например, плавиковый шпат или флюорит. Его содержание в смеси может быть уменьшено примерно в 1,5 раза. Нижний предел концентрации этих материалов может быть принят 3 /ц, верхний — 10 /ц.

40 Кремний в смеси служит переносчиком

Р3М, и в качестве крем нийсодержаш его сплава может быть использован один из вышеперечисленных сплавов, содержащий

45 — 75 / кремния. Причем при использова45 нии менее богатых кремнием сплавов их следует вводить в смесь в количестве, близком к верхнему пределу, а при использовании более богатых кремнием сплавов количество их может быть снижено. Использо50 вание сплавов, содержащих более 75 /ц кремния, не рекомендуется ввиду сильной их гигроскопичности, а также возможного насыщения смеси влагой и металла водородом.

55 Таким образом, сплавы, содержащие

45 — 75 /ц кремния, вводят в смесь в количестве 8 — 20 вес. / .

Смесь готовят перемешиванием предварительно измельченных компонентов.

60 Кремнийсодержащий сплав и алюминий добавляют к смеси в последнюю очередь.

Рекомендуемый фракционный состав смеси до 5 мм, влажность до 0,5O/o.

Для приготовления смесей использовали

65 следующие материалы:

777069

Алюминиевый

6058 †)

75% -ный ферросилиций

Силикокальций (62,1% кремния)

Флюоритовый концентрат 5

Криолит

Поваренная соль

Натриевая селитра (ГОСТ 828 — 68, сорт Б)

Магнезит 10

Отвальный шлак производства сплавов с редкоземельными металлами.

Алюминий и натриевую селитру использовали в виде готовых порошков по ГОСТ

6058 — 73 и 828 — 68, остальные материалы 15 дробили на шаровой мельнице и последовательно просеивали через сита с ячейками

5)(5 и 2+2 мм. Затем компоненты смеси сушили до влажности 0,3%, дозировали и тщательно перемешивали. 20

Пример 1. Сталь обрабатывали смесью, компоненты которой, их весовое соот-Таблица 1

Состав (в вес. 4) смеси

Порошок алюминия

75 „ -ный ферросилиций

Силикокальций

10

10

50

39

23

2 — 5

2 — 5

12 — 2

2 — 5

22 — 2

0,024

0,0056

0,027

0,020

0,021

0,0070

0,027

0,0190

0,021

0,0070

0,009

0,0037

0,015

0,016

0,0031

Следы

0,007

0,0023

0,0150

0,018

0,0027

Следы

0,012

0,0040

0,033

0,012

0,0031

0,015

0,005

1: ,0019 ,020 серы кислорода

РЗЭ стали получили 0,012% серы, 0,0031% кислорода, 0,015% редкоземельных элементов.

25 Как видно из табл. 1, после обработки стали смесями 1 — 5 в ней получено низкое содержание серы, кислорода и достигнуто микролегирование редкоземельными элементами. Испытаны также смеси 6 и 7, в

30 которых соотношения компонентов выходят за предложенные пределы. Испытания смесей 6 и 7 проводили аналогичным образом, как показано в примере 3. По ре5 порошок ПА-1 (ГОСТ

Компонент смеси и показатель

Флюоритовый концентрат

Криолит

Поваренная соль

Натриевая селитра

Отвальный шлак производства сплавов с РЗЭ

Магнезит

Фракционный состав, мм

До обработки стали содержание, вес, y,: серы кислорода

После обработки соответствующей смесью содержание в готовой стали, вес. 4:

Пример 3. Сталь обрабатывали смесью, компоненты которой, их весовое соотношение и фракционный состав приведены в табл. 1, смесь 3. В 20 кг дуговой печи с магнезитовой футеровкой получили расплав стали, содержащей 0,3% углерода.

При температуре 1630 С с поверхности расплава удалили шлак и на зеркало металла ввели 100 г смеси. Через 7 мин после расплавления смеси сталь слили из печи, залили в кокиль и охладили. 8 Готовой ношение и фракционный состав приведены в табл. 1, смесь 1.

В 0,5 кг печь сопротивления с графитовым нагревателем в атмосфере аргона на поверхность расплава стали, содержащей

1% углерода и 1,5% хрома, при температуре 1570 С ввели 20 г смеси. Сталь расплавляли в магнезитовом тигле. После расплавления шлаковой смеси и выдержки расплава в течение 5 мин тигель извлекли из печи и расплав охладили. Готовая сталь, обработанная этой смесью, содержала:

0,005% серы, 0,0019% кислорода, 0,02% редкоземельных элементов.

Пример 2. Сталь обрабатывали смесью, компоненты которой, их весовое соотношение и фракционный состав приведены в табл. 1, смесь 2. 35 r смеси использовали для обработки стали, как указано в примере 1. Готовая сталь содержала: 0,007% серы, 0,0023% кислорода, 0,015 % редкоземельных элементов.

777069 зультатам испытания установлено, что смеси 6 и 7 не обеспечивают ни микролегирования стали редкоземельными элементами, ни эффективной десульфурации стали.

Смесь 6 имеет избыточное количество отвального шлака, недостаток экзотермических и разжижающих компонентов, а смесь

7 сгорает с высоким пироэффектом и имеет недостаточное количество кремния для переноса редкоземельных элементов в металл. Анализ результатов испытания позволяет сделать следующие выводы по соотношению компонентов смеси.

Оптимальным количеством алюминиевого порошка является 10 — 25%. Уменьшение количества алюминия ниже 10 снижает восстановление редкоземельных элементов из смеси, а увеличение количества алюминия приводит к увеличению в стали содержания кислорода (по-видимому, вследствие образова ния тугоплавких шлаков и загрязнения стали мелкодисперсными включениями глинозема) .

Оптимальное количество кремнийсодержащего компонента в смеси 8 — 20%. При уменьшении его количества ухудшается усвоение сталью редкоземельных элементов, а более высокое содержание этого компонента в смеси снижает основность и рафинирующие свойства полученных шлаков.

Оптимальное количество галогенидов в смеси 3 — 10%, меньшее их количество ухудшает рафинирующие свойства смеси, по-видимому, вследствие увеличения вязкости шлаков, большее количество галогенидов может вызвать загрязнение воздуха на рабочих местах.

Оптимальное количество окислителей

10 — 40%, меньшее их количество ухудшает экзотермичность смеси, более высокое может привести к взрывной реакции и загрязнению атмосферы рабочих мест окислами азота.

Оптимальное содержание магнезита в смеси 10 — 25%. Уменьшение или увеличение его количества в смеси ухудшает рафинирующую способность смеси, так как приводит к увеличению вязкости шлаков, полученных в результате сгорания смеси.

Количество отвального шлака в смеси

15 — 40% обусловлено содержанием в нем окислов редкоземельных элементов и рафинирующими свойствами шлаков, получающихся в результате сгорания смеси, Таким- образом, использование предлагаемой смеси для обработки стали позволяет одновременно осуществлять рафинирование стали от серы и кислорода и микролеги рова ние ее редкоземельными элементами.

В табл. 2 приведено сравнение примеров обработки стали в изложнице по изобретению и по прототипу.

Таблица 2

Смесь

Показатель по прототипу предлагаемая

Расход .смеси на 1 т стали, кг

Содержание отвального шлака

10 производства сплава РЗЭ в смеси, у, Расход шлака РЗЭ на 1 т стали, кг

Удалено из металла в процессе обработки примесей, y: серы кислорода

4,2

3,8

0,57

1,9

0,015

0,0019

0,011

0,0022

Получено в готовой стали, y:

0,019

0,0041

0,022

0,009

0,0037

0,015 серы кислорода

РЗЭ

Удельное количество удаленных из металла примесей в расчете на 1 % расходуемого

25 шлака РЗЭ, Я:

0,058

0,0115

0,263

0,0334 серы кислорода

0,115

0,263

Удельное количество перешедших в сталь РЗЭ,из 1 у, расходуемого шлака РЗЭ, ь

Формула изобретения

50 1. Шлакообразующая смесь для обработки чугуна и стали, включающая порошок алюминия, материал, содержащий галогениды, и отвальный шлак производства сплавов с редкоземельными металлами, 55 отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности одновременного рафинирования чугуна и стали от серы и кислорода и микролегирования ее редкоземельными элементами, она дополнительно

60 содержит кремнийсодержащий сплав, окислитель и магнезит при следующем соотношении компонентов, вес. %.

Порошок алюминия 10 — 25

Кремнийсодержащий сплав 8 — 20

65 Окислитель 10 — 40

При меньшем примерно в 4 раза расходе отвального шлака производства сплавов

РЗЭ после обработки описываемой смесью получена сталь с меньшим содержанием кислорода и серы и с достаточно высоким содержанием РЗЭ; удельные величины удаления из металла серы и кислорода на единицу расходуемого шлака РЗЭ выше в 4,5 и 2,9 раза соответственно, а удельный переход РЗЭ из единицы шлака в сталь выше в 2,3 раза, т. е. при использовании предложенной смеси более полно

45 реализуются полезные свойства отвального шлака РЗЭ, достигается более эффективная и экономичная обработка стали.

777069

5 — 20

Составитель И. Чепикова

Техред И. Пенчко

Редактор Л. Ушакова

Корректор P. Беркович

Заказ 2708/8 Изд. Мв 584 Тираж 626 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

П3035, Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4/5

Чипографчч. пр. Сапунова, 2

Материал, содержащий галогениды 3 — 10

Магнезит 10 — 25

Отвальный шлак производства сплавов с редкоземельными металлами 15 — 40

2. Смесь по п. 1, отличающаяся тем, что отвальный шлак производства сплавов с редкоземельными металлами содержит следующие компоненты, вес. %.

Окислы редкоземельных элементов

Окись алюминия 30 — 55

Окись кальция 15 — 45

Окись кремния 2 — 10

Окись магния 0,5 — 10

5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 452596, кл. С 21 С 1/10, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

1О № 499320, кл. С 21 С 5/54, 1976.

3. Авторское свидетельство по заявке № 2472014/02, кл. С 21 С 5/54, апрель 1977.