Способ рафинирования и модифицирования стали

п 1682570 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(45) Дата опубликования описания 30.08.7 СССРделам нзобретении открытий 1.365.988,8)(53 нко, Е, С. Калинников, В, М, Кунгуров, И. М, МураМ, Кудрявцев, Б, Н, Ларионов, Б. Ш. Танкелевич,В. И, Решетнева и Г. П, Кривоногов 71) Заявит СПОСОБ РАФИНИРОВАОДИФИЦИРОВАНИЯ СТА Изобретение относится к области металлургической промышленности и может быть использовано при производстве стали.Известны способы рафинирования и модифицирования стали 11 и 2.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ, по которому в расплав погружают десульфураторы в виде стержней, пластин, труб и т. д., стержни изготовляют из доломита или извести с добавлением в их состав от 1,0 до 30,0% плавикового шпата (СаГв); стержни-десульфураторы после расплавления металла, доводки по химическому составу и расплавления погружают в расплав, который энергично перемешивается путем донной продувки инертными газами, электромагнитным или механическим способом; по мере растворения десульфуратора он взаимодействует с растворенной серой в металле, и в результате энергичного перемешивания связанная сера выносится на поверхность раздела шлак - металл 31, Способ позволяет снизить содержание серы до 0,001%.Однако рафинирование по известному способу не всегда обеспечивает необходимый уровень качества стали. Благодаря физико-химическим свойствам СаГ играет определяющую роль в кинетике удалениясеры из расплава. Повышение содержания СаГ, в составе десульфуратора приводит к увеличению скорости десульфурации стали.Одновременно начинает разрушаться футсровка печи или ковша, независимо от состава огнеупора. Известно, что попытка довести содержание СаГ 2 в шлаке (для обраработки металла) до 30,0 Ъ привела к выводу из строя сталеплавильного ковша из за растворения плавиковым шпатом футеровки стен ковша и стопора, Увеличение содержания СаГ 2 в печном шлаке в агрегате с основной футеровкой также приводит к разрушению ее, к увеличению содержания 15 МдО в шлаке, увеличению неметаллических включений в металле, и как следствие, к снижению свойств стали. Снижение содержания СаГ в составе десульфуратора до 1,0% резко уменьшает скорость удале ния серы из металла и значительно снижает производительность.Целью изобретения является получениестали, рафинированной т сульфидов и оксидов, повышения механических свойств стали и стойкости футеровки печи.Это достигается тем, что в металл, ограниченный высокостабильными окислами, со свободной энергией образования соединений при 1600 С равной 150 в 2 ккал/г ЗО моль, вводят алюминий с последующей682570 присадкой р.з.м. в количестве, необходимом для полного связывания по стехиометрии кислорода и серы в расплаве в соединении типа РЗМОз и РЗМЬз или превышающем в 1,1 - 2 раза. При этом после присадки каждого из элементов проводили интенсивное перемешиванис расплава в течение 5 - 35 мин.Из всех элементов, применяемых для раскисления и десульфурации стали р.з,м. об ладает наибольшим сродством к кислороду и сере, это сродство оценивается значениями констант равновесия порядка 10 в " и 10 - " соответственно. С помощью р.з.м. можно добиться низких концентраций кис лорода и серы. Плотность окислов и сульфидов р.з,м. велика и практически равна плотности жидкой стали, поэтому для удаления их из расплава нужны специальные условия и последовательность проводимых 20 операций.Учитывая свойства р.з,м. и их соединений и экономическую целесообразность для глубокого рафинирования и модифицирования необходимы следующие операции и их последовательность.Металл должен быть покрыт шлаком, состоящим в основном из СаО, МдО, Сагыз, и с минимальным содержанием в нем 510 ь МпО, ГеО, СгОз и т, п.30Металл перед вводом р.з.м, должен иметь минимальное содержание кислорода, это достигается путем раскисления металла алюминием в количестве 1,0 - 3,0 кг/т (что определяется содержанием углерода) и активного перемешивания металла в течение 5 - 35 мин.Р.з,м. вводят в металл, находящийся в емкости футерованной магнезитом или доломитом. 40Количество, присаживаемых р.з,м., должИсходное содержание, ооСздер жание МдО в в шлаке,% ВремяРа финирования,мин,Ударнаявязкость,кг см,см Номер опыта Способ А 1 ге С 1 35 10 35 0,0025 0,0021 0,0020 0,0070,006500,006 0,030 О, 030 0,030 1,2 2,4 2,4 О, 003 О, 003 0,003 16,8 16,2 18,0 7,0 5,0 5,0 Предлагаемый1 - 3 1 - 3 0,0044 0,0058 0,00550,006 1 - 5 О, 003 0,003 3,027,0 14,1 12,5 0,030 0,030 6035 Известны й нет 1 - 5 нет личении количества р,з.м. в 2 раза (опыт2) эта же концентрация серы достигается через 5 мин.45 По известному способу эта же концентрация серы (0,003% ) достигается за 60 мин, когда в составе стержня-десульфуратора количество СаГ равно 1,0% (опыт Из данных, приведенных в таблице, видно, что при присадке р.з.м. в количествах, необходимых по стехиометрии, для связывания кислорода и серы, через 35 мин после присадки р.з.м. и электромагнитного перемешивания серы концентрация в металле снижается до 0,003% (опыт1), Г 1 ри увсно быть не менее, чем это требуется по стехиометрии для полного связывания кислорода и серы, находящихся в металле к моменту присадки р,з.м.Чтобы создать развитую реакционную поверхность контакта металла со шлаком и стенками футеровки емкости для ассимиляции окислов и сульфидов р.з.м., металл после их ввода должен энергично перемешиваться путем донного дутьч газом с минимальным содержанием кислорода в течение 5 - 35 мин электромагнитным или механическим способом.П р и м е р. Рафинирование стали марки 30 проводят в индукционной печи с основной (магнезитовой) футеровкой. По данному способу после расплавления и доводки металла до заданного химического состава наводят известковый шлак с добавлением для разжижения плавикового шпата. Перед присадкой р.з.м. в металл вводят алюминий в количестве 1,0 - 3,0 кг/т и включают электромагнитное персмешивание. Через 5 - 35 мин, в зависимости от присадок алюминия, получают минимальное содержание кислорода равное 0,0055 - 0,008%. После этого вводят на штанге ферроцерий, количество которого для первого варианта рассчитывают по стехиометрическим коэффициентам для соединения типа РЗМОз и РЗМ,Яз, а для второго варианта это количество р.з.м. было увеличено вдвое, Проводят электромагнитное перемешивание в течение 5 - 35 мин, а заливают пробы металла для оценки содержания кислорода, серы, содержания МпО в шлаке и для оценки механических свойств. Перед присадкой ферроцерия отбирают пробы для оценки исходного содержания кислорода и серы в металле. Результаты эксперимента приведены в таблице.Заказ 1789/12 Изд491 Тираж 658 ПодписноеНПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Сапунова, 2 Типография, пр. 54), и за 35 мин, когда количество СаРр равно 30,0% (опыт5).Из приведенных данных видно, что в опыте4 производительность агрегата резко снижается, так как увеличивается продолжительность плавки, из данных по опыту5 видно, что через 35 мин концентрация серы в стали равна 0,003%, однако из-за большого количества СаГг в шлаке сильно разрушается футеровка, что видно из анализа шлака на содержание МдО, По данным опыта5, количество МдО в шлаке в 4 - 5 раз больше обычного, что приводит к дополнительному загрязнению металла неметаллическими включениями (типа шпинелей), повышению кислорода и снижению ударной вязкости.Кроме того, рафинирование стали по предлагаемому способу выявляет новый эффект, который заключается в том, что прп одной и той же продолжительности рафинирования и одной и той же достигаемой концентрации серы концентрация кислорода в 2 - 3 раза меньше, а ударная вязкость на 39,0 - 40 о/о выше (опыты1 и 3).Уже через 5 мин по предлагаемому способу (опыт2) концентрация серы равна 0,003%, однако содержание кислорода несколько выше, чем в опыте3, но в 1,5 - 2,0 раза меньше, чем в плавках по известному способу. При этом ударная вязкость в плавках по предлагаемому способу на 15,0 - 30,0% выше, чем по известному способу.Низкое содержание серы и кислорода в металле по предлагаемому способу обеспечивается тем, что р,з.м обладая высокой активностью, при присадке связывают практически весь кислород и серу, находящиеся в металле в соединении типа РЗМгОз и РЗМг 5 з. Одним из главных свойств этих соединений является их высокая стойкость и высокая адгезия к основным окислам, например СаО, МдО. При энергичном перемешивании металла развивается очень большая реакционная поверхность контакта металла-футеровка, в результате чего окислы и сульфиды р.з.м. почти полностью ассимилурются стенками футеровки и шлаком. Микроанализ показал, что футеровка печи покрывается пленкой из оксисульфидов в р.з.м. (типа РЗМгОг 5), которая обладая высокими огнеупорными свойствами,10 15 20 25 30 35 40 45 50 предохраняет футеровку агрегата, увеличивая срок ее службы.Необходимо отметить, что рафинирование стали по предлагаемому способу позволяет совершенно изменить природу неметалличсских включсний. Остаточные неметаллические включения (оксиды и сульфиды) р.з.м. резко отличаются от остроугольных включений глинозема и сульфидов марганца в плавках рафинированных по известному способу. Включснпя р.з.м. глобулярны с баллом не выше 0,5 и равномерно распределены в объеме металла,Предлагаемый способ имеет следующие преимущества:- обеспечивается возможность получения металла высокой чистоты не только по сере, но и по кислороду;- повышается стойкость футеровки;- обеспечивается возможность изменения остроугольной формы включений на мелкодисперсные глобулярные;- повышаются механические свойства стали до 40,0 о/о, что увеличивает живучесть деталей.Экономический эффект от повышения живучести деталей на 30 - 50 о/о составит 120 - 150 тыс. руб. формула изобретенияСпособ рафинирования и модифицирования стали, включающий предварительное раскисление алюминием или другими элементами, последующий ввод РЗМ и перемешивание, отличающийся тем, что, с целью повышения степени удаления серы и кислорода и повышения механических свойств стали, редкоземельные элементы вводят в расплав, ограниченный футеровкой из высокостабильных окислов со свободной энергией образования 150 - 230 ккал/г моль при 1600 С, в количестве, необходимом для полного связывания по стехиометрии кислорода и серы в соединении типа РЗМ,О, и РЗМгЬз или превышающем в 1,1 - 2,0 раза.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР532630, кл. С 21 С 5/52, 1976.2. Авторское свидетельство СССР529215, кл, С 21 С 1/00, 1976.3. Патент Японии50 в 89, кл. 10,1 154 в 19,