Способ легирования и модифицирования сплавов железа кремнием и кальцием

(19) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Сибирский металлургический институт им, Серго Орджоникидзе72) Н.В.Толстогузов, М,А,Соловьев и Л. Б, Габдулова(56) Д.Я.Поволоцкий и др, Злектрометаллургия стали и ферросплавов. М.: Металлургия, 1984, с. 376-378.Патент ПНРМ 113556, кл. С 22 С 35/00, 1982. Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве стали и высокопрочного чугуна,В настоящее время все более широкое применение находят углеродистые и легированные стали, раскисленные кальцием, и чугуны, модифицированные кремнием и кальцием. При их раскислении и модифицировании кальцием и кремнием уменьшается содержание в сплавах неметаллических включений и серы, повышается пластичность и прочность стали и чугуна.Известен способ легирования и модифицирования сплавов железа с применением сплава кальция с кремнием.Однако, кальций кипит при невысоких температурах. При введении твердого силикокальция в металл даже в сплаве с высоким содержанием кремния значительная его часть по этой причине теряется и в раскислении и десульфурации стали не участвует. Поэтому наиболее высокие показатели при раскислении и модифицировании стали и чугуна сплавами кальция с кремнием пол(51)5 С 21 С 7/00, С 22 С 35/00(54) СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ И МОДИФИЦИРОВАНИЯ СПЛАВОВ ЖЕЛЕЗА КРЕМНИЕМ(4 КАЛЬЦИЕМ(57) Использование: при производстве стали и высокопрочного чугуна, Сущность; Легирование и модифицирование сплавов проводят механической смесью, имеющей состав, мас,%: ферросилиций 40-55, свеже- обожженная металлургическая известь 35- 50, шлаковый шпат - остальное, Механическую смесь вводят в расплав в виде брикетов, 1 табл. учаются при вдувании порошка в ковш глубиною до 3 м (см, Поволоцкий Д.Я. и др. Злектрометаллургия стали и ферросплавов. - М,: Металлургия, 1984, с, 376-378).Однако для этого способа требуются Б специальные герметичные установки для обработки сплавов порошковыми материалами. Другим недостатком этого способа является высокая стоимость и дефицитность сплавов (Са-300), используемых для это- О го способа. Их производство чрезвычайно М энергоемко и трудоемко, Так при карботер- ъ мическом производстве подобного сплава 0 расходуется 21000 кВтч/т электроенергии, а сама плавка, из-за зарастания печи карбидами, возможна только кампаниями продолжительностью не более двух месяцев, Силикотермическая плавка подобного сплава требует использования ферросилиция марки ФС 90. Его производство также энергоемко (л 1 3000 кВтч/т при извлечении кремния 66-720), Велики затраты энергии и на саму силикотермическую плавку (-2,5 тыс,кВтч/т). Поэтому несмотря на дешевое5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 сырье кальций очень дорог (10-11 руб/%).Поэтому значительная часть силикокальциязаменяется сплавами с содержанием 1015% Са и 50-60% Я, или применяют смесовые модификаторы, в состав которыхобычно входит ферросилиций и силикокальций с содержанием 20-30% Са.Наиболее близким к заявляемому является способ раскисления и модифицирования сплавов железа путем обработки сплавамеханической смесью следующего состава,мас.%:Ферросилиций 60-80Силикокальций 10-30Плавиковый шпат 1-10(см. патент ПНР М 113556, М.кл. С 22 С35/00, заявл, 26.07.77, опубл. 03.07,82). Благодаря введению в смеси с ферросилициеми плавиковым шпатом полезное использование кальция повышается.Однако и для получения этой механической смеси используются дефицитные сорта силикокальция (Са 25%), полезноеиспользование кальция из которого обычноне выше 30-35%, Производство такого сплава очень энергоемко и трудоемко, что удорожает легирование сплавов железакальцием,Целью изобретения является удешевление легирования.Поставленная цель достигается тем, чтов известном способе легирования и модифицирования сплавов железа кремнием икальцием, включающем ввод в расплав механической смеси ферросилиция, кальцийсодержащего материала и плавиковогошпата, согласно изобретению, в качествекальцийсодержащего материала используют свежеобожженную металлургическуюизвесть, а механическую смесь вводят в виде брикетов при следующем соотношении,компонентов, мас.%:ферросилиций 40-55Свежеобожженнаяметаллургическая известь 35-50Плавиковый шпат - остальное.При нагревании подобной смеси до1250-1300 С, когда сплавы Ге-Я переходятв жидкое состояние, в ней с большой скоростью происходит реакцияЗСаО+3 Яфе=СаЯ 2+2 СаО ЯЮ 2 (1)Благодаря тесному перемешиванию извести и ферросилиция и брикетированиюсмеси реакция (1) происходит с большойскоростью и в брикете размером 50-60 ммзавершается за 90-120 сек. Поэтому проплавление брикетов протекает быстро иполностью завершается за время выпускастали в ковш. За время проплавления брикетированной смеси не только протекает восстановление кальция по реакции (1), но и его содержание в образующихся каплях жидкого сплава достигает 8-15,6%, что в 1,5-2,5 раза превышает его содержание в механической смеси. Поэтому необходимость введения заранее восстановленного кальция силикокальцием отпадает.Полученный из брикетированной шихтыметалл близок по содержанию кальция к стандартным сплавам марок СК 10-СК 15 и заметно богаче указанной выше механической смеси. С другой стороны, плотность получаемого сплава выше, чем плотность сплава СК 25. Кроме этого, восстановление кальция в брикетах происходит на поверхности, прилегающей к раскисляемому металлу. По этим причинам капли получаемого сплава по ходу всей обработки металла изолированы от взаимодействия с кислородомвоздуха самими брикетами и образующимся шлаком СаО-СаГг-ЯОг, Это повышаетполезное использование кальция и полностью ликвидирует пироэффекты, обычно наблюдаемые при введении в сталь обычных сортов кускового силикокальция.Для получения заявляемой механической смеси могут использоваться стандартные сплавы кремния с железом с содержанием 60-75% Я. Однако оптимальные результаты получаются при использовании ферросилиция с 65% Я 1, Последнее объясняется как довольно высокой плотностью сплава, так и содержанием кремния, достаточным для связывания в виде силицидов как железа, так и восстановленного кальция, что уменьшает парообразование.Оптимальный расход ферросилиция составляет 40-55%, извести 35-50%. При меньшем расходе ферросилиция и, соответственно, большем расходе извести извлечение кальция понижается, что связано с недостатком кремния для связывания восстановленного кальция и дисилицид СаЯг, При большем, чем 55% расходе ферросилиция также несколько уменьшается извлечение кальция, однако основным недостатком в этом случае является пониженная концентрация кальция в образующемся из брикетов сплаве, что препятствует использованию заявленной смеси,Наличие в брикете плавикового шпата позволяет разжижать образующиеся в ходе реакции 1) шлаки и тем самым также способствовать как ускорению реакции (1), так и уменьшению окисления капель ферросилиция с содержанием 5-15,6% Са кислородом воздуха, тем самым способствуя более глубокому раскислению стали и более полному использованию восстанавливаемогокальция.Оптимальным является содержание вбрикете плавикового шпата в количестве 1520% от расхода ферросилиция.При большем, чем 20% от расхода ферросилиция, расходе плавикового шпата,растет стоимость брикетов, тогда как извлечение кальция не повышается. При расходеплавикового шпата менее 15% от расходаферросилиция понижается извлечение 10кальция, что связано с повышением температуры плавления шлака.Важным для получения высоких показателей при раскислении и модифицированиистали и чугуна является брикетирование 15смеси, т.к, скорость реакции даже из хорошо перемешанной, но небрикетированнойсмеси, а также извлечение кальция становятся очень малыми, что делает способ прямого введения кальция в сталь в момент его 20восстановления неэкономичным,Брикетирование смеси проводят как сиспользованием связующего, так и без него. В первом случае количество связующего2-4% в составе брикетированной смеси является необходимым для придания большеймеханической прочности изготавливаемымбрикетам, Во втором случае брикеты изготовляют сухим прессованием. В качествесвязующего необходимо использовать материалы, не содержащие Н 20 (глицерин, парафин, пек),При использовании заявляемого способа сплав, по составу близкий к составу модифицирующей смеси или стандартного 35силикокальция СК 10, может бытьполучен в ходе проплавленияпредложенного состава смеси, при- . чем кальций восстанавливается из оксидов кальция за время проплавления брикетированной смеси, усваивается в жидком виде, что обеспечивает удешевление легирования сплавов железа.Примеры исполнения.Ферросилиций различных марок (ГОСТ 14-15-78), обожженную известь (ТУ 14-139- 7-72), плавиковый шпат ФК 75 (ГОСТ 7618- 70) измельчали до крупности 1,5 мм и брикетировали с добавлением связующего. В качестве связующего использовали глицерин. После сушки брикеты различного состава проплавляли в печи сопротивленияопри 1800 С в течение 2-3-х минут, отделяли , металл от шлака и анализировали состав металла, Результаты опытов приведены в таблице.Таким образом, затраты на легирование и модифицирование кальцием в случае использования заявляемого способа снижаются в 1,60-1,95 раза, при этом расход смеси уменьшается в 1,02-1,41 раза.Формула изобретения Способ легирования и модифицирования сплавов железа кремнием и кальцием, включающий ввод в расплав механической смеси ферросилиция, кальцийсодержащего материала и плавикового шпата, о т л и ч ею щ и й с я тем, что,.с целью удешевления легирования, в качестве кальцийсодержащего материала используют свежеобожженную металлургическую известь, а механическую смесь вводят в виде брикетов при следующем соотношении компонентов, мас %Ферросилиций 40-55 Свежеобожженнаяметаллургическая известь 35-50 Плавиковый шпат Остальное(28 Са, 603 81) 20 508 32 10 20,74 20,85 039 0,75 9,07 8,3551,70 52,62 6,22 60,0 6,1253,57 17,649,23 13, б 15,658,78 . 56,78 13,25 52,04 17,3 14,6 14,9 16 О 123 Извлечение кальцияиз оксида, Ж 12,8 6,5 416,2 248,4 189,9 223,6 2478 262,3 343,3 267,8в 17,77 20,60 26,74 44,50 2044 16,72 1920 32,76Расход известной смеси, содержащей силикокальция марки СК 25, рассчитан согласноданным авторов Бородулин Б.К., Нихайликов С.В "Раскисление стали ШХ 15 утяжеленнымсиликокальцием", Бюл. ЦНИИН, Черная металлургия, 1973, 1 Р 16, -с. 63-64,Составитель Л, Магак)моваТехред М.Моргентал Корректор Л, Лукач Редактор Н. Егорова Заказ 3354 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 ИзвестьПлавиковый шлатСвязующееВыход металла Состав получаемого металла (металлической части смеси),СаВС Расход смеси на введение в металл 1 О кгкальция, кг Затраты на введение в металл 1 О кг каль" ция, руб. 55б4 45730,75 399г0,80 359)10,83