Способ внепечного рафинирования железоуглеродистых расплавов

В 2 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ С к авторскому свидетел(71) Институт металлургии Уральского отделения АН СССР(56) Ерохин АА Закономерность ппазменно-дугового легирования и рафинирования металлов. - М.: Наука, 1984, с 158 - 168Авторское свидетельство СССР М 530071, кл. С 21 С 1/00, 7/10, 1974.(51) 6 С 21 1 04 НИЯ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ РАСПЛАВОВ (57) Использование внепечное рафинирование железоуглеродистых расппавов в дуговом разряде постоянного тока Сущность изобретения создают дуговой разряд менарду металлом и графитовымг электродом с плотностью тока от 5 до 100 А/см и расходом электроэнергии от 420 до 600 МВ А/т металла, процесс осуществляется в азотсодержащей атмосфере. Способ позволяет получать сплавы с повьнаенными физико-химическими свойствами 1 ил, 2 табл.10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к области металлургии, в частности к внепечному рафинированию железоуглеродистых расплавов в дуговом разряде постоянного тока,Известен способ рафинирования расплава за счет плазменного раскисления металла смесью водорода с нейтральным газом при дуговом переплаве расходуемого электрода на постоянном токе с положительной полярностью на расплавленном металле, Недостаток способа заключается в способности водорода восстанавливать оксидные неметаллические включения по причине более высоких изобарноизотермических потенциалов образования паров воды по сравнению с их значениями для оксидов примесных элементов расплавленного железа, В результате воэможности улучшения качества сплавов эа счет удаления неметаллических включений ограничены,Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ рафинирования жидких сталей, металлов и сплавов, включающий подогрев, перемешивание при выдержке в вакууме или среде инертного газа с подводом положительной полярности электрического тока к металлическому расплаву и противоположной к электроду над ним при отсутствии искрового и дугового разряда с изменением напряжения от 10 до 3000 В при плотности тока 0,01-3 А/см, Недостатком способа явгляется низкое качество получаемых сплавов, т,к, ввиду использования слаботочного электрического режима и отсутствия в межэлектродном пространстве эффективного восстановителя они содержат большое количество оксидных неметаллических включений,Цель изобретения - улучшение качества желеэоуглеродистых сплавов эа счет повышения механических свойств при снижении оксидных неметаллических включений и насыщения азотом,Поставленная цель достигается тем, что способ внепечного рафинирования железо- углеродистых расплавов в электрическом поле постоянного тока при прямой полярности осуществляют в атмосфере азота при плотности тока от 5 до 100 А/см и удельном расходе электроэнергии от 420 до 600 мВ/т.Неметаллические включения в желеэоуглеродистых сплавах влияют на кристаллизацию (зерно, структура) и концентрацию напряжений, Обычно неметаллические включения понижают физико-механические свойства сплавов - пластичность, ударную вязкость, износостойкость, обрабатываемость. Поэтому снижение их количества повышает качество сплавов. Увеличение в сплаве содержания остаточного азота способствует повышению прочности и износостойкости.Сильный дуговой разряд интенсифицирует тепло- и массообменные процессы за сет резкого повышения температуры от выделяющегося джоулева тепла и газовой плазмы, Значительное увеличение температуры создает условия для наиболее полного восстановления оксидов примесных элементов в расплавах железа углеродом графитового электрода, поскольку изобарнотермические потенциалы образования моноокиси углерода с повышением температуры становятся ниже их значений для оксидных неметаллических включений. Развитию восстановительных процессов содействует также ионизированный углерод, образующийся в дуге вследствие более низкого потенциала ионизации (11,3 эВ) по сравнению с газами(Н - 13,6, И - 14,5, О - 13,6 эВ). Вместе с тем плазменное состояние азотсодержащей атмосферы способствует насыщению металлических расплавов азотом.Способ иллюстрируется чертежом, Плавки проведены в герметиэированном пространстве лабораторной печи сопротивления 1 с графитовым нагревателем 2 и вставленным алундовым чехлом 3, Чехол заполняли азотом и помещали в него корундовый легковес 4 с высверленной ячейкой 5 для желеэоуглеродистого сплава. К нему через боковой наклонный канал 6 подводили молибденовый электрод 7. Над металлом располагали подвижный стержень 8 из графита спектральной чистоты Верх алундового чехла закрывали водоохлаждаемой крышкой. Опытные образцы чугунов Челябинского и Магнитогорского металлургических заводов весом 0,1 кг расплавляли и перегревали до температуры 1400 С, Затем путем опускания графитового электрода 8 зажигали электрическую дугу, Плотность тока меняли от 5 до 100 А/см . Нижнее значегние плотности тока является первоначальной границей образования дуги. При плотности тока выше 100 А/см температура в рабочем пространстве повышается настолько, что активно восстанавливается прогретая футеровка Расход электроэнергии меняли от 420 до 600 мВт/т металла. Он определен условиями стабильности дуги и энергетической достаточности для восстановления оксидных неметаллических включений, снижения растворенного кислорода и насыщения азотом.При укаэанных параметрах процесса в адиабатических условиях температура расплава повышалась на 500-700 С. Такое резкое повышение температуры в1823494 Таблица 1 Завод Элект ический ежим Адиабатическое повыРасход электроэнергии, мВт/т напряжение, В0 6 96 120 580100 500 420 576 600 105 670 123 700 125 Магнитогорский 70 580 500 420 576 210 670 240 100 120 700 600 250 приэлектродной зоне интенсифицирует массообменные процессы эа счет конвективного перемешивания жидкого металла. При этом оксидные неметаллические включения устремляются в область высоких тем ператур, где восстанавливаются иониэированным углеродом графитового электрода. Кроме того, азот атмосферы переходит в плазменное состояние, что способствует насыщению расплава азотом, 10Реэультаты опытов приведены в табл,1, Для оценки влияния полярности железоуглеродистых расплавов в дуговом разряде постоянного тока сплавы анализировали на газы методом вакуум-плавления, Метод 15 дает суммарное содержание остаточных газов и выделившихся от разложения неметаллических включений. Результаты по изменению содержания газов в ниэкоуглеродистой стали (0,20 С, 0,27 51, 0,64 О/о Мп, 0,025 5, 0,0206 Р, 0,15 Сг и 0,20 М) при ее различных полярностях эа счет двухминутной выдержки в дуговом разряде постоянного тока в азоте при одинаковых условиях приведены в табл.2.В опытных образцах, подвергшихся воздействию дугового разряда постоянного тока, при их положительной полярности, по сравнению со "свидетелем" содержание кислорода было ниже на 307 ь, водорода - на 40,ь, а азота было больше на 40%,Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать сплавы с повышенными физико-механическими свойствами за счет снижения в них оксидных неметаллических включений и насыщения азотом. Удельный расход электроэнергии на удаление 1 мас.оь не- металлических включений, Гига вол ьт- ампер1823494 Твблицв 2 ения установленны щийся тем, ч чества метал ханических осуществляют плотности то ном расходе мВт/т. д мета целью счет ойств,тмосф 100 рознерй на то, с а эасвв а 5 элек ллом, отлич улучшения повышенияобраб ере азота А/см и уд гии 420 АФИНИРОСТЫХ РАС- аботку расмосфере в нного тока заряда на а электрод,ОСОБ Я ЖЕЛ ОВ, вкв н ическо одачеа о ВНЕПЕЧНОГО Р ЕЗОУГЛЕРОДИ лючающий обр ейтральной ат м поле постоя положительного рицательного н, г. Ужгород, ул.Гага на, 101 ВАНИ ПЛАВ плава электр при и металл ула иэоб изводственно-изда аю- ка- метку при ель