Шлакообразующая смесь для обработки чугуна и стали

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и ц УУУО 69 Союз Советских Социалистических Республик(45) Дата опубликования описания 07,11.80 51) М. Кл.С 21 С Государственный комите 53) УДК 621,745, Б. А, Шушлебин,едер Ю Е. Горбенк итель Центральныи ордена Трудового Красного 3 и научно-исследовательский институт черной металлургии и И. П. Бардина АКООБРАЗУЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЧУГУНА И СТАЛИ(54 льзована для мйкуалеинремни ексной об держаща 90 2 - 30 8 - 25 евысокая т серы и ое расеры и льными а сч ьно со- окис- соотно 25 - 30 рат 15 - 20 Остальное стоит в том, что единений редкоЭ) и не может10 - 2 в 8 - 23 - 1 10 - 4 Изобретение относится к металлургии, конкретнее к шлакообразующим смесям, используемым при обработке расплавленных чугуна или стали.Известен модификатор 1), представляющий собой смесь, содержащую, вес. %:Фториды редкоземельныхметаллов 5 - 20Магниевый порошок 1 - 15 Плавиковый шпат 3 - 5 Силикокальций ОстальноеНедостаток 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 электропечнойшлакЖелезорудный концентНатриевая селитраНедостаток этой смеси соона также не содержит соземельных элементов (РЗ быть испостали.Известна смесь 3 для комплработки чугуна и стали, со 5 вес. %:Отвальный шлак производства сплавов с редкоземельными металлами 45 -Материал, содержащий 0 галогениды: флюоритили плавиковый шпатПорошок алюминияНедостатком смеси является нстепень рафинирования металла о 5 кислорода,Цель изобретения - одновременнфинирование стали от кислорода имикролегирование стали редкоземеэлементами.0 Поставленная цель достигаетсятого, что известная смесь дополнителдержит кремнийсодержащий сплавлитель и магнезит при следующемшении компонентов, вес. %: 5 Порошок алюминияКремнийсодержащий сплаМатериал, содержащийгалогенидыОкислительМагнезит 10 - 25 Отвальный шлак производствасплавов с редкоземельными металлами 15 - .40В 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 кремний- содержащие 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. /:Окислы редкоземельныхэлементов 5 - 20Окись алюминия 30 - 55 Окись кальция 15 - 45 Окись кремния 2 - 10 Окись магния 0,5 - 10Кроме того, в шлаке могут быть примеси - углерод, сера, окислы железа, марганца, хрома, ванадия, титана и др. - в суммарном количестве не более 5/ю.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 состав 5 ляет 2 - 70 кг на 1 т металла.Из материалов, содержащих галогениды,в смеси могут быть использованы материалы, содержащие 45 - 60 вес. /р фтора илихлора. Галогениды понижают температуру1 О плавления шлакообразующей смеси и вязкость полученных шлаков, причем фторидыболее эффективны, чем хлориды. Однакоменьший разжижающий эффект от хлоридов компенсирован большим количеством15 хлора в компонентах смеси по сравнениюс количеством фтора. Например, фтористыйкальций содержит 45/ю фтора, а хлористыйкальций - 65 хлора, поэтому фторидымогут быть заменены хлоридами в соотно 20 шенин 1: 1, что и показано в примерах1 и 3.Максимальное содержание галогенидоввыбрано для гарантированного обеспечения безопасности обслуживающего персо 25 нала при разливке стали. При концентрации галогенидов 10/ц еще не происходитсколько-нибудь заметного выделения фтора или хлора из смеси. Минимальное содержание фторидов или хлоридов - 5/юзО обусловлено тем, что при меньшем содержании в смеси они оказывают недостаточное воздействие на шлак.Криолит и хиолит сильнее снижают температуру плавления смеси и вязкость шлаЗБ ков, чем, например, плавиковый шпат илифлюорит. Его содержание в смеси можетбыть уменьшено примерно в 1,5 раза. Нижний предел концентрации этих материаловможет быть принят 3 /, верхний - 10%.40 Кремний в смеси служит переносчикомРЗМ, и в качестве крем нийсодержа щегосплава может быть использован один извышеперечисленных сплавов, содержащий45 - 75/ кремния. Причем при использова 45 нии менее богатых кремнием сплавов ихследует вводить в смесь в количестве, близком к верхнему пределу, а при использовании более богатых кремнием сплавов количество их может быть снижено. Использо 50 вание сплавов, содержащих более 75кремния, не рекомендуется ввиду сильнойих гигроскопичности, а также возможногонасыщения смеси влагой и металла водородом.55 Таким образом, сплавы, содержащие45 - 75/ кремния, вводят в смесь в количестве 8 - 20 вес, /,Смесь готовят перемешиванием предварительно измельченных компонентов.60 Кремнийсодержащий сплав и алюминийдобавляют к смеси в последнюю очередь.Рекомендуемый фракционный состав смесидо 5 мм, влажность до 0,5/.Для приготовления смесей использовали65 следующие материалы:777069 Алюминиевый6058 в )75% -ный ферросилицийСиликокальций (62,1% кремния)Флюоритовый концентрат 5 КриолитПоваренная сольНатриевая селитра (ГОСТ 828 - 68, сорт Б)Магнезит 10Отвальный шлак производства сплавов с редкоземельными металлами.Алюминий и натриевую селитру использовали в виде готовых порошков по ГОСТ 6058 ви 828 в , остальные материалы 15 дробили на шаровой мельнице и последовательно просеивали через сита с ячейками 5 К 5 и 2 Х 2 мм. Затем компоненты смеси сушили до влажности 0,3%, дозировали и тщательно перемешивали. 20П р и м е р 1, Сталь обрабатывали смесью, компоненты которой, их весовое соот- . таблица 1 Состав (в вес, %) смеси 15 Порошок алюминия75 %-ный ферросилиций Силикокальций 24 15 20 10 15 1 О 10 840 15 39 15 23 25 10 40 252 - 5 252 - 5 12 - 2 10 102 - 5 22 - 2 0,0240,005 б 0,027 0,020 0,0210,0070 0,0270,0190 0,0210,0070 О, 0090,0037О, 015 0,01 б 0,0031 Следы 0,0070,00230,0150 0,0180,0027Следы 0,0120,00400,033 0,0120,00310,015 0,005 ,0019 ,020 серыкислородаРЗЭ стали получили 0,012% серы, 0,0031% кислорода, 0,015/, редкоземельных элементов.25 Как видно из табл. 1, после обработкистали смесями 1 - 5 в ней получено низкое содержание серы, кислорода и достигнуто микролегирование редкоземельными элементами. Испытаны также смеси 6 и 7, в ЗО которых соотношения компонентов выходятза предложенные пределы. Испытания смесей 6 и 7 проводили аналогичным образом, как показано в примере 3, По ре 5порошок ПА(ГОСТ Компонент смеси и показатель флюоритовый концентрат КриолитПоваренная сольНатриевая селитраОтвальный шлак производства сплавов с РЗЭМагнезит фракционный состав, ммДо обработки стали содержание,вес, %: серыкислородаПосле обработки соответствующейсмесью содержание в готовой стали, вес. % П р и м е р 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. 0 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.П р и м е р 2. Сталь обрабатывали смесью, компоненты которой, их весовое соотношение и фракционный состав приведены в табл. 1, смесь 2. 35 г смеси использовали для обработки стали, как указано в примере 1. Готовая сталь содержала: 0,007% серы, 0,0023% кислорода, 0,015% редкоземельных элементов,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 образования 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 в/О. 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 в 4 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 предлагаемая по про- тотипу Расход .смеси на 1 т стали, кг Содержание отвального шлака 10 производства сплава РЗЭ всмеси, оРасход шлака РЗЭ на 1 т стали, кгУдалено из металла в процессеобработки примесей, М;серыкислорода 4,245 3,815 0,57 1,9 0,0150,0019 0,0110,0022 Получено в готовой стали, о 4; 0,0190,00410,022 0,0090,00370,015 серыкислородаРЗЭ Удельное количество удаленных из металла примесей в расчете на 1 % расходуемого 25 шлака РЗЭ оо: 0,0580,0115 0,2630,0334 серыкислорода 0,115 0,263 Удельное количество перешед. ших в сталь РЗЭ,из 1 М расходуемого шлака РЗЭ, % При меньшем примерно в 4 раза расходеотвального 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 отвальногошлака РЗЭ, достигается более эффективная и экономичная обработка стали. 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 - 40Редактор Л. Ушакова Корректор Р, Беркович Заказ 2708/8 Изд, Мо 584 Тираж 626 Подписное НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий П 3035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Чипографчч. пр, Сапунова, 2 Материал, содержащийгалогениды 3 - 10Магнезит 10 - 25 Отвальный шлакпроизводства сплавовс редкоземельными металлами 15 - 402. Смесь по п. 1, отличающаяся тем, что отвальный шлак производства сплавов с редкоземельными металлами содержит следующие компоненты, вес. %.Окислы редкоземельныхэлементов Окись алюминия 30 - 55Окись кальция 15 - 45Окись кремния 2 - 10Окись магния 0,5 - 105 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР452596, кл. С 21 С 1/10, 1975.2. Авторское свидетельство СССР1 О499320, кл. С 21 С 5/54, 1976.3. Авторское свидетельство по заявке2472014/02, кл, С 21 С 5/54, апрель 1977.