Шлак для рафинирования сталей и сплавов

(72) Н.А.Тулин, А.Ф.Каблуковский, М.Д.Шувалов, В,М.Бреус, А.А.Дедюкин, Р,Ф.Максутов, Е.Я.Чернйшев, В.Г,Пегов, Л.И.Сенюшкии, В.Н.Любимов, Й.П.Морозов и В.Х.Левйнзон (71) Центральный ордена Трудового Красного Знаменинаучно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П,Бардина и Челябинский ордена Октябрьской Революции, ордена Трудового Красного Знамени металлургический завод(54)(57) 1 ПЛАК ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ СТА. ЛЕй И СПЛАВОВ, содержащий окись кальция, .окись магния, двуокись кремния, окись алюминия, окислы никеля, окислы железа и фтористый кальций, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения содержания азота в рафинируемом металле, снижения загрязненности неметаллкческими включениями, увеличения массы рафиннруемого металла и доли легиро.ванных отходов в щихте, повыаения пластичности металла прн горячей деформации, он содержит компоненты в следующем соотношении, вес. Ъ: Окись кальция . 25-35 Окись магния 12-25 ЕаОкись алюминия 15-30 Двуокись кремния 8-20 . Окислы никеля 0,1-2,8Окислы железа 0,1-4 Фтористый кальций 5-20ФсИзобретение относится к черной металлургии, в частности к шлакам,применяемым при рафинировании сталейи сплавовПри выплавке высококачественныхсталей и сплавов особое вниманиеуделяется получению металла с ниэ"ким содержанием газов, в частностиазота, и неметаллических включений.Как правило, при горячей прокаткеэтих сталей остро стоит вопросОполучения металла, обладающего высокой горячей технологической пластичностью, которая обеспечивает высЬкий процент. выхода годного металла.Получение металла с указанными свой" 5ствами з значительной мере зависитот состава шлака, применяемого приего рафинировании.Известен рафинировЬчный шлак Ц,содержащий окислы кальция, алюминия, 2 Окремния, железа, .магния, марганцаи фтористый кальций следующего сос"тава, вес. %:Окись кальция 50-55Двуокись кремния 12-15Окись магния 6-10Окись алюминия4-8Окислы железа 3"4,Окислы марганца 2-3фтористый кальций 4-63 ОНедостатком известного шлака является то, что металл, выплавленныйпод этим шлаком, имеет повышенноесодержание азота, повышенную загряз"ненность неметаллическими включениямии обладает низкой пластичностью при 335горячей деформации.Наиболее близким к изобретению поиспользованным компонентам являетсяшлак 23, содержащий в своем составе 40окислы кальция, магния, кремния,алюминия, никеля, железа и фтористыйкальций в следующем соотношении,вес. ЪгОкись кальция44 2-68 2 45Окись магния . 18-11,0Двуокись кремния 1,26-6,6Окись алюминия 1,58-12,5Окислы никеля 0,16-3,13Окислы железа 4,97-13,43фтористый кальций 6,80-14,9 50К недостаткам известного шлака относятся высокая окислительная способность, низкая модифицирующая .способность по отношению к нитри" дам, большая азотопроницаемость. Эти недостатки приводят к увеличению содержания кислорода, азота и серы в металле, повышению загрязненности металла.неметаллнческими включениями,60 снижению технологической пластичности металла при горячей деформации, невозможности использования в шихте .при выплавке стали большого количества крупногабаритных отходов, к вып лавке сталей и сплавов только в печах малой емкости.Целью изобретения является содер" жанне азота в рафинируемом металле загрязненности металла неметалличес- кими включениями, увеличение массы рафинируемого Металла и доли легированных отходов в шиХте, повышение пластичности прй горячей деформации металла.Цель достигается тем, что шлак, содержащий окись кальция, окись магния, двуокись кремния, окись алюми- . ния, окислы никеля, окислы железа и Фтористый кальций, содержит компоненты в следующем. соотношении, вес. %:Окись кальция 25-35Окись Магния 12-25Окись алюминия 15-30Двуокись кремния 8-20Окислы никеля 0,1-2,8Окислы железа 0,1"4,0Фтористый кальций 5-20Окись кальция в шлаке выполняет роль .основного, окисла, обеспечивающего необходимую основность шлака. Содержание окиси кальция в шлаке менее 25 вес,В приводит к снижению основности шлака менее допустимой, что приводит к снижению рафинирующей способности шлака от серы и. кислорода. Превышение окиси кальция в шлаке свыше 35 вес 3 приводит к резкому увеличению вязкости шлака эа счет повышения его температуры плавления.Окись магния, как и окись кальция, повышает основность шлака, однако в отличии от окиси кальция она выпол- няет ряд специфических Функций, связанных с модифицирующим взаимодействием на азот и нитридные включения, присутствующие в металле. Это, по-видимому, связано с изменением азотопроницаемости алака и с образованием и металле нитридов магния за счет восстановления магния из шлака в металл и взаимодействия его с азотом, растворенным в стали. Также окислы магния в указанных пределах взаимодействуют с кислородом металла, т.е. магний действует как раскислитель, что обеспечивает резкое повышение десульфирующей способности шлака. Однако, при содержании окиси магния в шлаке .менее 12 вес Ъ резко снижается модифицирующее воздействие на азот и нитридные включения в металле, уменьшается,а в отдельных случаях и прекращается восстановление магния из шлака в металл. При превышении содержания окиси магния в шлаке 25 вес. Ъ происходит повышение вязкости шлака и уменьшение его рафинирующей способностиОпытным путем было установлено, что содержание двуокиси кремния в шлаке укаэанного состава 8 вес.и более приводит к резкому уменьшению аэотопроницаемостн шлака и,тем самьм,15 содержания азота . Содержание окиси алкминия в шлаке менее 16 вес. Ъ не приводит к ускорению образования шлака и улучшению его свойств, а более 30 вес. В снижает жидкоподвижность и активность шлака.фтористый кальций в с лаке проявляет- З 0 свой действие в нескольких направленис этого содержания наиболее эффективно проявляется повышение сорбционнойспособности шлака. содержание фторис того кальция в шлаке более 20 вес. Ънезначительно повышая сорбционнуюспособность шлака, резко увеличиваетагрессивность шлака по отношению когнеупорной футеровке печи, поэтомуповышение его концентрации в шлакеболее 20 вес, Ъ нецелесообразно. 55 счет торможения кремневосстановитель-щ 65 к снижению содержания азота в стали.Это вызвано тем, что присутствующийв шлаке данногосостава кремнезем,образуя кречиекислородные анионы,.уменьшает растворимость в шлаке азота, а также способствует процессуассимиляции извести, присаживаемойв.шлак, образованию гомогенногошлака, который предохраняет жидкийМетала от воздействия азотсодержащей атмосферы печи. Увеличение содержания двуокиси кремния в шлаке более20 вес. Ъ уже.незначительно снижаетрастворимость азота в шлаке, однакоприводит к значительному увеличениювязкости шлака,:снижению его основ"ности и рафинирующей способности. "Окись алкминия в шлаке ускоряетрастворение. извести и способствуетулучшению Физико-химических свойствшлака, понижает азотопоглотительнуюспособность шлака и способствуетполучению в готовом металле низко 1 о ях: во-первых, он действует как раэжижитель и, вв"вторых, его основноедействие в шлаке данного состава эак.лючается в .повышении сорбционной способности шлака по отношению к азотуи неметаллическим включениям. Обрабатывая таким шлаксм металл, можноуменьшить содержание в нем азота инеметаллических включений. Нижнийпредел содержания фтористого кальцияв шлаке 5 вес. Ъ обусловлен тем, что Содержание. окислов железа в шлаке0,1-4 вес, Ъ способствует получению металла с .низким содержанием неметаллических включений без снижениярафинирующей способности шлаыа отсеры. Получение низкого содержаниянеметаллических включений в металлеобеспечивается, по-видимому., эа ного процесса, протекающего обычнона границе шлак-металл, при наличиив шлаке окислов кремния. Сохранениедесульфирующей способности шлакас увеличением содержания в нем окис 5 0 35 40 лов железа до 4 вес. 3 объясняется .обогуцением шлакового расплава ионачи 0 ; с ростом которых повышается активность ионов серы Б в шлаке. Кроме того, присутствие окисловжеле за на границе межфаэной поверхности шлак-металл препятствует распространению водорода в жидкий металл. Однако превышение содержания окислов железа в шлаке более 4 вес. Ф нецелесообразно из-за понижения рафинирующей способности шлака, Уменьшение содержания закиси железа в шлаке ме"нее 0,1 вес. Ъ не повышает раскисли- тельной способности шлака и увеличивает загрязненность металла вклю.- чениями.Закись никеля-в данных шлаках является катализатором модифицирующего воздействия магния из шлака. Взаимодействие окислов магния (МО) с металлическим расплавом приводит к переходу в него магния. Нижний предел содержания эакиси никеля в шлаке, равный. 0,1 вес. Ъ,.является тем минимальным ее содержанием, при котором начинается проявляться каталИтическое воздействие закиси никеля. Закись никеля уменьшает энергию активации реакции перехода магния в металл. Это проявляется в ослаблении связи окиси магния с кремнеэемюм в шпиндели и.они распадаются. Освободившаяся окись магния взаимодействует с металлическим расплавом, в ре". зультате которого магний переходит в металл. При превышении в шлаке 2,8 вес. Ъ закиси никеля темц перехода магния в металл замедляется и поэ" тому дальнейшее повышение содержания эакиси никеля в шлаке нецелесообразно. Положительное.влияние закнси никеля в указанных пределах проявляется также, очевидно и в улучшении смачиваемости шлаком металла,что приводит к увелйче нию поверхности контакта металла со шлаком и ускорению рафинировочных про цессов, а также в.повьааении количества удаляемых из металла неметаллииских включений.В качестве остаточных примесей в предлагаемом шлаке допускается на- личие окислов марганца, хрома Фосфо-, ра и других элементов, присутствующих в выплавляемом сплаве или стали в количестве, не превышающем 1 каждо" го.Члак может. быть получен посредством смешенй 3 Ги последующим расплавлением соответствующих окислов и фто-. рида кальция или их эквивалентных заменителей, обычно используемых в промышленности, например, извести, магнезита, доломита, песка, шамота, . глинозема, боксита, эакиси никеля, железной окалины, железной руды, пла" викового шпата, Фаюорйтового концентрата и т.п.Юлак рекомендуется использовать для рафинирования стали в изложнице, в ковше, в печи. Предпочтительным вариантом, позволяющим наиболее полно исполь зова ть полез ные св ойства шлака,. является рафинирование им металлического расплава в дуговой электропечи на заключительной стадии планки и затем в ковше посредством выпуска иэ печи сначала шлака, затем металла. 10П р и м е, р. В дуговых электропечах емкостью 5,40 и 100 т выпланляли сплав специального назначения, Доля .легированных отходов н шихте изменялась от 0 до 60 (см.таблицу). После 15 проведения окислительного периода образовавшийся шлак скачинали и на- . водили рафинировочный. Б качестве соствляющих шлакообраэуюшей смеси испольэовали известь, шамот, доломив,20 плавиковый шпат, закись никеля, шлак окислительного периодаМеталл н печи выдерживали под шлаком в течении 30-40 мин, доводили плавку по химическому составу и ны-) пускали в сталераэлиночный ковш вместе со шлаком. Во время выпуска плавки обеспечивали барботаж металла со шлаком. Химический состав шлака плавок 1-5 (приведен н таблице) . Сравнение вели с планками 6 и 7, в которых химический состав шлака соответствовал известному шлаку.Металл разливали н слитки массой З 5 6,2 т и эатем прокатывали на слябы и лист,Полученные результаты приведены н таблице.(ак видно иэ таблицы, плавки 1-5имеют более высокие качественные показатели, несмотря ца то, что вь)планлены в печах большей емкости и сбольшей долей отходов н щихте (плавки 2-5) .Рафинирование металла предлагаемым шлаком (плавка ).) значительноулучшило качественные характеристи"ки сплава по сранцецию с планкой 6и 7 несмотря на более высокое солер.жание в шихте отходон,Увеличение массы одновременно обрабатываемого расплава до 40 и100 т (планки 2-5) сопронождалосьнекоторым снижением качественных характеристик металла по сравнению сплавкой 1, выплавленной. н 5-ти тонной печи.Однако, качество сплавабыло значительно более высоким, чемвыплавленного под известным шлаком(плавки 6 и 7).Изобретение позволяет уменьшитьсодержание азота, кислорода, серыв рафинируемом металле, снизить заг-.рязненность неметаллическими включениями и .за счет этого увеличить массу1обрабатываемого металла. и ныплавлятьего н большегрузных сталеплавиль -цых агрегатах, увеличить долю собственных легированных отходов вшихте, повысить пластичность металлапри горячей деформации и тем самымувеличить выход годного проката.Экономический эффект складываетсяиз снижения расходон по пределу, замены свежих шихтовых материалов отходами, увеличения выхода годногометалла, а при производстве 1000 тстали в год составляет 100 тыс. рублей,а а б ъ - С О СО сч сч сф