Шлак для рафинирования сталей и сплавов

 

ItUIAK ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ СТАп ЛЕЙ И СПЛАВОВ, содержащий окись кальция, окись магния, двуокись кремния, окись алюминия, окислы никеля, окислы железа и фтористый кальций, отличающийся TSMf что, с целью уменьшения содержания азота в рафинируемом металле, снижения загрязненности неметаллическими включениями, увеличения массы рафинируемого металла и доли легированных отходов в шихте, повьвления пластичности металла при горячей деформации, он содержит компоненты в следукяцем соотношении, вес. %: 25-35 окись кальция 12-25 Окись магния Окись алюминия 15-30 (О Двуокись кремния 8-20 0,1-2,8 Окислы никеля 0,1-4 Окислы железа Фтористый кальций 5-20 §

СООЭ СОВЕТСКИ)(CNNMt_#_

РЕСПУБЛИН

ЗМ6 21С 5 54

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ. И ОП4РЫТИИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3432015/22-02 (22) 05.05.82 (46) 23 ° 08.83. Бюл. Р 31 (72) Н.A.Тулин, A.Ô.Каблуковский>

М.Д.Шувалов, В.М.Бреус, A.A.Äåäþêèí

Р.Ф.Максутов, Е.Я.Чернйшев, B.Ã.Ïåгов, Л.И.Сенюшкин, В.Н.Любимов, S.Ï.Ìîðîçoý и В.Х.Левйнзон (71) Центральный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П.Бардина н Челябинский ордена .

Октябрьской Революции, ордена Трудового Красного Знамени металлургический завод (53) 669.18. 046 ° 5(088.8) (56) 1. Крамаров A.Ä., Соколов A.H.

Электрометаллургия стали и Ферросплавов. N., Металлургия, 1976, с. 223.

2. Иэв. высш. учеб. заведений.

Черная металлургия, 1981, 9 5, с. 49-53 (прототип).

SU„„A (54)(57) IlVIAK ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ СТА

ЛЕИ И СПЛАВОВ, содержащий окись кальция, .окись магния, двуокись кремния, окись алюминия, окислы никеля, окислы железа и фтористый кальций, отличающийся тем, что, с целью уменьшения содержания азота в рафинируемом металле, -снижения загрязненности неметаллическими включениями, увеличения массы рафинируемого металла-и доли легиро.ванных отходов в щихте, повыаения пластичности металла при горячей деформации, он содержит компоненты в следующем соотношении, вес. Ъ:

Окись кальция 25-35

Окись магния 12-25 Е а Окись алюминия 15-30

Двуокись кремния 8-20

Окислы никеля 0,1-2,8

Окислы железа О, 1-4

Фтористый кальций 5-20

1036760

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к шлакам, применяемым при рафинировании сталей и сплавов °

При выплавке высококачественных сталей и сплавов особое внимание уделяется получению металла с ниэ" ким содержанием газов, в частности азота, и неметаллических включений.

Как правило, при горячей прокатке этих сталей остро стоит вопрос lO получения металла, обладающего высокой горячей технологической пластичностью, которая обеспечивает высЬкий процент. выхода годного металла.

Получение металла с указанными свой" 5 ствами з значительной мере зависит от состава шлака, применяемого при

его рафинировании.

Известен рафинировочный шлак (1), содержащий окислы кальция, алюминия, 2О кремния, железа, .магния, марганца и фтористый кальций следующего состава, вес. %:

Окись кальция 50-55

Двуокись кремния 12-15

Окись магния 6-10

Окись алюминия 4-8

Окислы железа 3"4 .

Окислы марганца 2-3

Фтористый кальций 4-6 3О

Недостатком известного шлака является то, что металл, выплавленный под этим шлаком, имеет повышенное содержание азота, повышенную загрязненность неметаллическими включениями и обладает низкой пластичностью при 3

35 горячей деформации.

Наиболее близким к изобретению по использованным компонентам является шлак (23, содержащий в своем составе 40 окислы кальция, магния, кремния, алюминия, никеля, железа и фтористый кальций в следующем соотношении, вес. %г

Окись кальция ° 44,2-68,2

Окись магния . 1 8-11,0

Двуокись кремния 1,26-6,6

Окись алюминия 1,58-12,5

Окислы никеля 0,16-3,13

Окислы железа 4,97-13,43

Фтористый кальций 6,80-14,9

К недостаткам известного шлака относятся высокая окислительная способность, низкая модифицирующая .способность по отношению к нитридам, 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 выплавке сталей и сплавов только в печах малой емкости.

Целью изобретения является содержание 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 25-35

Окись Магния 12-25

Окись алюминия 15-30

Двуокись кремния 8-20

Окислы никеля 0 1-2,8

Окислы железа 0,1-4,0

Фтористый кальций 5-20

Окись кальция в шлаке выполняет роль .основного, окисла, обеспечивающего необходимую основность шлака.

Содержание окиси кальция в шлаке менее 25 вес.% 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 % 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

s 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 % 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. % происходит повышение вязкости шлака и уменьшение его рафинирующей способности..

Опытным путем было установлено, что содержание двуокиси кремния в шлаке укаэанного состава 8 вес. %

1036760 и более приводит к резкому уменьшению аэотопроницаемостн шлака и, тем самьм, 15 содержания азота . Содержание окиси алкминия в шлаке менее 16 вес. % не приводит к ускорению образования шлака и улучшению его свойств, а более 30 вес. % снижает жидкоподвижность и активность шлака.

Фтористый кальций в i.лаке проявляет- ЗО свой действие в нескольких направленис этого содержания наиболее эффективно проявляется повышение сорбционной способности шлака. Содержание фторис-45 того кальция в шлаке более 20 sec. % незначительно повышая сорбционную способность шлака, резко увеличивает агрессивность шлака по отношению к огнеупорной футеровке печи, поэтому повышение его концентрации в шлаке более 20 вес. % нецелесообразно.

55 счет торможения кремневосстановитель-Q) 65 к снижению содержания азота в стали.

Это вызвано тем, что присутствующий в шлаке данного состава кремнезем, образуя кречиекислородные анионы,. уменьшает растворимость в шлаке азота, а также способствует процессу ассимиляции извести, присаживаемой в шлак, образованию гомогенного шлака, который предохраняет жидкий

Метала от воздействия азотсодержащей атмосферы печи. Увеличение содержания двуокиси кремния в шлаке более

20 вес. % уже. незначительно снижает растворимость азота в шлаке, однако приводит к значительному увеличению вязкости шлака,:снижению его основности и рафинирующей способности. "

Окись алкминия в шлаке ускоряет растворение. извести и способствует улучшению физико-химических свойств шлака, понижает азотопоглотительную способность шлака и способствует получению в готовом металле низко|о ях: во-первых, он действует как раэжижитель и, вв»вторых, его основное действие в шлаке данного состава эак= лючается в .повышении сорбционной способности шлака по отношению к азоту и неметаллическим включениям. Обрабатывая таким шлаксм металл, можно уменьшить содержание в нем азота и неметаллических включений. Нижний предел содержания фтористого кальция в шлаке 5 вес. % обусловлен тем, что

Содержание. окислов железа в шлаке

0,1-4 вес. % способствует получению металла с .ниэкич содержанием неметаллических включений без снижения рафинирующей способности шлаыа от серы. Получение низкого содержания неметаллических включений в металле обеспечивается, по-видимому., эа ного процесса, протекающего обычно на границе шлак-металл, при наличии в шлаке окислов кремния. Сохранение десульфирующей способности-шлака с увеличением содержания в нем окис5 f0

40 лов железа до 4 вес. % объясняется .обогуцением шлакового расплава ионачи 0 ; с ростом которых повышается активность ионов серы Б в шлаке.

Кроме того, присутствие окислов желе за на границе межфаэной поверхности шлак-металл препятствует распространению водорода в жидкий металл. Однако превышение содержания окислов железа в шлаке более 4 вес. % нецелесообразно из-за понижения рафинирующей способности шлака. Уменьшение содержания закиси железа в шлаке ме- нее 0,1 вес. % не повышает раскислительной способности шлака и увеличивает загрязненность металла вклю.чениямии.

Закись никеля-в данных шлаках является катализатором модифицирующего воздействия магния из шлака. Взаимодействие окислов магния (М О) с металлическим расплава приводит к переходу в него магния. Нижний предел содержания эакиси никеля в. шлаке, равный 0,1 вес. %,.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 ослаблеBHH связи окиси чагння 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. % закиси никеля темп перехода магния в металл замедляется и поэ" тому дальнейшее повышение содержания эакиси никеля в шлаке нецелесообразно.

Положительное .влияние закнси никеля s 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.повышении количества удаляемых из металла неметаллиюских 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 смешенй3Ги 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, плавикового шпата, Флюорйтового концентрата и т.п.

1036760

)11лак рекомендуется исполь зоватт для рафинирования стали в и=Iíoæíèöå, в ковше, в печи. Предпочтительным вариантом, позволяющим наиболее полно исполь зова ть полез ные свойства шлака,. является рафинирование им металлического расплава в дуговой электропечи на заключительной стадии планки и затем в ковше посредством выпуска иэ печи сначала шпака, затем металла. 10

П р и м е, р. B 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 наводили рафинировочный. Б качестве соствляюших шлакообраэуюшей смеси испольэовали изнесть, шамот, доломит,20 плавиковый шпат, закись никеля, шлак окислительного периода

Металл 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

6,2 т и затем прокатывали на слябы и лист, Полученные результаты приведены н таблице.! (ак видно иэ таблицы, планки 1-5 имеют более высокие качественные показатели, несмотря на то, что вь)планлены в печах большей емкости и с большей долей отходов н шихте (плавки 2-5} .

Рафинирование металла предлагаемым шлаком (плавка ). ) значитель но улучшило качественные характеристики сплава по сраннению с планкой 6 и 7 несмотря на более высокое содержание в шихте отходон.

Увеличение массы одновременно обрабатываемого расплава до 40 и

100 т (планки 2-5) сопровождалось некоторым снижением качественных характеристик металла по сравнению с плавкой 1, выплавленной. н 5-ти тонной печи. Однако, качество сплава было значительно более высоким, чем выплавленного под изнестш-,м шлаком (плавки 6 и 7).

Изобретение позволяет уменьшить содержание азота, кислорода, серы в рафинируемом металле, снизить заг-. рязненность неметаллическими включениями и .за счет этого увеличить массу

1 обрабатываемого металла. и вычла влять его н большегрузных сталеплавиль— ных агрегатах, увеличить долю собственных легированных отходов в шихте, повысить пластичность металла при горячей деформации и тем самым увеличить выход годного проката.

Экономический эффект складывается из снижения расходон по пределу, замены свежих шиктовых материалов отходами, увеличения выхода годного металла, а при производстве 1000 .т стали в год составляет 100 тыс. рублей.

103б760

- мз <ч .! m o с . с с о о

М 1 ми

1 1. Й !!! ихо оооц

1 (Ч

Щ и в а о м с с с с г сч о л л в! сЧ м о

trl с ! л 1! с ! . О

М СО с ! с4 СЧ ь с м

СО ( с с с! о сР с о

lA с

Ul.! CO

1 о

1 л сч сР о ат Ю %

I rd

I & и о о

CO с

СО! с3 Crr с с а о сч а а о

cv u о

rd и

rA Ch с EO СО !

Ч (Г\ с о а ! м сч а

rCl х

rd О с !!! Х Х !!!

О !!! О 5 О

I=I: C а, z Î ct о

П3 о о

М rrl!! Н

1-

И с оп

Х

1 3 Ж

f4 И о о о с3

2 ! и

err Н хи

Q 1 !!! 1

C4 I

Д а1 оцуп хам!!!!!! оФ! ° и !1)! rtI

1 с

I rd Х rd

I

I O

1 с3 О

1 !

1 о О Ъ сР

СЧ с о о м о сч м

1 аА

1 о !

I !

103б760

1 !

I г» с

<Ч М с. с с

0 CO 0,)

0Ъ Ch Ch е Ъ CO с с

° Ф ® Ю

0Ъ 0 00

1

1 иЪ 1 с

1с! 1

1

1

I

1 (Ч 1 о в с с

1 «ю

I мЪ 1 с I о

1 л с

«4

I

I ю

Ю с

Ю Я) ю,о о о с о о

1 !

1 06 CO

1 3 Ф о о о о с о о о.в е an о о о о с . с о о

«3 ЦЪ

° Ф Ch о о о о с . с о о

1 в О а an о о

I с с с с с с ю 1 о «1 w (ч о о о а с л ч сч

an !

Ю О О О О О

an Ю

\ с

О О О О О ч

1 0 CO 1» Ch Ф an

Ю О .О Ю Ю О Ь О О О О с с с Ю О .О О О О

Ф Ch !» !» о о о о о. о о с с с с о о о о! я Г ) 3 an

Ch ч

Ю 1 с о

1

CO !

Ю (Ю с о

1

CC 1! 1

Ca! g I

Э I

I» Ф 1