Способ легирования и модифицирования сплавов железа кремнием и кальцием

 

Использование: при производстве стали и высокопрочного чугуна. Сущность: Легирование и модифицирование сплавов проводят механической смесью, имеющей состав, ферросилиций 40-55, свежеобожженная металлургическая известь 35- 50, шлаковый шпат - остальное. Механическую смесь вводят в расплав в виде брикетов. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (ll) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4858763/02 (22) 13 08 90 (46) 30.09.92. Бюл. N 36 (71) Сибирский металлургический институт им. Серго Орджоникидзе (72) Н.В.Толстогузов, M,А.Соловьев и

Л.Б. Габдулова (56) Д.Я.Поволоцкий и др, 3лектрометаллургия стали и ферросплавов. М.: Металлургия, 1984, с. 376-378.

Патент ПНР

М 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(sl)s С 21 С 7/00, С 22 С 35/00 (54) СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ И МОДИФИЦИРОВАНИЯ СПЛАВОВ ЖЕЛЕЗА КРЕМНИЕМ(1КАЛЬЦИЕМ (57) Использование: при производстве стали и высокопрочного чугуна, Сущность; Легирование и модифицирование сплавов проводят механической смесью, имеющей состав, мас,%; ферросилиций 40-55, свежеобожженная металлургическая известь 3550, 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. — M.: Металлургия, 1984, с. 376-378).

Однако для этого способа требуются 2 специальные герметичные установки для обработки сплавов порошковыми материалами. Другим недостатком этого способа является высокая стоимость и дефицитность сплавов (Са=25-30%), используемых для это- О" го способа. Их производство черезвычайно (Л энергоемко и трудоемко. Так при карботермическом производстве подобного сплава 0 расходуется 21000 кВтч/T 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 ФС90. Его производство также энергоемко("13000 кВтч/т при извлечении кремния 66-72%), Велики затраты энергии и на саму силикотермическую плавку (-2,5 тыс,кВтч/т). Поэтому несмотря на дешевое

1765193

10

40

50

55 сырье кальций очень дорог (10-11 руб/%).

Поэтому значительная часть силикокальция заменяется сплавами с содержанием 1015% Са и 50-60% Si, или применяют смесовые модификаторы, в состав которых обычно входит ферросилиций и силикокальций с содержанием 20-30 Ca.

Наиболее близким к заявляемому является способ раскисления и модифицирования сплавов железа путем обработки сплава механической смесью следующего состава, мас.%:

Ферросилиций 60-80

Силикокальций 10-30

Плавиковый шпат 1-10 (см. патент ПНР М 113556, M.êë. С 22 С

35/00, заявл, 26.07.77, опубл. 03.07,82). Благодаря введению в смеси с ферросилицием и плавиковым шпатом полезное использование кальция повышается .

Однако и для получения этой механической смеси используются дефицитные сорта силикокальция (Ca>25%), полезное использование кальция из которого обычно не выше 30-35%. Производство такого сплава очень энергоемко и трудоемко, что удорожает легирование сплавов железа кальцием, Целью изобретения является удешевление легирования.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе легирования и модифицирования сплавов железа кремнием и кальцием, включающем ввод в расплав механической смеси ферросилиция, кальцийсодержащего материала и плавикового шпата, согласно изобретению, в качестве кальцийсодержащего материала используют свежеобожженную металлургическую известь, а механическую смесь вводят в виде брикетов при следующем соотношении ,компонентов, мас.%:

Ферросилиций 40-55

Свежеобожженная. металлургическая известь 35-50

Плавиковый шпат — остальное.

При нагревании подобной смеси до

1250-1300 С, когда сплавы Fe-Si переходят в жидкое состояние, в ней с большой скоростью происходит реакция

3CaO+3(Si)Fe=CaSiz+2CaO-SiOz (1)

Благодаря тесному перемешиванию извести и ферросилиция и брикетированию смеси реакция (1) происходит с большой скоростью и в брикете размером 50-60 мм завершается за 90-120 сек. Поэтому проплавление брикетов протекает быстро и полностью 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 шихты металл близок по содержанию кальция к стандартным сплавам марок СК10-СК15 и заметно богаче указанной выше механической смеси. С другой стороны, плотность получаемого сплава выше, чем плотность сплава СК25. 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 кислородом воздуха самими брикетами и образующимся шлаком СаО-СаРг-SiOz. 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% SI Однако оптимальные результаты получаются при использовании ферросилиция с 65% Si, 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 CaSiz, 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 пол1765193 ному использованию восстанавливаемого кальция.

Оптимальным является содержание в брикете плавикового шпата в количестве 1520% от расхода ферросилиция.

При большем, чем 20% от расхода фер- 5 росилиция, расходе плавикового шпата, растет стоимость брикетов, тогда как извлечение кальция не повышается. При расходе плавикового шпата менее 15% от расхода ферросилиция понижается извлечение 10 кальция, что связано с повышением температуры плавления шлака.

Важным для получения высоких показателей при раскислении и модифицировании стали и чугуна является брикетирование 15 смеси, т.к. скорость реакции даже из хорошо перемешанной, но небрикетированной смеси, а также извлечение кальция становятся очень малыми, что делает способ прямого введения кальция в сталь в момент его 20 восстановления неэкономичным, Брикетирование смеси проводят как с использованием связующего, так и без него. В первом случае количество связующего

2-4% в составе брикетированной смеси яв- 25 ляется необходимым для придания большей механической прочности изготавливаемы брикетам, Во втором случае брикеты изготовляют сухим прессованием. В качестве связующего необходимо использовать ма- 30 териалы, не содержащие Н20 (глицерин, парафин, пек...), При использовании заявляемого способа сплав, по составу близкий к составу модифицирующей смеси или стандартного 35 силикокальция СК10, может быть получен в ходе проплавления предложенного состава смеси, причем 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 14-1397-72), плавиковый шпат ФК 75 (ГОСТ 761870) измельчали до крупности <1,5 мм и брикетировали с добавлением связующего. В качестве связующего использовали глицерин. После сушки брикеты различного состава проплавляли в печи сопротивления о при 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 шийся 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

Свежеобожженная металлургическая известь 35-50

Плавиковый шпат Остальное

1765193

Составы смесей, мас.а

Компонент

5 6

7 1 8 прототип

2 (3

35 40 45

Ферросилиций, 75 содержащий,Ф 70

Si 60

56 70

55

Сплав СК25 (283 Са, 603 Si) 20

32

10

0,74

0,85

0,39

0,75

9,07 8,35

51,70 52,62

6,22

60,0

6,12

53,57

17,6

49,23

13,6 15,6

58,78 56,78

13,25

52,04

17,3 14,6 14,9 16,0 12,3

Извлечение кальция из оксида, ь

12,8

6,5

416,2 248,4 189,9 223,6 247,8 262,3 343,3 267,8 в

17,77 20,60

26, 74

44,50 20,44 16,72

19,20 32,76

Расход известной смеси, содержащей силикокальция марки СК25, рассчитан согласно данным авторов Бородулин E.Ê., Нихайликов С.В., "Раскисление стали 01Х 15 утяжеленным силикокальцием", Бюл. ЦНИИН, Черная металлургия, 1973, tP 16, -с. 63"64.

Составитель Л. Магак3мова

Техред 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-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Известь

Плавиковый шлат

Связующее

Выход металла

Состав получаемого металла (металлической части смеси), Са

Расход смеси на введение в металл 1О кг кальция, кг

Затраты на введение в металл 1О кс кальция, руб.

С

3

0,75

39

2

0,80

9 з

0,83