Ферроалюминий для раскисления стали в виде кусков
Владельцы патента RU 2310006:
Государственное учреждение Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ГУ ИМЕТ УрО РАН) (RU)
Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для получения ферроалюминия для раскисления стали в виде кусков размером 40-80 мм и плотностью 5,0-7,0 г/см3. Сплав содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: алюминий 28-32, кремний 0,5-5,0, марганец 5, 01-8,0, углерод 0,1-0,9, медь 0,2-2,0, фосфор 0,02-0,1, сера 0,02-0,1, железо - остальное. Изобретение позволяет улучшить служебные характеристики сплава, а именно плотность, дробимость и механическую прочность в течение длительного времени с максимальным усвоением элементов за счет оптимального состава. 1 табл.
Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для получения ферроалюминия для раскисления стали в виде кусков размером 40-80 мм и плотностью 5.0-7.0 г/см3.
Известны сплавы ФА10-ФА23 для раскисления и легирования стали (ЧМТУ 5-37-71. М.И.Гасик, Б.И.Емлин. Электрометаллургия ферросплавов. Киев: Высшая школа, 1983 - 376 с.), содержащие, мас.%:
| Алюминий | 8,0-24 |
| Кремний | До 4 |
| Углерод | До 4 |
| Фосфор | До 0,06 |
| Сера | До 0,06 |
| Железо | Остальное |
Основным недостатком этих сплавов является низкое содержание алюминия, что сокращает область их применения и затрудняет процесс производства, а также ограничение по содержанию кремния, которое не позволяет использовать многочисленные дешевые шихтовые материалы, применяемые при выплавке алюминиевых сплавов.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является сплав (Патент РФ №2214473, МПК 7 С22С 35/00. Сплав для раскисления стали / Костарев В.Г., Почивалов О.В., Теляшов Н.В., Шешуков О.Ю. // Изобретения. 2003. №29 (II ч.). С.370) для получения стали, содержащий, мас.%:
| Алюминий | 20-40 |
| Кремний | 0,5-20 |
| Марганец | 0,5-5 |
| Углерод | 0,1-0,9 |
| Медь | 0,2-2,0 |
| Фосфор | 0,02-0,1 |
| Сера | 0,02-0,1 |
| Железо | Остальное |
Основным недостатком этих сплавов являются широкие пределы содержания алюминия, что не оправдано как с позиций получения, так и с позиций хранения и транспортировки получаемых сплавов. С другой стороны, широкие пределы по содержанию кремния и особенно высокое содержание кремния (до 20%), удорожает получение указанного сплава (невозможно получить сплав указанного состава без дополнительного введения ферросплавов типа ферросилиций) и ограничивает область его применения (невозможно применение при получении безкремнистых марок стали).
Техническим результатом заявляемого изобретения является улучшение служебных характеристик получаемого сплава (плотности, дробимости и механической прочности в течение длительного времени) с максимальным усвоением элементов за счет оптимального состава ферроалюминия, полученного в виде кусков размером 40-80 мм и плотностью 5.0-7.0 г/см3.
Указанный технический результат достигается тем, что ферроалюминий для раскисления стали в виде кусков размером 40-80 мм и плотностью 5,0-7,0 г/см3, содержащий алюминий, кремний, марганец, углерод, медь, фосфор, серу и железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Алюминий | 28-32 |
| Кремний | 0,5-5,0 |
| Марганец | 5,01-8,0 |
| Углерод | 0,1-0,9 |
| Медь | 0,2-2,0 |
| Фосфор | 0,02-0,1 |
| Сера | 0,02-0,1 |
| Железо | Остальное |
Предлагаемый комплексный сплав отличается оптимальными пределами содержания алюминия. Во-первых, заявляемые пределы содержания алюминия определяют оптимальную плотность сплава, которая рекомендована в пределах 5,0-7,0 г/см3, обеспечивая погружение и витание сплава в жидкой стали с максимальным усвоением элементов; во-вторых, сплав, содержащий менее 28% алюминия, будет иметь повышенную механическую прочность, что затрудняет получение кусков в пределах 40-80 мм, что требуется для эффективного проведения процесса раскисления; в-третьих, сплав, содержащий более 32% алюминия, будет обладать повышенной склонностью к саморассыпанию, что затрудняет его траспортировку и использование для обработки стали.
Содержание в сплаве менее 0,5% кремния невозможно, так как в процессе плавки он переходит в сплав как из восстанавливаемого сырья, так и из металлодобавок. Концентрация кремния в сплаве до 5% практически не сказывается на физических свойствах сплава и процессе раскисления стали, а в случае повышения содержания кремния выше 5% наблюдается уменьшение плотности сплава ниже рекомендованного предела 5,0 г/см3, т.е. снижаются служебные характеристики получаемого сплава. Кроме того, более высокое содержание кремния в сплаве (более 5,0%) значительно усложняет технологию получения и повышает стоимость сплава за счет увеличения затрат на сырье (в этом случае обязательно необходимо использовать в шихте кремнистые ферросплавы типа ферросилиция).
Содержание в сплаве марганца в интервале 5,01-8,0% улучшает служебные характеристики получаемого сплава. Указанное содержание марганца получают за счет использования марганецсодержащего стального лома, что обеспечивает механическую прочность получаемого сплава в течение длительного времени, что не достигалось в прототипе.
Содержание в сплаве углерода от 0,1 до 0,9% зависит от его концентрации в исходных рудах, металлодобавках, восстановителях и степени перехода в сплав. Нижний и верхний пределы содержания этого элемента связаны с видом шихтовых материалов и не требуют дополнительного ввода материалов. При этом углерод в заявляемых пределах либо не влияет на процесс раскисления и свойства стали, либо оказывает положительное воздействие на процесс раскисления и удаление продуктов раскисления. Содержание углерода более 0,9% потребует дополнительных затрат на получение ферроалюминия, а еще более высокое содержание углерода может вызвать нежелательное увеличение его содержания в стали.
Наличие в стали серы и фосфора неизбежны в связи с их присутствием в любой руде и стальном ломе, а меди - в алюминийсодержащем ломе, применяемом при получении ферроалюминия методом сплавления. Нижний предел содержания меди (0,2%), серы и фосфора (0,02%) обусловлен содержанием этих элементов в сырье и степенью их перехода в сплав, а верхний предел ограничен вредным воздействием этих элементов на сталь и допустимыми их концентрациями по техническим условиям. При содержании серы, фосфора и меди в сплаве выше верхнего предела они внесут в сталь (при максимальном расходе сплава 1,5 кг/т) этих элементов соответственно 0,00015; 0,00015 и 0,003%, что не может не отразиться на ее составе и качестве.
Применение ферроалюминия для раскисления стали позволяет упростить ввод алюминия в жидкую сталь, снизить затраты на раскисление за счет увеличения полезного использования алюминия (кремния) до 60-90% при обычном вводе сплава из бункеров в ковш. Однако несоблюдение при получении ферроалюминия рекомендуемых пределов содержания алюминия и кремния, приводит к ухудшению служебных характеристик получаемого сплава и, как следствие, к нестабильным результатам при раскислении стали. Таким образом, использование для раскисления стали ферроалюминия, содержащего основные компоненты в заявляемых пределах, позволит стабилизировать результаты раскисления.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
На ОАО «Курганмашзавод» проведены три компании по выплавке заявляемого сплава из металлоотходов стали и алюминия в индукционной печи ИЧТ-2,0.
В качестве стального лома применялась обрезь фасонного литья из стали марки Ст3 (со средним содержанием, %: 0,2 С; 0,6 Mn; 0,27 Si, до 0,04 Р и до 0,05 S) и стали марки 110Г13Л (со средним содержанием, %: 1,1 С; 13 Mn; 0,27 Si, до 0,04 Р и до 0,05 S). Алюминий использовали в виде брикетов и стружки, содержащих, %: не ниже 85 Al; 0,5 Mn; 1,5-8,0 Si.
Перемешанную металлошихту загружали в индукционную печь до полного заполнения и далее порциями по мере ее проплавления. Плавление велось под шлаком, образующимся в результате окисления примесей. Разливку металла производили из ковша в чугунные изложницы для получения равных по весу слитков. Температура металла на выпуске составляла 1320-1350°С.
Всего было проведено 20 опытных плавок.
Состав полученного металла находился в следующих пределах, %: 22,7-34,8 Al; 0,5-5,2 Si; 0,5-8,1 Mn; 0,03-0,08 С; содержание меди не превышало 0,2.
В таблице приведено несколько составов полученных сплавов (номера 1-9) и для сравнения составы сплавов по прототипу.
В условиях литейного цеха ОАО «Курганмашзавод» были выполнены опытные плавки стали Ст40 с раскислением ее сплавами, приведенными в таблице. Сталь выплавляли в печах ДСВ-6 и на выпуске в ковш на струю металла вводили ферроалюминий различного состава из расчета получения в стали содержания остаточного алюминия не ниже 0,02%. Результаты по технологическим свойствам ферроалюминия и полезному использованию алюминия приведены в таблице.
Результаты оценки технологических свойств показали, что содержание алюминия в сплаве должно быть в пределах 28-32%, кремния от 0,5 до 5%, а марганца 0,5-8,0%. Сплавы, содержащие алюминий ниже указанных пределов, обладали повышенной плотностью и твердостью, что затрудняло их применение в качестве раскислителя и не позволяло получать стабильные результаты. Сплавы, содержащие алюминий выше указанных пределов, хотя и отвечали требованиям по плотности и температуре плавления, однако были подвержены саморассыпанию.
Опыты по раскислению стали показали, что у сплава, содержащего ведущие элементы в соотвествии с прототипом более низкие технологические показатели и соответственно полезное использование алюминия. Наиболее пригоден для обработки стали сплав, содержащий компоненты в пределах, заявляемых о данном изобретении.
Практические результаты показали принципиальную возможность получения ферроалюминия с содержанием алюминия в среднем 30% из металлоотходов в индукционной печи, возможность его использования для эффективного раскисления стали при повышенном коэффициенте полезного использования алюминия и кремния предлагаемого сплава.
| Таблица | |||||||||||
| Состав комплексного ферроалюминия и его полезное использование при раскислении стали | |||||||||||
| № сплава | Химический состав, мас.% | Плотность, г/м3 | Дробимость | Срок рассыпания | Полезное использование алюминия, % | ||||||
| Al | Si | Mn | С | Р | S | Fe | |||||
| 1 | 28,0 | 4,2 | 0,8 | 0,06 | 0,026 | 0,010 | ост. | 5,31 | удовл. | не менее 3 месяцев | 83,2 |
| 2 | 27,9 | 1,80 | 0,5 | 0,07 | 0,009 | 0,009 | ост. | 5,56 | плохая | не менее 3 месяцев | 82,6 |
| 3 | 30,1 | 0,6 | 0,7 | 0,04 | 0,010 | 0,010 | ост. | 5,54 | удовл. | не менее 3 месяцев | 87,3 |
| 4 | 32,0 | 0,5 | 0,7 | 0,04 | 0,010 | 0,010 | ост. | 5,30 | хорошая | не менее 3 месяцев | 86,5 |
| 5 | 32,6 | 0,5 | 0,5 | 0,03 | 0,010 | 0,010 | ост. | 5,42 | хорошая | 1 месяц | 86,2 |
| 6 | 34,8 | 0,92 | 0,5 | 0,03 | 0,012 | 0,005 | ост. | 5,37 | хорошая | 2 недели | 84,5 |
| 7 | 22,7 | 5,0 | 0,6 | 0,08 | 0,011 | 0,006 | ост. | 5,77 | не дробится | не менее 3 месяцев | 74,7 |
| 8 | 28,7 | 0,8 | 8,0 | 0,65 | 0,010 | 0,007 | ост. | 6,01 | хорошая | не менее 3 месяцев | 84,7 |
| 9 | 29,6 | 5,2 | 0,8 | 0,06 | 0,012 | 0,010 | ост. | 4,86 | хорошая | не менее 3 месяцев | 76,4 |
| Прототип | 20,2 | 1,0 | 0,7 | 0,14 | 0,03 | 0,06 | ост. | 6,12 | не дробится | не менее 3 месяцев | 70,8 |
| 39,4 | 0,84 | 0,5 | 0,8 | 0,05 | 0,04 | ост. | 4,53 | хорошая | 1 неделя | 64,3 | |
| 30,2 | 15,4 | 0,5 | 0,6 | 0,05 | 0,06 | ост. | 4,66 | хорошая | не менее 3 месяцев | 67,9 |
Ферроалюминий для раскисления стали в виде кусков размером 40-80 мм и плотностью 5,0-7,0 г/см3, содержащий алюминий, кремний, марганец, углерод, медь, фосфор, серу и железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Алюминий | 28,0-32,0 |
| Кремний | 0,5-5,0 |
| Марганец | 5,01-8,0 |
| Углерод | 0,1-0,9 |
| Медь | 0,2-2,0 |
| Фосфор | 0,02-0,1 |
| Сера | 0,02-0,1 |
| Железо | Остальное |
