Сплав для раскисления и химической закупорки жидкой стали
Владельцы патента RU 2336352:
Открытое акционерное общество "Мариупольский металлургический комбинат имени Ильича" (UA)
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к ферросплавному производству. Сплав содержит следующие ингредиенты, мас.%: железо 5,0-50,0, кремний 5,0-15,0, алюминий 40,0-60,0, углерод, марганец, хром и титан 8,0-10,0, сера, фосфор 0,05-0,10, медь, цинк, олово, свинец, сурьма, висмут и мышьяк 5,0-8,0, при этом сплав содержит последовательный ряд тройных стабильных интерметаллидов на основе алюминия, содержащих железо и кремний при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Fe:Si:Al=(2-4):1:(4-6). Повышают эффективность обработки жидкой стали при раскислении и химической закупорки сплавом для раскисления и химической закупорки жидкой стали путем оптимизации его состава. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству ферросплавов и лигатур для обработки жидкой стали.
Известно, что ООО «Фирма «Уникон» организовала промышленное производство сплавов вторичного силикоалюминия, содержащих 10-30% Si, 30-75% Al для раскисления полу- и спокойных сталей и химической закупорки слитков кипящих сталей (патент Украины 60931 А, МПК С21С 7/06, опубл. 15.10.2003).
Кроме того, известно изобретение по патенту Китайской Народной Республики CN1049528, МПК С21С 7/06, опубл. 1991-02-07, в котором сплавы ферросиликоалюминия регламентируются по железу 5-45%, кремнию 15-30% и алюминию 40-75%.
Также известны промышленные сплавы ферросиликоалюминия для комплексного раскисления стали, содержащие основные легирующие элементы 30-75% Si и 10-45% Al, регламентируются суммой Si+Al, равной содержанию кремния в марочном составе ферросилиция, под названием фералсит [1], принятый за наиболее близкий аналог.
Итак, в качестве наиболее близкого аналога выбран сплав для раскисления и химической закупорки жидкой стали, содержащий железо, кремний, алюминий, медь и углерод [1].)
Технология рафинирования стали предусматривает последовательный ряд операций по обработке жидкого металла: предварительное и окончательное раскисление металла, раскисление покровного шлака и отдельная операция - химическая закупорка слитков кипящей стали. На каждой операции применяют различные марки сплавов: высококремнистые сплавы для предварительного раскисления, высокоалюминиевые - для раскисления шлака и химзакупоривания, унифицированные сплавы (Si≈Al) - для окончательного раскисления. Кроме того, плотность сплавов для обработки стали должна быть выше плотности жидкого шлака (3,0-3,5 г/см3) и равна или меньше - для раскисления шлака.
В связи с этим промышленные сплавы ферросиликоалюминия пригодны только для раскисления металла, как сплавы аналога и наиболее близкого аналога.
Общим недостатком аналогов и наиболее близкого аналога является также и отсутствие строгой регламентации состава по маркам сплава, которая должна учитывать не только вышеперечисленные требования, но и отвечать определенному структурно-химическому состоянию, обеспечивающему стабильность жидких и твердых сплавов и, следовательно, эффективность при обработке стали.
В основу изобретения поставлена задача повышения эффективности обработки жидкой стали при раскислении и химической закупорки сплавом для раскисления и химической закупорки жидкой стали путем оптимизации его состава, удовлетворяющего требованиям необходимости (заданной плотности) и достаточности (стабильности в жидком и твердом состояниях). Оптимизация состава сплавов основана на структурно-химическом анализе металлургических фаз в жидком и твердом состоянии [2] с помощью полигональной диаграммы состояния системы железо-кремний-алюминий, построенной новым графо-аналитическим методом [3]. На основании проведенного анализа оптимальные сплавы для раскисления и химической закупорки жидкой стали на основе алюминия отвечают области гомогенности тройных стехиометрических интерметаллидов при заданных соотношениях Fe:Si:Al.
Поставленная задача решается тем, что в сплав для раскисления и химической закупорки жидкой стали, содержащий железо, кремний, алюминий, медь и углерод, согласно изобретению, дополнительно содержит марганец, хром титан, серу, фосфор, цинк, олово, свинец, сурьму, висмут и мышьяк при следующем содержании ингредиентов, мас.%:
| Железо | 5,0-50,0 |
| Кремний | 5,0-15,0 |
| Алюминий | 40,0-60,0 |
| Углерод, марганец, хром и титан | 8,0-10,0 |
| Сера и фосфор | 0,05-0,10 |
| Медь, цинк, олово, свинец, сурьма, висмут и мышьяк | 5,0-8,0, |
при этом сплав содержит последовательный ряд тройных стабильных интерметаллидов на основе алюминия, содержащих железо и кремний.
Кроме того, каждый тройной стабильный интерметаллид на основе алюминия, входящий в последовательный ряд, имеет следующее соотношение компонентов:
Fe:Si:Al=(2-4):1:(4-6).
Таким образом, новая совокупность ограничительных и отличительных признаков обеспечивает достижение нового технического результата - выбор оптимального состава сплава для раскисления и химической закупорки жидкой стали, удовлетворяющего требованиям необходимости (заданной плотности) и достаточности (стабильности в жидком и твердом состояниях), что обеспечивает повышение эффективности обработки жидкой стали при раскислении и химической закупорке сплавами для раскисления и химической закупорки жидкой стали.
Последовательный ряд таких интерметаллидов имеет вид: FeSiAl6(ФC10A65)→FeSiAl4(ФC15A55)→Fe2SiAl6(ФC10A50)→Fe2SiAl4(ФC10A40) - в скобках указана условная маркировка сплавов, допускающая предельные интервалы концентраций легирующих элементов ±3,0-5%.
В таблице 1 приведены состав и свойства сплавов-аналогов, наиболее близкого аналога и сифераля, сопоставительный анализ которых свидетельствует о более узких пределах колебаний плотности (3,83-4,97 г/см3 против 2,88-5,49 г/см3) и температур плавления (900-1150°С против 830-1310°С), что способствует повышению технологической эффективности сплавов для раскисления и химической закупорки жидкой стали.
Таким образом, оптимальные составы стабильных сплавов для раскисления и химической закупорки жидкой стали отвечают требованиям необходимости и достаточности новой совокупности признаков для повышения эффективности использования заявленного изобретения.
| Таблица 1. Состав и физико-химические свойства сплавов | ||||||||||
| Марка сплава | Тип интерметаллидов | Химический состав, мас.% | % S, P | Cu, Zn, Sn, Pb, Sb, Bi, As | Fe:Si:Al | ρ, г/см3 | Тпл, °С | |||
| Fe | Si | Al | С, Mn, Cr, Ti | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| Силикоалюминий | ||||||||||
| СА 12-30 | - | Ост. | 10-15 | 30-35 | - | - | - | - | 5,49 | 1310 |
| СА 12-35 | - | Ост. | 10-15 | 35-40 | - | - | _ | 5,25 | 1270 | |
| СА 12-40 | - | Ост. | 10-15 | 40-45 | - | - | - | - | 4,98 | 1270 |
| СА 18-45 | - | Ост. | 15-20 | 45-50 | - | - | - | - | 4,46 | 1130 |
| СА 18-50 | - | Ост. | 15-20 | 50-55 | - | - | - | - | 4,12 | 1060 |
| СА 18-55 | - | Ост. | 15-20 | 55-60 | - | - | - | 3,87 | 980 | |
| СА 25-60 | - | Ост. | 20-30 | 60-65 | - | - | - | - | 3,29 | 910 |
| СА 25-65 | - | Ост. | 20-30 | 65-70 | - | - | - | - | 3,02 | 870 |
| СА 25-70 | - | Ост. | 20-30 | 70-75 | - | - | - | - | 2,88 | 830 |
| Ферросиликоалюминий | - | 5-45 | 15-30 | 40-75 | - | - | - | - | - | - |
| Фералсит | - | Ост. | 10-30 | 30-75 | С не больше 2,0 | - | Cu не больше 2,5 | - | - | - |
| Сплав для | ||||||||||
| раскис. и | ||||||||||
| хим.закупорки жид. стали*) | ||||||||||
| ФС15А55 | FeSiAl4 | 29,2 | 14,6 | 56,2 | 8,5 | 0,07 | 5,5 | 2:1:4 | 4,15 | 1000 |
| ФС10А55 | Fe2SiAl6 | 37,1 | 9,3 | 53,6 | 8,7 | 0,08 | 7,0 | 4:1:6 | 4,56 | 1100 |
| ФС10А40 | Fe2SiAl4 | 45,2 | 11,3 | 43,5 | 10,0 | 0,10 | 8,0 | 4:1:4 | 4,97 | 1150 |
| *) Интервал предельных концентраций составляет 3-5%. |
Литература
1. Гасик М.И., Лякишев Н.П., Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов. - М.: Металлургия, 1988 - 522 с.
2. Белов Б.Ф., Троцан А.И., Харлашин П.С. Структуризация металлургических фаз в жидком и твердом состояниях. Изв. ВУЗов, 4М. 2002, №4, с.70-75.
3. Белов Б.Ф., Троцан A.I., Харлашин П.С. та iн. Свiдоцтво про державну ре∈страцiю прав автора на твip. ПА №2825 вiд 29.02.2002 р. Методика побудови полiгональних дiаграм стану бiнарних металургiйних систем.
1. Сплав для раскисления и химической закупорки жидкой стали, содержащий железо, кремний, алюминий, медь и углерод, отличающийся тем, что он дополнительно содержит марганец, хром, титан, серу, фосфор, цинк, олово, свинец, сурьму, висмут и мышьяк при следующем содержании ингредиентов, мас.%:
| Железо | 5,0-50,0 |
| Кремний | 5,0-15,0 |
| Алюминий | 40,0-60,0 |
| Углерод, марганец, хром и титан | 8,0-10,0 |
| Сера, фосфор | 0,05-0,10 |
| Медь, цинк, олово, свинец, сурьма, висмут и мышьяк | 5,0-8,0, |
при этом сплав содержит последовательный ряд тройных стабильных интерметаллидов на основе алюминия, содержащих железо и кремний.
2. Сплав по п.1, отличающийся тем, что каждый тройной стабильный интерметаллид на основе алюминия, входящий в последовательный ряд, имеет следующее соотношение компонентов:
Fe:Si:Al=(2-4):1:(4-6).
