СПЛАВ ДЛЯ РАСКИСЛЕНИЯ И ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ И ЧУГУНА Российский патент 1994 года по МПК C22C35/00 

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке композиций экономичных сплавов для раскисления и легирования стали и чугуна.

Цель изобретения - уменьшение химической неоднородности слитка сплава, склонности его к рассыпаемости, увеличение выхода годного сплава, а также снижение угара его компонентов при легировании стали и чугуна.

Изобретение иллюстрируется примерами конкретного применения.

Выбор граничных пределов содержания компонентов в сплаве предлагаемого состава обусловлен следующим.

Входящие в состав предлагаемого сплава компоненты, имеющиеся в известном сплаве, в основном, выполняют ту же функцию, что и в известном сплаве. Так, в частности, входящий в том же соотношении (5-20% ) кремний сплава является как активным раскислителем, так и легирующим компонентом. При этом снижение кремния в сплаве менее 5% нецелесообразно, так как значительно увеличивает расход сплава на легирование металла, значительно снижает температуру легируемого металла, увеличивает продолжительность этого периода и т. д.

В то же время и с точки зрения показателей получения предлагаемого сплава снижение кремния в сплаве менее 5% также нерационально, так как этот процесс характеризуется сравнительно низкой температурой, загромождением горна недовосста- новленными продуктами плавки, снижением производительности, ухудшением качества сплава (загрязнение метвключениями) и т. д. Ограничение верхнего предела (20% ) концентрации кремния в сплаве преимущественно диктовалось поставленными целями предлагаемого решения.

Так при увеличении этого компонента более 20% значительно повышается его химическая неоднородность, повышается склонность его к рассыпанию и уменьшается выход годного сплава. В то же время, вследствие заметного снижения плотности сплава, увеличивается угар компонентов сплава при его использовании для раскисления и легирования стали и чугуна, т. е. снижаются и его эксплуатационные свойства.

Входящий почти в том же количестве (1,0-2,0% ) в сплав углерод значительно снижает температуру сплава, способствуя увеличению производительности как производства, так и использования сплава, и в этом смысле углерод способствует достижению поставленных целей.

В то же время и снижение его менее 1,0% , приводя к существенному повышению температуры плавления сплава (что значительно ухудшает как показатели его получения, так и использования) нецелесообразно.

Аналогично и повышение в сплаве углерода более 2,0% уже практически не влияет на поставленные цели и труднодостижимо практически.

Ограничение в предлагаемом сплаве концентрации алюминия (0,8-2,0% ) против содержания (0,05-5,0% ) его в известном сплаве вызвано преимущественно тем, что в этом оптимальном интервале достигаются стабильность как товарно-потребительских, так и эксплуатационных свойств сплава. И поэтому снижение алюминия в сплаве менее 0,8% , также как и увеличение его более 2,0% уже нецелесообразно, так как эти значения уже достигаются в технологически неоптимальных вариантах его получения.

То же самое можно сказать и о причинах ограничения концентрации фосфора (0,10-0,18% ) и кальция (0,001-0,1% ) в предлагаемом сплаве по сравнению с известным, где они составляют соответственно 0,1-1,0% и 0,005-1,0% .

Ограничение верхнего предела концентрации титана (5% ) в предлагаемом сплаве против (10% ) в известном при неизменности нижнего содержания этого компонента (0,5% ) вызвано не только тем, что при увеличении Ti>5% значительно повышается химическая неоднородность сплава, ухудшаются показатели его получения, но, и, кроме того, практически не улучшаются и эксплуатационные его свойства, таких как угар компонентов сплава при легировании, измельчение зерна легируемого металла и др.

Однако, в то же время и снижение Ti<0,5% тоже нецелесообразно как с точки зрения его получения, так и использования.

Особо следует отметить, что изменение оптимального интервала концентраций марганца в предлагаемом сплаве (0,05-0,18% ) по сравнению с известным, где он находился в пределах (0,2-2,5% ) благоприятно сказывается на показателях его получения, устраняя так называемый "карбидный" ход печи, значительно ухудшающий показатели его получения, повышая химическую неоднородность получаемого сплава, склонность его к рассыпанию и снижают выход годного сплава.

В то же время снижение концентрации марганца в сплаве менее 0,05% труднодостижимо, а увеличение его более 0,18% уже является признаком "карбидного" хода печи.

Дополнительно введенные в сплав никель, медь и, в особенности, галлий в совокупности приводит к заметному снижению температуры плавления сплава, что увеличивает его перегрев перед выпуском, уменьшая его химическую неоднородность. Главное, однако, состоит в том, что медь и никель и, в большей мере, галлий уменьшает активность, например, кремния и фосфора в сплаве, сдерживая развитие фронтальной ликвации этих компонентов при его кристаллизации. С другой стороны, уменьшение активности фосфора в сплаве уменьшает вероятность образования (при наличии влаги) в объеме сплава газообразного РН₃, который, выделяясь из расплава, разрушает его с образованием большого количества некондиционной мелочи. Перечисленные эффекты достигаются однако в заявляемом интервале концентраций: выход за их пределы приводит к снижению эффекта от указанных явлений.

В целом заявляемый уровень основных компонентов сплава способствует выравниванию химического состава получаемого слитка сплава, уменьшению его потерь при выплавке (за счет снижения металловключений) и угара компонентов сплава при использовании его дли легирования стали или чугуна, способствует сохранению физических характеристик (размеров, плотности и т. д. ) при длительном хранении сплава и т. д.

П р и м е р. В руднотермическую электропечь РКЗ-16,5 загружают 60т шихты, включающей 6т (10% ) антрацита, 1,2т (2% ) кварцевого песка, 3 т (5% ) отходов белого и нормального корунда и бокситовый агломерат (49,5 т) и проплавляют в течение 6 ч, выбирая ежечасно по 13,5-14,5 тыс. квт электроэнергии. После выпуска шлакового расплава, называемого нормальным корундом (содержание Al₂O₃ ≥94% ) загрузили 20 т шихтовых материалов, взятых в том же соотношении и дальнейшая загрузка происходила непрерывно по мере проплавления шихты и выпуска корунда.

Выпуск попутного сплава, защищаемого предлагаемым техническим решением, осуществляют через 3 выпуска (10 ч) электрокорунда. Сплав содержал, мас. % : кремний 12,4; марганец 0,12; алюминий 1,1; углерод 1,8; фосфор 0,12; титан 2,1; кальций 0,012; никель 1,8; медь 0,6.

Сплав сливали в плоскую футерованную, имеющую форму сегмента, изложницу. Высота слитка составляла 310 мм. Диаметр верхнего круга слитка 21006 мм. Выход сплава составил 342 кг на 1 т корунда. Слиток сплава затем охлаждали непосредственно в изложнице в течение 6 час, после чего его дробили до размеров кусков 100-300 мм, оценивая при этом не только вес кондиционного по размерам кусков сплава, но и некондиционной мелочи, размером 0,5-5 мм. Ее количество составляло 8,2% . Часть кондиционных кусков сплава сохраняли для длительного хранения (6 мес) для определения склонности сплава к рассыпанию. Оказалось, что после 6 мес. хранения сохранилось 92% кусков в кондиционном виде (8% рассыпалось).

Анализ полученного слитка сплава на химическую неоднородность показал, что в наиболее ликвируемых местах (верх и низ центра слитка) неоднородность по кремнию и фосфору (по сравнению с практически неликвируемым местом постоянного отбора проб - мгновенно кристаллизующимся краем слитка) составляла 12 и 8% соответственно.

Соотношение компонентов в сплаве отрабатывалось также и при использовании его в промышленной 5-т печи при выплавке стали 17Г1С, при этом в качестве базового варианта использовали 45% -ный ферросилиций и силикомарганец из расчета введения в сталь 0,2-0,4% кремния и 0,6-0,8% марганца.

Основные данные промышленного получения и использования сплава приведены в таблице.

Из этих данных следует, что заявляемый уровень концентраций компонентов сплава позволяет не только вовлечь в производство новые источники сырья, но и увеличить его производство, улучшить качество сплава и технологично использовать его при раскислении и легировании металла. (56) Авторское свидетельство СССР N 715636, кл. C 22 C 35/00, 1978.

Авторское свидетельство СССР N 1122732, кл. C 22 C 35/00, 1983.

Область применения: производство комплексных сплавов для раскисления и легирования стали и чугуна. Сущность изобретения: сплав для раскисления и легирования стали и чугуна дополнительно содержит Ni, Cu и Ga при следующем соотношении компонентов, мас. % : Si 5 - 20; Mn 0,05 - 0,18; C 1,0 - 2,0; P 0,10 - 0,18; Ti 0,5 - 5,0; Ca 0,001 - 0,10; Ni 0,1 - 3,0; Cu 0,01 - 1,0; Ga 0,05 - 2,0 и Fe - остальное. Введение в состав предложенного сплава Ni, Cu и Ga позволило уменьшить химическую неоднородность слитка сплава до 76% , снизить склонность сплава к рассыпаемости в 1,8 - 2,25 раза, а также повысить выход годного сплава в 1,4 раза. Одновременно при использовании сплава снижается угар SI до 4% и Mn до 3,3% . 1 табл.

СПЛАВ ДЛЯ РАСКИСЛЕНИЯ И ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ И ЧУГУНА, содержащий кремний, марганец, углерод, алюминий, фосфор, титан, кальций и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения химической однородности слитка, выхода годного сплава, снижения склонности к рассыпаемости и угара компонентов при легировании стали и чугуна, он дополнительно содержит никель, медь и галлий при следующем соотношении компонентов. мас. % :
Кремний 5 - 20
Марганец 0,05 - 0,18
Углерод 1,0 - 2,0
Алюминий 0,8 - 2,0
Фосфор 0,10 - 0,18
Титан 0,5 - 5,0
Кальций 0,001 - 0,10
Никель 0,1 - 3,0
Медь 0,01 - 1,0
Галлий 0,05 - 2,0
Железо Остальное