МАТЕРИАЛ ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ ЖИДКИХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА Российский патент 1996 года по МПК C21C1/02 C21C7/64 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при десульфурации жидких чугуна и стали в ковше во время выпуска и внепечной обработки.

Известен материал для десульфурации стали плавленая известь, наносимая на поверхность тигля перед плавкой металла в индукционной вакуумной печи. Состав плавленой извести, мас. CaO 97,30; MgO 0-0,95; FeO-Fe₂O₃ 0,24; SiO₂ 0,32; Al₂O₃ 1,03; C 0,12; S 0,001; P 0,008 [1]
Недостатками этого материала являются его высокая стоимость и отсутствие надежной промышленной технологии производства плавленой извести; технические трудности ее нанесения на поверхность футеровки агрегатов и ковшей, особенно большой емкости.

Наиболее близким к предлагаемой является смесь для десульфурации чугуна и стали в виде прессованных брикетов из порошковой смеси доломита (или смеси СаО-MgO) с кремнием, алюминием или кальцием или их сплавами, погружаемыми в глубь металла [2]
Недостатком этого материала является техническая сложность его применения, т.е. приготовленные брикеты необходимо помещать в специальные плунжеры, которых должно быть достаточно много и которые необходимо какими-то средствами удерживать в погруженном состоянии в жидком металлическом расплаве.

Целью изобретения является увеличение скорости и глубины рафинирования металла от серы и кислорода, повышение технической применимости предлагаемого материала в высокопроизводительных технологических процессах, использующих ковши большой единичной емкости, увеличение стойкости огнеупорных материалов, снижение количества глиноземистых включений в стали, снижение теплопотерь.

Цель достигается тем, что предлагаемый материал для рафинирования жидких металлов, содержащий смесь порошков оксида магния и металлических восстановителей, дополнительно содержит оксиды натрия и связующее при следующем соотношении компонентов, мас.

Оксид магния 60-70
Оксиды натрия 2-10
Металлические восстановители 10-33
Связующее 5-10
Металлические восстановители и оксид магния имеют размер частиц 0,05-5 мм.

Металлические восстановители содержат кремний и/или алюминий и кальций при соотношении кремния и/или алюминия к кальцию 1:0,1-1:1.

Металлические восстановители содержат алюминий и магний при соотношении алюминия к магнию 1:0,1-1:1.

В предлагаемом изобретении в оксидной части материала содержится смесь порошков оксидов магния и натрия с повышенным содержанием оксида магния. При температурах обработки происходит более интенсивное восстановление элементов-десульфураторов: магния и натрия. При этом происходит более полное и быстрое рафинирование чугуна и стали от серы и кислорода.

При уменьшении содержания оксида магния ниже 60 мас. реакция восстановления замедляется; при увеличении содержания оксида магния свыше 70 мас. снижается количество газообразного десульфуратора.

Ввод оксида натрия облегчает выделение из материала паров элементов десульфураторов (натрия и магния), что делает пригодным использование смеси для десульфурации металла в ковшах большой единичной емкости.

Кроме того применение Na₂O при использовании в качестве восстановителей кремния и алюминия способствует связыванию образовавшихся SiO₂ или Al₂O₃ в силикаты или алюминаты натрия, что смещает равновесие восстановления магния.

Применение оксидов натрия позволяет также регулировать процессы разрушения (зарастания) футеровки ковша.

При содержании оксида натрия меньше 2 мас. эффект недостаточно выявляется из-за образования силикатов. При содержании более 10 мас. процесс завершается преждевременно.

При содержании металлических восстановителей ниже 10 мас. количество образующегося магния уменьшается, при увеличении выше 33 мас. не весь восстановитель используется и часть его остается в реакционном слое на поверхности ковша и возможен переход металлического алюминия в металлический расплав, что нежелательно при производстве ряда специальных марок стали.

Применение связующих делает материал технологически пригодным для механизированного нанесения его на поверхность горячей футеровки ковшей и агрегатов, улучшает экологические условия (нет пыли), улучшает сцепление его с футеровкой.

Уменьшение содержания связующего ниже 5 мас. требует длительной операции спекания, увеличение свыше 10 мас. не имеет физического смысла, так как затрудняет выход газообразного десульфуратора.

Применение частиц металлических восстановителей размером 0,05-5,0 мм позволяет исключить взрывоопасность при изготовлении смеси.

Размер частиц 0,05-5,0 мм обеспечивает необходимые скорости восстановления.

При размере частиц более 5 мм существенно уменьшается количество восстановленного магния, при размере частиц менее 0,05 мм затрудняется выделение магния из смеси за счет ее низкой газопроницаемости.

При соотношении кремния и/или алюминия к кальцию в смеси, большем, чем 1:0,1, и при соотношении кремния и/или алюминия к кальцию, меньшем, чем 1:1, имеет место снижение эффективности использования смеси.

При соотношении алюминия к магния, большем, чем 1:0,1, эффект присадки магния слабо сказывается на десульфурации, а при соотношении, меньшем, чем 1:1, испарение магния носит чрезмерно бурный характер.

П р и м е р. В смеситель загружают 75 кг порошка оксида магния, затем 10 кг оксида натрия, а затем постепенно подают порошок алюминия в количестве 10 кг. Размеры частиц порошков от 0,05 до 1,0 мм. Перемешивают в течение 10 мин, после чего добавляют связующие в количестве 5 кг. Все дополнительно перемешивают в течение 15 мин.

Полученную смесь в количестве 1% от массы металла наносят на поверхность футеровки ковша с помощью автоматизированной слигерной установки, прогревают ее до 800^оС. После чего в ковш выпускают металл, содержащий 0,025 мас. серы с температурой 1650^оС, выдерживают в течение 10 мин, затем вакуумируют в течение 15 мин и разливают с конечным содержанием серы, равным 0,010 мас. Технические результаты представлены в таблице.

Использование предлагаемого изобретения позволяет увеличить скорость и глубину рафинирования металла от серы и кислорода, повысить техническую применимость в высокопроизводительных технологических процессах, использующих ковши бальшой единичной емкости, увеличивать стойкость огнеупорных материалов, снизить количество глиноземистых включений в стали, снизить теплопотери.

Использование: черная металлургия, в частности десульфурация жидких чугуна и стали в ковше во время выпуска и внепечной обработки. Сущность: материал для рафинирования жидких сплавов на основе железа содержит, мас.%: оксид магния 60-70; оксиды натрия 2-10; металлические восстановители 10-33; связующее 5-10; металлические восстановители и оксид магния имеют размер частиц 0,05-5,00 мм; металлические восстановители содержат кремний и/или алюминий и кальций при соотношении кремния и/или алюминия к кальцию 1,0:0,1 - 1,0:1,0; металлические восстановители содержат алюминий и магний при соотношении алюминия к магнию 1,0:0,1 - 1,0:1,0. 3 з. п. ф-лы.

1. Материал для рафинирования жидких сплавов на основе железа, содержащий порошки оксида магния и металлических восстановителей, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксиды натрия и связующее при следующем соотношении компонентов, мас.

Оксид магния 60 70
Оксид натрия 2 10
Металлические восстановители 10 33
Связующее 5 10
2. Материал по п.1, отличающийся тем, что металлические восстановители и оксид магния имеют размер частиц 0,05 5,00 мм.