СПЛАВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ РАСПЛАВОВ ЖЕЛЕЗА В ПРОЦЕССАХ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ Российский патент 2022 года по МПК C21C7/00 C21C1/00 C22C29/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к материалам для обработки расплавов железа для удаления кислорода, серы и очистки от неметаллических включений (НВ).

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Постоянно возрастающие требования к качеству конечной продукции черной металлургии обуславливают использование в технологических процессах новых приемов и материалов. При этом снижение уровня вредных примесей в чугунах, сталях и ферросплавах традиционными приемами рафинирования расплавов ведет к существенному удорожанию и удлинению производственных процессов.

Исходя из существующих проблем, в настоящее время стоит задача использования в черной металлургии новых материалов и приемов, которые гарантированно и с низкими затратами обеспечат повышение качества получаемых продуктов: сталей, чугунов и ферросплавов.

Известны материалы, которые при использовании в металлургических процессах в качестве добавок позволяют, при низких затратах, повышать качество обрабатываемого металла, особенно расплавов железа, таких как чугуны и стали.

В качестве одного из таких материалов можно назвать раскислитель для стали (патент RU2638470), который является наиболее близким к заявленному изобретению техническим решением. Известный раскислитель представляет собой сплав карбида кальция (СаС₂) с легкоплавким флюсом системы СаО-Al₂O₃ и содержит, в мас.%, карбид кальция (40-55% СаС₂), оксид кальция (20-38% СаО), оксид алюминия (12-25% Al₂O₃) и примесные соединения в количестве 3-10%, при соотношении концентрации оксида кальция к концентрации оксида алюминия в материале в диапазоне 1-2,5.

Под сплавом в известном решении подразумевается продукт, образовавшийся из ряда исходных сырьевых материалов путем полного расплавления, протекания химических реакций, нагрева до температуры нормального выпуска из печи и последующей кристаллизации (затвердевании) расплава, при этом указанные материалы могут иметь металлическую или неметаллическую природу, а также предпочтительно содержат один или более металлов в свободном или связанном виде.

Известный из RU2638470 материал предназначен для раскисления стали и имеет гарантированную температуру плавления, то есть температуру, при которой раскислитель полностью находится в жидком состоянии, не выше 1550°С, что при обычных температурах обработки жидкой стали обеспечивает его плавление в металлургических расплавах и усвоение карбида кальция кислородом металла с формированием жидкотекучего шлака, содержащего оксиды кальция и алюминия.

Известный материал в целом доказал свою эффективность при замене алюминия, кремния и карбида кальция для раскисления стали на разных стадиях производственного процесса.

Однако, были выявлены недостатки, заключающиеся в том, что минимальная гарантированная температура плавления такого материала превышает 1450°С, что сдерживает расплавление вводимого материала при взаимодействии с расплавами железа и увеличивает необходимое время обработки. В свою очередь при недостаточном времени обработки твердые куски материала всплывают на поверхность расплавов, что приводит к потерям карбида кальция на его сгорание в атмосфере, нежелательному вспениванию шлака и в некоторых случаях неуправляемому науглероживанию металла.

В результате известный материал обеспечивает степень усвоения (полезное использование) карбида кальция, при условии достаточной окисленности расплава до момента достижения балансового равновесия с кислородом металла, на уровне 85-88%, при этом остальное составляют потери.

Также известный материал по RU2638470 показал себя непригодным для обработки чугунов вследствие того, что его температуры плавления выше температуры обработки жидкого чугуна.

Исходя из имеющейся проблемы с известным из патента RU2638470 материалом, требуется улучшенный материал для обработки металла в процессах черной металлургии, включающих удаление кислорода, серы и очистку от неметаллических включений, при использовании которого усвоение кальция и углерода расплавом максимально, в том числе при повышении его расхода, при этом материал имеет меньшую гарантированную температуру плавления, то есть температуру, измеряемую обычными техническими средствами, при которой указанный материал полностью является жидким и может вводиться в расплавы железа в большем количестве по сравнению с прототипом без возникновения неуправляемых негативных факторов.

ЗАДАЧИ ИЗОБРЕТЕНИЯ И ДОСТИГАЕМЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ

В настоящем изобретении ставится задача создания улучшенного материала для обработки металла в процессах черной металлургии, включающих удаление кислорода, серы, очистку от неметаллических включений, гарантированная температура плавления которого составляет 1350-1450°С, за счет чего достигается высокая степень усвоение кальция и углерода кислородом расплава, что позволяет обеспечить, в частности:

- раскисление стали, с возможностью более полной замены алюминия или других раскислителей для обработки окисленной стали, с отсутствием нежелательного науглероживания расплава, что позволяет использовать предлагаемый материал для широкого сортамента, в том числе и для низкоуглеродистых марок сталей;

- быстрое формирование высокоосновного жидкоподвижного шлака, с высокими десульфурирующими способностями, что облегчает удаление серы из расплавов железа, сокращает продолжительность обработки, снижает затраты (электроэнергии, электродов и материалов);

- жидкоподвижность и высокие ассимилирующие свойства позволяют образующемуся шлаку легко удалять неметаллические включения расплава, сокращая как их общее количество, так и, в особенности, НВ содержащие Al₂O₃, вследствие чего можно сократить затраты на очистку расплава от НВ и обеспечить высокий уровень качества получаемых литых стальных или чугунных продуктов.

Предлагаемый изобретением материал пригоден для обработки широкого спектра расплавов железа, включая чугуны.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Авторами настоящего изобретения проведены практические исследования по использованию известного материала по RU2638470, которые показали необходимость облегчения плавления подаваемого материала для обеспечения легкого усвоение кальция и углерода кислородом расплава, за счет снижения температуры плавления сплава в целях более полной реализации его химического и физического потенциала при обработке расплавов железа.

Было установлено, что температура плавления сплава, на базе известного из RU2638470 и относящегося к плавленому продукту системы СаС₂-СаО-Al₂O₃, может быть дополнительно понижена, если в системе содержится определенное количество оксидов кремния и магния, при выдерживании в сплаве нужного соотношения СаС₂/СаО и изменении соотношения СаО/Al₂O₃ по сравнению с прототипом.

Предпочтительно сплав согласно настоящему изобретению представляет собой плавленый продукт системы СаС₂-СаО-Al₂O₃-SiO₂-MgO с регламентированным содержанием свободного углерода и выдержанным соотношением между основными составляющими, что обеспечивает его гарантированную температуру плавления в диапазоне 1350-1450°С и эффективное рафинирование не только стали, но и жидкого чугуна.

Под гарантированной температурой плавления авторы настоящего изобретения понимают диапазон температур, при превышении которого заявленный сплав полностью находится в жидкой фазе. Указанная температура может быть определена техническими средствами для измерения температуры и для контроля жидкой фазы, например, пирометрами и высокотемпературными средствами снятия изображения.

Следует также отметить, что сплав по настоящему изобретению подразумевает продукт, образовавшийся из ряда исходных сырьевых материалов путем химических реакций при полном расплавлении, нагреве до температуры нормального выпуска из печи и последующей кристаллизации (затвердевании) расплава, при этом указанные вещества могут иметь металлическую или неметаллическую природу, а также предпочтительно содержат один или более металлов в свободном или связанном виде.

Таким образом, в контексте настоящего изобретения и в документе RU2638470, сплав также относится к подобным сплавам.

С другой стороны, следует указать на то, что при получении сплава по настоящему изобретению сырьевые материалы, претерпевая химические изменения при полном расплавлении и последующей кристаллизацией, образуют легкоплавкие фазы, которые при использовании сплава и вводе его в металлургический расплав облегчают плавление сплава.

С точки зрения микроструктуры, сплав по настоящему изобретению представляет собой плавленый продукт системы CaC₂- СаО-Al₂O₃-SiO₂-MgO, которая при определенном соотношении ее компонентов соответствует легкоплавкой фазе.

Предпочтительно, сплав по настоящему изобретению не имеет слоистой структуры образца, которую можно определить визуальными методами контроля.

С учетом проведенных авторами исследований, выявленных закономерностей и осуществленной изобретательской деятельности было создано настоящее изобретение, сущность которого заключается в следующем:

1. Сплав для обработки расплавов железа в процессах черной металлургии, включающих, по меньшей мере, удаление кислорода, серы и очистку от неметаллических включений, содержащий в мас.%:

СаС₂ - (25-55),

СаО - (15-40),

Al₂O₃ - (15-40),

SiO₂ - (0,5-5),

MgO - (0,5-5),

С св. - (0,5-2),

неизбежные примеси не более 4,

и имеющий соотношение СаО/Al₂O₃ в пределах 0,75-1,5 и соотношение СаС₂/СаО в пределах 0,6-3,6.

2. Сплав по п.1, представляющий собой продукт системы СаС₂-СаО-Al₂O₃-SiO₂-MgO с температурой плавления в диапазоне 1350-1450°С.

3. Сплав по п.1, являющийся легкоплавким при температурах обработки чугуна и стали с образованием жидкоподвижного шлака.

4. Сплав по п.1, в котором неизбежные примеси включают сульфидную серу в количестве не более 1%.

Сульфидная сера в основном присутствует в виде сульфида кальция, не исключая при этом присутствия других сульфидов.

Кроме того, неизбежные примеси в сплаве могут представлять собой, но не ограничиваясь перечисленным: оксиды железа, марганца, хрома или других металлов, количество которых является недостаточным для значимого влияния на свойства заявленного сплава.

Также согласно настоящему изобретению предлагается:

5. Применение сплава (1)-(4) для десульфурации жидкого чугуна.

Десульфурация жидкого чугуна может осуществляться как непосредственно заявленным сплавом, так и в пропорциях с магнием для снижения общей стоимости обработки.

Десульфурация может осуществляться как посредством отдачи кускового сплава, так и посредством вдувания порошковых смесей или с использованием порошковой проволоки с сердечником.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к применению заявленного сплава при обработке жидких сталей, в особенности, ее раскислении, десульфурации и очистке от неметаллических включений.

Как и при обработке чугуна, предлагаемый сплав может использоваться как в виде кускового сплава, так и в виде порошков, например, вдуваемых в расплав или подаваемых в сердечнике оболочковой проволоки.

Далее приводятся более подробные пояснения в отношении ограничения содержания компонентов сплава.

Указанные далее значения содержаний компонентов относятся к массовым долям (процентам) в расчете на общую массу сплава.

Все приведенные значения следует рассматривать как включающие в себя обычные отклонения, обусловленные выбранной методикой анализа или измерения.

Доли отдельных составляющих сплава могут быть определены с использованием стандартных методик, пригодных для анализа огнеупорных, керамических или других неметаллических материалов.

В качестве подходящих методик можно указать, например, ГОСТ 1460-13, который использовался авторами настоящего изобретения при отборе и анализе проб предложенного сплава.

Верхний предел содержания СаС₂ в сплаве по настоящему изобретению устанавливается как 55% или менее. Превышение указанного содержания СаС₂ влечет за собой резкое повышение температуры плавления системы и невозможность обеспечения высокого усвоения кальция и углерода кислородом расплавов железа.

Нижний предел содержания СаС₂ в сплаве устанавливается равным 25%. На уровнях ниже указанного предела сплав не содержит достаточного количества карбида кальция, чтобы обеспечить эффективную обработку расплавов железа. Таким образом, нижний предел на уровне 25% определен практической целесообразностью при использовании в качестве обрабатывающего сплава и балансом между стоимостью относительно традиционных шлакообразующих и раскисляющих материалов и качеством получаемой стали. Предпочтительно содержание карбида кальция составляет более 30%, более предпочтительно более 35%.

Содержание оксидов (СаО-Al₂O₃-SiO₂-MgO), а также соотношение СаО/Al₂O₃, определяют условия легкоплавкости системы в целом в пределах указанных температур (1350-1450°С).

Количество SiO₂ устанавливается в сплаве по настоящему изобретению на уровне 0,5-5%. Свыше этого количества начинается активное образование силикатной фазы, в частности, алюмосиликатов или силикатов кальция, что затрудняет плавление легкоплавкой связующей фазы сплава, ведет к повышению температуры плавления в целом, а также затрудняет получение высокоосновного жидкотекучего шлака при обработке предлагаемым сплавом расплавов железа. При содержании SiO₂ менее 0,5% затрудняется образование легкоплавкой связующей фазы при затвердевании во время производства сплава по настоящему изобретению, что ведет в целом к повышению температуры плавления сплава и снижению эффективности обработки расплавов железа. Предпочтительно количество оксида SiO₂ составляет менее 3,0%.

Количество MgO устанавливается в сплаве по настоящему изобретению на уровне 0,5-5%. Свыше указанной верхней границы возникают условия для образования шпинелей, что ведет к резкому росту температуры плавления легкоплавкой связующей фазы и сплава по настоящему изобретению в целом. Снижение содержания оксида магния менее 0,5% затруднительно вследствие необходимости выбора более чистых сырьевых материалов для получения сплава по настоящего изобретению, что вызывает резкий рост производственных издержек. С другой стороны, содержание оксида магния на уровне 1,5-4,5% позволяет обеспечить более комфортные условия взаимодействия футеровки металлургических агрегатов и жидкотекучих шлаков, образуемых при обработке расплавов железа сплавом по настоящему изобретению. Таким образом, предпочтительное содержание оксида магния находится в диапазоне 1,5-4,5%.

Содержание свободного углерода обусловлено использованием углеродсодержащих материалов для образования карбида кальция при производстве сплава по настоящему изобретению и ограничивается возможностью обработки низкоуглеродистых марок стали. Соответственно, при содержании свободного углерода менее 0,5% не обеспечивается стабильное образование карбида кальция при производстве сплава по настоящему изобретению. При содержании свободного углерода выше 2% возникает нежелательное науглероживание расплавов железа и вспенивание шлака при обработке расплавов железа сплавом по настоящему изобретению. Предпочтительно верхний предел содержания свободного углерода составляет менее 1,5%.

Соотношение СаО/Al₂O₃ в сплаве по настоящему изобретению установлено на уровне 0,75-1,5. При величине указанного соотношения менее 0,75 и выше 1,5 значительно повышается температура плавления легкоплавкой связующей фазы в сплаве по настоящему изобретению вследствие образования соединений типа C2A и СА2, где оксид СаO обозначен как С, а оксид Al₂O₃ - как А, таким образом, соотношение СаО/Al₂O₃ в сплаве устанавливается в диапазоне 0,75-1,5, предпочтительно, 0,85-1,3.

Соотношение СаС₂/СаО является существенным для определения доли легкоплавкой связующей фазы в сплаве по отношению к количеству зерен карбида. При величине указанного соотношения менее 0,6 содержание карбида кальция в сплаве является недостаточным для осуществления эффективной обработки расплавов железа.

Если соотношение СаС₂/СаО превышает 3,6, не обеспечивается достаточное связывание карбида за счет легкоплавкой связующей фазы, так как ее количество является сравнительно невысоким, и сплав не обладает свойствами, заявленными данным изобретением. Таким образом, соотношение CaC₂/CaO в сплаве по настоящему изобретению устанавливается в пределах 0,6-3,6, предпочтительно 1,2-3.

Неизбежные примеси в сплаве по настоящему изобретению присутствуют в количестве не более 4%.

Неизбежные примеси поступают из сырьевых материалов и/или из производственных сред процесса получения сплава по настоящему изобретению в виде плавленого продукта. Неизбежные примеси не оказывают существенного влияния на свойства сплава по настоящему изобретению при его использовании для обработки расплавов железа.

В качестве неизбежных примесей сплав может содержать, но не ограничиваясь перечисленным, S, P, Fe₂O₃, TiO₂, Cr₂O₃, MnO, V₂O₅, МoO₃ и прочее.

Целесообразно, если среди неизбежных примесей количество сульфидной серы в сплаве не превышает 1,0%. Тогда сплав является особенно пригодным для десульфурации расплавов железа. Следует отметить, что сульфидная сера предпочтительно присутствует в виде сульфидов кальция, железа и марганца, не исключая при этом присутствие других сульфидов.

Следует отметить, что оксиды Fe₂O₃, MnO замедляют образование карбидной фазы, а TiO₂, Cr₂O_3, V₂O₅, МoO₃ могут несколько повышать температуру плавления легкоплавкой связующей фазы. Исходя из вышеизложенного, присутствие указанных оксидов является нежелательным в сплаве по настоящему изобретению.

В случае присутствия на уровне неизбежных примесей, указанные компоненты не оказывают негативного влияния при их общем содержании менее 4%. Желательно, если общее содержание неизбежных примесей составляет менее 1,5-2%.

ПОЛУЧЕНИЕ СПЛАВА ПО НАСТОЯЩЕМУ ИЗОБРЕТЕНИЮ

Заявляемый сплав может быть получен в виде плавленого продукта, например, в дуговых печах, из дозированной шихты, включающей в себя известь, кокс(антрацит), а также добавки, содержащие Al₂O₃, SiO₂, MgO. Пример шихты для получения сплава представлен далее в таблице 1.

Таблица 1: Химический состав шихты, %

Наименование материалов Влажность CaO Al₂O₃ C SiO₂ MgO Прочие Летучие Итого на сухое состояние Известь 0 90,2 2,5 0 1,6 0,72 2,68 2,3 100,00 Флюс 3 10 75 0 1 2,5 11,5 0 100,00 Антрацит (зола 9.5%) 5 0,82 1,38 86 3.89 0,33 3,08 4,5 100,00

Примерное количество компонентов шихты для получения 1 тонный готового сплава приведено в таблице 2.

Таблица 2: Шихта на 1 тонну сплава, в кг

Наименование материалов Расход шихтовых материалов, кг/т Известь 820 Флюс 300 Антрацит 500 Итого 1620

Состав полученного продукта приведен в таблице 3.

Таблица 3: Химический состав полученного сплава, %

Наименование материалов СаС₂ СаО Al₂O₃ С SiO₂ MgO Прочие Итого Готовый продукт 44,79 23,90 24,54 0,70 1,70 1,52 2,85 100,00

Шихта, как указано в таблице 2, полностью расплавлялась в дуговой печи с протеканием сопутствующих химических реакций, с выпуском расплава в плоскую изложницу при температуре 1750-1850°C и охлаждением на воздухе.

После извлечения полученного сплава по настоящему изобретению из изложницы, он может дробится до размера фракции, определяемой потребителем, с последующей упаковкой в герметичную тару для его дальнейшего использования в обработке расплавов железа.

ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Смешиванием сырьевых материалов и плавлением в электропечи с последующим охлаждением в изложнице был получен сплав, имеющий состав, приведенный в Таблице 4.

Для сравнения в таблице 4 приведен также состав, соответствующий известному материалу по RU2638470 (Сравнительный пример).

Для определения гарантированной температуры плавления сплав по настоящему изобретению помещался в высокотемпературную печь, например, печь сопротивления, для нагрева в инертном газе и нагревался в печи с визуальным контролем степени расплавления сплава.

Гарантированная температура плавления сплава была определена путем пирометрического измерения температуры сплава в печи после его полного расплавления, которое наблюдается посредством высокотемпературных средств контроля изображений. Результаты измерения температуры также приведены в Таблице 4.

Таблица 4

Партия № Содержание в сплаве в мас.% CaC₂ CaO Al₂O₃ SiO₂ MgO Cсв CaO/Al₂O₃ CaC₂/CaO Т.пл, ^оС Прим. 001 45,20 30,70 18,00 0,41* 0,31* 0,48* 1,71 1,42* 1520 Сравнительный пример 002 44,99 24,50 24,64 1,70 1,52 0,70 0,99 1,84 1400 По изобретению 003 47,21 20,72 24,99 1,92 1,69 0,63 0,83 1,99 1420 По изобретению 004 37,9 28,11 26,97 2,10 1,83 0,58 1,04 1,35 1370 По изобретению 005 32,45 30,08 29,28 2,56 2,11 0,74 1,03 1,07 1350 По изобретению 006 35,19 28,87 29,12 2,48 1,78 1,06 0,99 1,22 1350 По изобретению 007 50,23 25,97 17,32 1,51 1,39 1,06 1,5 1,93 1450 По изобретению

*указанные значения в известном материале по RU2638470 не регламентированы, приведены данные только для примерного состава, используемого в настоящем сравнении.

Проведенные измерения показали, что температура плавления сплава по настоящему изобретению лежит в диапазоне 1350-1450^оС.

Далее приводятся примеры использования сплава для обработки расплавов железа в металлургических процессах.

Следует отметить, что оценочная средняя степень усвоения сплава при вводе в расплавы железа составила более 92%, что значительно превышает уровень для известного материала и подтверждает тот факт, что предлагаемый сплав имеет лучшие характеристики плавления по сравнению с известным.

Пример 1

Сплав согласно Таблице 4 применялся для частичной замены вторичного алюминия (АВ87) при выплавке стали 08ПС на выпуске из 350-тонного конвертора с последующей обработкой полупродукта на установке печь-ковш с разливкой на МНЛЗ.

Средние показатели по плавкам с базовой технологией (раскисление стали алюминием): окисленность металла на выпуске - 981 ррm;

сера: на выпуске - 0,023%, по приходу на печь-ковш - 0,016%, на МНЛЗ -0,010%;

сквозной расход алюминия в пересчете на вторичный алюминий - 1307 кг на плавку; (FeO+MnO) в шлаке на печь-ковше - 1,1%.

При расходе Материала 001 (согласно Таблице 4) в количестве 525 кг на плавку (1,5 кг/т) получили следующие результаты:

окисленность на выпуске - 985 ppm;

сера: на выпуске - 0,022%, по приходу на печь-ковш - 0,016%, на МНЛЗ - 0,009%;

сквозной расход алюминия на всех технологических постах в пересчете на вторичный алюминий - 897 кг на плавку; (FeO+MnO) в шлаке на печь-ковше - 1,11%.

Экономия вторичного алюминия - 410 кг на плавку.

В качестве оценки эффективности сплава по настоящему изобретению предлагается использовать коэффициент замены вторичного алюминия, то есть количество сплава (кг/кг Al), оказывающее на расплав то же раскисляющее действие, что и кг вторичного алюминия. Соответственно, чем ниже значение указанного коэффициента, тем сплав более эффективен. Хотя процесс раскисления стали является более сложным и для определения эффективности нового сплава необходимо дополнительно учитывать балансы по марганцу, кремнию и других элементов.

Коэффициент замены вторичного алюминия для данного примера 525/410=1,28.

При расходе Материала 002 (согласно таблице 4) в количестве 360 кг на плавку (1,03кг/т) получили следующие показатели:

окисленность на выпуске - 979 ppm;

сера: на выпуске - 0,021%, по приходу на печь-ковш - 0,014%, на МНЛЗ - 0,007%;

сквозной расход алюминия в пересчете на вторичный алюминий - 940 кг на плавку; (FeO+MnO) в шлаке на печь-ковше - 1,1%.

Экономия вторичного алюминия - 367 кг на плавку.

Коэффициент замены вторичного алюминия - 0,98.

При расходе Материала 003-525 кг на плавку (1,5 кг/т):

окисленность на выпуске - 986 ppm;

сера: на выпуске - 0,023%, по приходу на печь-ковш - 0,015%, на МНЛЗ - 0,009%;

сквозной расход алюминия в пересчете на вторичный алюминий - 830 кг на плавку; (FeO+MnO) в шлаке на печь-ковше - 0,9%.

Экономия вторичного алюминия - 477 кг на плавку.

Коэффициент замены вторичного алюминия 1,1.

При расходе Материала 004-800 кг на плавку (2,3 кг/т):

окисленность на выпуске - 980 ppm;

сера: на выпуске - 0,023%, по приходу на печь-ковш - 0,016%, на МНЛЗ - 0,010%,

сквозной расход алюминия на всех технологических постах в пересчете на вторичный алюминий - 714 кг на плавку; (FeO+MnO) в шлаке на печь-ковше - 1,0%.

Экономия вторичного алюминия - 593 кг на плавку.

Коэффициент замены вторичного алюминия - 1,35.

Не было отмечено науглероживание расплава при расходе сплава по настоящему изобретению до расхода 2,5 кг на тонну при окисленности металла достаточной для полного усвоения CaC2.

Кипение шлака в конце слива расплава не наблюдалось, а карбид кальция усваивался кислородом металла за время слива металла из плавильного агрегата полностью.

При использовании сплава по настоящему изобретению коэффициент замены вторичного алюминия по сравнению с RU2638470 при равных концентрациях CaC₂ ниже на 15-20%.

Пример 2

Материал 005 согласно таблице 4 был выполнен в виде порошковой проволоки диаметром 14 мм. Наполнение 260 г/м, коэффициент заполнения 59,23%.

Базовая плавка стали марки 40ХН по схеме ДСП-25 - печь-ковш - вакууматор - МНЛЗ.

Основная задача вакуумирования состояла в уменьшении загрязненности неметаллическими включениями.

Пробы по базовым плавкам в среднем имели: перед вакуумированием общая доля загрязненности стали неметаллическими включениями - 0,0528%, после вакуумирования - 0,0291%.

Вариант опытных плавок на печь-ковше: после выполнения всех операций по раскислению металла и шлака, отдачи легирующих компонентов, при отключенных дугах взята проба №1. Отдано 50 метров проволоки с заявленным сплавом; 2 минуты мягкой продувки аргоном без дуг, отбор пробы №2.

Средние результаты по пробам с обработкой металла проволокой со сплавом по настоящему изобретению:

Проба №1 (до обработки) - 0,0494%

Проба №2 (после обработки) - 0,0094%

Показано, что применение сплава по настоящему изобретению оправдано и эффективно для удаления неметаллических включений стали, при этом за счет присутствия в сплаве по настоящему изобретению легкоплавкой флюсовой составляющей и реализации дополнительного эффекта раскисления расплава железа с выделением СО достигается лучшее удаление неметаллических включений, чем при обработке вакуумированием.

Пример 3

Материал 006 согласно Таблице 4 был использован в смеси с магнием в порошковой проволоке в пропорциях (Mg 35%, заявленный продукт 65%).

Проволока использовалась для внедоменной десульфурации чугуна с получением равных результатов по сере со снижением расхода на 25-30% против базовой проволоки с наполнителем смеси магния с флюсом (Mg 35%, флюс 65%). В результате 1 кг Материала 006 заменяет 0,15-0,20 кг металлического магния при внедоменной десульфурации чугуна. В случае, если цена магния будет превышать цену продукта типа Материал 006 более чем в 5 раз, использование нового сплава для удаления серы из чугуна будет особенно целесообразно.

Пример 4

Для серии плавок проведен анализ окончательной отбраковки металла при сдаче готового проката по фактору - неметаллические включения по трем группам марок стали:

(1) - низкоуглеродистые без кремния;

(2) - среднеуглеродистые с низким кремнием;

(3) - низкоуглеродистые со средним кремнием.

Базовые плавки раскислялись по обычной технологии с использованием кремния и алюминия.

В опытных плавках использовался сплав по настоящему изобретению, имеющий следующий диапазон химического состава:

CaC2-45-48%;

CaO 20-27%,

Al₂O₃ 20-27%,

SiO₂ 1-2,5%,

MgO 0,5-2,0%,

Cсв. не более 1,5,

и имеющий соотношение CaO/Al₂O₃ в пределах 0,8-1,2.

Соотношение CaC2/CaO в сплаве составляло 1,6-2,2.

Данный материал имел температуру плавления в диапазоне 1350-1400 ^оС.

Сплав по настоящему изобретению подавался как замена вторичному алюминию на выпуске из конвертера в ковш в пропорции один к одному.

На сталях группы (1) отдавалось 1 кг сплава по настоящему изобретению на тонну стали, на сталях группы (2) и (3) - 1,5 кг/т.

В таблице 5 показаны полученные результаты по отбраковке металлопроката по неметаллическим включениям:

Таблица 5

Группы Отбраковка металлопроката по НВ, % марок стали Базовая технология Опытные плавки (1) 0,84 0,39 (2) 0,21 0,07 (3) 1,03 0,20

Результаты в таблице 5 показывают значительный рафинирующий (очищающий) эффект в отношении неметаллических включений при использовании сплава по настоящему изобретению на выпуске металла из печи в ковш.

Далее, для массива плавок стали группы (2) - (марка Ст3), с использование того же сплава было исследовано влияние количественных характеристик подаваемого сплава на величину отбраковки. Полученные результаты обобщены в таблицах 6 и 7.

Таблица 6

Количественные характеристики сплава Отбраковка металлопроката по НВ, % Расход сплава кг/т стали (базовые плавки) 0,21 1 0,089 1,5 0,07 2 0,048

Далее, для массива плавок стали группы (2) - (марка Ст3), с использование того же сплава при его расходе 1,5 кг/т было исследовано влияние соотношения CaO/Al2O3 на величину отбраковки. Полученные результаты обобщены в таблицах 7

Таблица 7

Количественные характеристики сплава Отбраковка металлопроката по НВ, % Соотношение CaO/Al₂O₃ 0,8 0,066 0,9 0,064 1 0,068 1,1 0,074 1,2 0,078

Результаты в таблицах 6 и 7 показывают, что чем выше расход сплава по настоящему изобретению, и чем отношение CaO/Al₂O₃ ближе к интервалу (0,8-1,0), тем выше эффект от снижения брака по неметаллическим включениям (НВ).

Приведенные выше примеры показывают, что сплав согласно настоящему изобретению был эффективно использован при обработке расплавов железа, особенно стали и чугуна, по меньшей мере для удаления кислорода и серы, и очистке от неметаллических включений, и показал лучшие результаты обработки по сравнению с известными и традиционными материалами.

Специалист может предложить другие варианты или модификации использования, получения и состава сплава по настоящему изобретению, которые в целом следует рассматривать как включенные в объем охраны настоящего изобретения, определяемый формулой изобретения.

Так, например, сплав по настоящему изобретению может эффективно использоваться для замены других обычных раскислителей и материалов для обработки расплавов железа, таких как чугун, сталь или ферросплавы. Примерами таких обычных раскислителей и материалов для обработки могут являться ферросилиций, карбид кальция, карбид кремния, металлический кальций и прочие материалы.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для обработки чугуна или стали для удаления кислорода ,серы и глубокой очистки от неметаллических включений. Сплав содержит, в мас.%: CaC₂ 25-55, CaO 15-40, Al₂O₃ 15-40, SiO₂ 0,5-5, MgO 0,5-5, Cсв. 0,5-2, неизбежные примеси не более 4, причем соотношение CaO/Al₂O₃ составляет 0,75-1,5, а CaC₂/CaO лежит в пределах 0,6-3,6. Изобретение обеспечивает раскисление стали, например низкоуглеродистой стали, быстрое формирование высокоосновного жидкоподвижного шлака для десульфурации жидкого чугуна и удаления неметаллических включений, что позволяет получать качественные стальные или чугунные продукты. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 пр., 7 табл.

1. Сплав для обработки расплавов железа в процессах черной металлургии, включающих, по меньшей мере, удаление кислорода, серы и очистку от неметаллических включений, содержащий, мас.%:

CaC₂ 25-55,

CaO 15-40,

Al₂O₃ 15-40,

SiO₂ 0,5-5,

MgO 0,5-5,

Cсв. 0,5-2,

неизбежные примеси не более 4,

и имеющий соотношение CaO/Al₂O₃ в пределах 0,75-1,5 и

соотношение CaC₂/CaO в пределах 0,6-3,6.

2. Сплав по п. 1, представляющий собой продукт системы CaC₂-CaO-Al₂O₃-SiO₂-MgO с температурой плавления в диапазоне 1350-1450°C.

3. Сплав по п. 1, в котором неизбежные примеси включают сульфидную серу в количестве не более 1,0%.

4. Применение сплава по любому из пп. 1-3 в качестве материала для рафинирования расплавов железа.

5. Применение по п. 4, в котором рафинирование расплавов железа включает десульфурацию жидкого чугуна.

6. Применение по п. 5, включающее подачу сплава по любому из пп. 1-3 в жидкий чугун совместно с магнием.

7. Применение по п. 6, в котором сплав по любому из пп. 1-3 и магний вдувают в жидкий чугун.

8. Применение по п. 6, в котором смесь сплава по любому из пп. 1-3 и магния в порошковом виде подают в жидкий чугун в виде проволоки с порошковым сердечником.

9. Применение по п. 4, в котором рафинирование расплавов железа включает раскисление стали.

10. Применение по п. 4, в котором рафинирование расплавов железа включает десульфурацию стали.

11. Применение по п. 4, в котором рафинирование расплавов железа включает очистку стали от неметаллических включений.

12. Применение по любому из пп. 9-11, включающее подачу сплава по любому из пп. 1-3 в сталь в виде проволоки с порошковым сердечником.

13. Применение по любому из пп. 9-11, включающее подачу сплава по любому из пп. 1-3 в сталь в кусковом виде.