Шлакообразующая смесь для обработки чугуна рабочего слоя двухслойных прокатных валков Советский патент 1984 года по МПК C21C1/00 

:Ад Изобретение относится к .металлургии, в частности к шлакообразующим смесям, и предназначено для обработ ки чугуна рабочего слоя двухслойных валков, выплавляемого в мартеновской или пламенной печах, Известна шлакообразующая смесь .дл обработки чугуна, которая для снижекия температуры плавления смеси, повышения ее рафинирующей способности по отношению к сере, фосфору и неметаллическим включениям, повьшения механических свойств чугуна и снижения расхода легирующих элементов дополнительно содержит борат кальция и окись железа при следукщем соотношении компонентов, мас,%:Борат кальция35-45 . Криолит25-35 Кальцинированная сода. : 10-20 Окись железа10-20 у Недостатком данной шлакообр зующей смеси является то, что ее примен ние при обработке металла в мартенов кой или пламенной печах без предвари тельного ее расплавления нецелесообразно из-за выдувания бората кальция воздухом, подаваемым в печь, а грану ляция его затруднена и требует до,полнительных затрат. Уменьшение соде жания в смеси бората кальция снижав содержание В и Са в металле, что отражается на механических свойствах чугуна. Данная смесь эффективна при обработке указанного расплава в ковше, так как она довольно хорошо рафинирует металл и способствует более равномерному насыщению металла легирующими элементами по всему объе му ковша из-за низкой температуры плавления (). Однако данная смесь при расплавлении вццеляет значительное количество фтора в атмосферу из-за наличия в ней криолита, кроме того, она пылит, так как борат кальция имеет температуру плавления 1050 С, мелкую фракцию и малый удель ный вес - не сразу расплавляется и т самым выносится потоками теплого воз духа наружу. Пьтевыделение засоряет атмосферу цеха. Наиболее близкой к предлагаемой является шлакообразующая смесь для рафинирования чугуна 2j , которая с целью снижения в чугуне вредных примесей и неметаллических включений, улучшения механических свойств чугуна, дополнительно содержит окислы железа при следующем соотношении компонентов, мае. %: Диатолитовый концентрат , 60-80 Кальцинированная сода10-30 Окислы железа 10-30 К недостаткам известной шлакообразующей смеси относятся низкая модифицирующая способность по отношеяию к сере, повьиненный расход никеля. Кроме того, применение известной смеси не может обеспечить необходимые механические свойства и снижение брака валков, исполнения ЛПХНд-62 при минимальном содержании никеля (2,452,55%) по i:Y-14-2-158-74 4To требует при производстве двухслойных ралков.. Заданн:ая твердость валков обеспечивается при увеличении содержания никеля до 2,95-3,02% Указанные недостатки обусловлены тем, что обработка чугуна рабочего слоя двухслойных валков в мартеновской или пламенной печах известной ишакообразующей смесью затруднительна, так как загружается шлакообраззтощая смесь в печь в количестве 1% к весу.металла в пылевидном состоянии.Пылевидная нерасплавленная часть шлакообразующей смеси через щели выдувается в отводящие каналы (борова) печи. К пылевидным относится датолитовый концентрат с температурой плавления 1240 С и кальцинированная сода с температурой плавления , но сода из-за небольшой температуры плав- . ления расплавляется очень быстро и почти не еьщувается. Вынос части датолитового концентрата влечет за собой снижение его в составе смеси и тем самым уменьшается содержание бора в расплавленном чугуне , что сказывается на величине показателей механических свойств чугуна (предел прочности при разрыве составляет 255 МПа. предел прочности при изгибе 370 МПа, твердость 62HS).Данные получены при содержании никеля в чугуне 2,72-2,75%. При введении известной пшакообразующей смеси на дно ковша и вьтуске металла в него, известная смесь начинает пылить из-за малого удельного веса и содержания в ней мелкой фракции, что засоряет атмосферу цеха. Кроме того, шлак не успевает сформироваться за время 3 выпуска металла из печи в ковш (2,02,5 мин), так как его температура плавления 900 С, в результате чего ухудшается рафинирующая и модифицирующая способность его. Позже сформированный шлак, находящийся на поверхности зеркала металла ковша, нас щает только верхние его слои бором, а более глубокие остаются менее насьщенными, Неравномерность химического соста ва обработанного известной шлакообразующей смесью чугуна в валке приводит к снижению его прочностных свойств и к повьщ1ению брака по волос видньй трещинам и выкрошкам (26,216,1% соответственно). Таким образом, применение известной смеси как в мартеновской, так ив пламенной печах нецелесообразно из-за уноса части датолитового концентрата Целесообразно применять известную смесь в электрических или индукционных печах. Обработка смесью металла ковше также нецелесообразна из-за пылевыделения, неравномерности химического состава по бору в объеме , ковша. Цель изобретения - повьш1ение рафи нирующей способности шлакообразукяцей смеси по отношению к сере, снижение брака валков и улучшение механических свойств чугуна. Поставленная цель достигается тем что шлакообразукщая смесь для об- , работки чугуна рабочего слоя двухслойных прокатньпс валков, содержащая кальцинированную соду и окислы железа, дополнительно содержит плавленный трехкальциевый борат при следукнцем соотношении компонентов, мас.%: Плавленньй трехкальциевый борат 55-70 Кальцинированная сода , 15-25 Окислы железа15-20 Плавленный трехкальциевый борат Са(ВОз)2 это материал, который получают из бедных боратовых руд путем термохимического разложения сопут ствующих гипсов с получением серной кислоты и продукта для борных удобр В ний, и имеет, следующий состав, мас.%: B20-J 22-25, СаО 35-45 MgO 10-18,-. SiO 12-20, FeO 2,5-4,0; Ре20з 3,0-6. Плавленный трехкальциевый борат является аморфньгм веществом с высоко 37 внутренней энергией, что и обуславливает его активность в смесях. Снижается расход энергии при плавке шихтовых материалов на величину фазового перехода кристалламорфное вещество, равную 80 ккал на 1 кг плавленного трехкальциевого бората. Присутствие кремнезема в предлагаемой шлакообразукмцей смеси в пределах 12-20% обуславливает локализацию его связи с кальцием и магнием, освобождая связи оксида бора, в результате чего повьш1ается его активность. Наличие избыточного количества СаС по отношению к у обеспечивает высокую активность СаО, что способствует протеканию реакции извлечения серы из металла в шлак по реакции . а} шлак лет ылок Оксианирны бора ВС в металле, содержащем углерод, восстанавливаются по реакции . /BLef- COt. Z) Таким образом, бор переходит в металл, а углерод в виде окиси углерода выделяется в газовую фазу. Снижение содержания серы и наличие бора в чугуне для рабочего слоя двухслойных валков обеспечивает измельчение пластинчатого графита и образование графита компактной формы, что приводит к значительному повышению прочности чугуна и снижению брака валков по волосовидным трещинам и выкрошкам, Плавленный трехкальциевый борат является твердым не пылевидным материалом с температурой плавления 1360-1400 С. Содержание предлагаемой йлакообразуняцей смеси кальцинированной соды в количестве 15-25% повьш1ает жидкоподвижность шлака, спбсобствует десульфурации и повышению механических свойств металла. Кроме того, оксид натрия уменьшает вязкость шлаковой смеси, обеспечивая повышение скорости реакций обмена между споят1 металла и шлака. Содержание в предлагаемой пшакообразующей смеси окислов железа в количестве 15-20% способствует понижению вязкости шлакообразующих смесей, а также печных шлаков, обеспечивая выход серы из металла в газовую фазу по реакции; 2/Fe20Wb,AaK f5Uet- /feO/ 502 Ввод плавленного трехкайьциевого бората в смесь осуществляется в виде гранул размером 5-7 мм. Пределы соде жания компонентов предлагаемой шлако образунмцей смеси определены опытньм путем. Введение плавленного трехкаль циевого бората ниже нижнего и вьше верхнего пределов понижает твердость валков которая по ТУ не должна быть ниже 62HS. При введении плавленного трехкальциевого бората менее 55 и бйлее 70% твердость чугуна резко падает (например, при содержании его 50 и 75% в предлагаемой шлакообразую щей смеси твердость составляет; 61HS) Снижение твердости объясняется тем, что при повышенном .содержании бора в чугуне более 0,03% прочность его воз растает за счет появления в структуре остаточного аустенита, поэтому твердость падает. При содержании бора менее 0,2% твердость металла снижается из-за недостаточной микротвердости перлита. Для определения рафинирующей способности, наличия в валках, изготовленных из чугуна, обработанных пред- лагаемой шпакообразукяцей смесью воло видных трещин и.выкрошек и механичес ких свойств чугуна были приготовлены шесть составов шлакообразующей смеси. Для обеспечения сопоставительного анализа с известной шлакообразувяцей смесью приготавливают состав с известным оптимальным соотношением ингредиентов. В табл.1 дана характеристика исследованных составов шлакообразую-щих смесей. Плавленный трехкальциевый борат применяют в виде гранул размером 5-7 мм, окислы железа дробят до кусков 8-12 мм, датолитовый концентрат и кальцинированную соду применяют в порошкообразном состоянии. Каждую смесь приготавливают в смешивающих бегунах и загружают на подину . марте новской печи в количестве 1% от веса плавки и присыпают шихтой, предназначенной для отливки рабочего слоя двухслойных валков. После расплавления шихты и вьшуска металла в ковш отбирают технологические пробы для исследования физико-механических свойств и заливают рабочий слой двухслойньрс валков, из которого вырезают кольца для определения твердости и предела прочности. Из технологических проб также вырезают образцы для определения предела прочности при изгибе и разрыве, химического состава, неметаллических включений и твердости Чугуны полученные после обработки их шлакообразующими смесями разных составов, имеют следующие характеристики по содержанию серы в металле (табл.2).. Каждое из приведенных в табл.2 . средних значений получают по результатам 8 плавок. Характеристики механических свойств чугуна, расплав которого обрабатывают шлакообразующими смесями указанных составов даны в табл.3. В табл.4 дан химический состав чугуна, обработанньй известной и предлагаемой шлакообразующей смесью. Характеристика брака двухслойных валков исполнения ЛПХНд-62 приведена в табл.5. Предлагаемая шлакообразующая смесь в сравнении с известной обладает следующими преимуществами Содержание серы в обработанном чугуне снижено на 23% (было 0,078%, стало 0,060л). Механические свойства обработанного чугуна повьш1ены: предел прочности при разрыве на 10,0% (было 255 Ша, стало 280 МПа) J предел прочности при изгибе на 15% . (было 370 МПа, стало 426 МПа)j твердость на 8,5% (было 62Н S, стало 67Н S); содержание никеля в чугуне снижено на 0,024% или на 2,4 кг/т, брак валков по волосовидным трещинам в среднем снижен на 13,8% (было 26,2%, стало 12,4%), по выкрошки на 7,3% (было 16,1%, стало 8,8%) за счет большего содержания в чугуне усвоенного бора (0,022-0,030%), который придает чугуну пластичность при высокой твердости, а также превращает графит из пластинчатой формы в компактную и тем самым предотвращает образование поверхностных мелких волосовидных трещин,а следовательно, выкрошек (выколов)Г 7 Экономический эффект от использования изобретения на заводах по 10891378 производству прокатных валков составит 11 руб. на тонну чугуна. Т а б л и ц а V

ШЛАКООБРАЗУЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЧУГУНА РАБОЧЕГО СЛОЯ ДВУХСЛОЙНЫХ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ, содержащая кальцинированную соду и окислы железа, отличающаяся тем, что, с целью повышения рафинирующей способности шлакообразукяцей смеси по отношению к сере, снюсения брака валков и улучшения механических свойств чу- Гуна, она дополнительно содержит плавленный трехкальциевый борат при следующем соотношении компонентов, мас.%: Плавленный трехкальциевый борат55-70 Кальцинированная сода 15-25 Окислы железа15-20

55 60 65 70 50 75

25 22 20 15 25 15

20 10 15 15 25 10 Содержание серы 0,070 0,067 0,063 в чугуне, %

{б7 273 277 280 259 286

386 401 414 426° 374 433 65 66 69 67 61 61

15

15

70

Таблица 3

255

370 62 0,060, 0,072 0,059 0,078

1089137 Таблица 4