Способ рафинирования и модифицирования стали Советский патент 1979 года по МПК C21C7/00 C21C5/56 

присадкой р.з.м. в количестве, необходимом для полного связывания по стехиометрии кислорода и серы в расплаве в соединении типа РЗМгОз и РЗМзЗз или превышающем в 1,1-2 раза. При этом после присадки каждого из элементов проводили интенсивное перемешивание расплава в течение 5- 35 мин.

Из всех элементов, применяемых для раскисления и десульфзфации стали р.з.м. обладает наибольшим сродством к кислороду и сере, это сродство оценивается значениями констант равновесия порядка ц 10 соответственно. С помош,ью р.з.м. можно добиться низких концентраций кислорода и серы. Плотность окислов и сульфидов р.з.м. велика и практически равна плотности жидкой стали, поэтому для удаления их из расплава нужны специальные условия и последовательность проводимых операций.

Учитывая свойства р.з.м. и их соединений и экономическую целесообразность для глубокого рафинирования и модифицирования необходимы следующие операции и их последовательность.

Металл должен быть покрыт шлаком, состояшим в основном из СаО, MgO, СаРз, и с минимальным содержанием в нем SiOa, МпО, FeO, Сг2Оз и т. п.

Металл перед вводом р.з.м. должен иметь минимальное содержание кислорода, это достигается путем раскисления металла алюминием в количестве 1,0-3,0 кг/т (что определяется содержанием углерода) и активного перемешивания металла в течение 5-35 мин.

Р.з.м. вводят в металл, находящийся в емкости футерованной магнезитом или доломитом.

Количество, присаживаемых р.з.м., должно быть не менее, чем это требуется по стехиометрии для полного связывания кислорода и серы, находящихся в металле к моменту присадки р.з.м.

Чтобы создать развитую реакционную поверхность контакта металла со шлако.м и стенками футеровки емкости для ассимиляции окислов и сульфидов р.з.м., металл после их ввода должен энергично перемешиваться путем донного дутья газом с минимальным содержанием кислорода в течение 5-35 мин электромагнитным или механическим способом.

Пример. Рафинирование стали марки 30 проводят в индукционно печи с основной (магнезитовой) футеровкой. По данному способу после расплавления и доводки металла до заданного химического состава наводят известковый шлак с добавлением для разжижения плавикового щпата. Перед присадкой р.з.м. в металл вводят алюминий в количестве 1,0-3,0 кг/т и включают электромагнитное пере.мешивание. Через 5-35 мин, в зависимости от присадок алюминия, получают минимальное содержание кислорода равное 0,0055-0,008%. После этого вводят на штанге ферроцерий, количество которого для первого варианта рассчитывают но стехиометрическим коэффициентам для соединения типа РЗМ2Оз и РЗМ28з, а для второго варианта это количество р.з.м. было увеличено вдвое. Проводят электромагнитное перемешивание в течение 5-35 мин, а заливают пробы металла для оценки содержания кислорода, серы, содержания MgO в шлаке и для оценки механических свойств. Перед присадкой ферроцерия отбирают пробы для оценки исходного содержания кислорода и серы в металле. Результаты эксперимента приведены в таблице.

Из данных, приведенных в таблице, видно, что при присадке р.з.м. в количествах, необходимых по стехиометрии, для связывания кислорода и серы, через 35 мин после присадки р.з.м. и электромагнитного перемешивания серы концентрация в металле снижается до 0,003% (опыт № 1). При увеличении количества р.з.м. в 2 раза (опыт № 2) эта же концентрация серы достигается через 5 мин.

По известному способу эта же концентрация серы (0,003%) достигается за 60 мин, когда в составе стержня-десульфуратора количество Сар2 равно 1,0% (опыт

№ 4), и за 35 мин, когда количество СаРг равно 30,0% (опыт № 5).

Из приведенных данных видно, что в опыте № 4 производительность агрегата резко снижается, так как увеличивается продолжительность плавки, из данных по опыту № 5 видно, что через 35 мин концентрация серы в стали равна 0,003%, однако из-за большого количества Сар2 в шлаке сильно разрушается футеровка, что видно из анализа шлака на содержание MgO. По данным опыта № 5, количество. MgO в шлаке в 4-5 раз больше обычного, что приводит к дополнительному загрязнению металла неметаллическими включениями (типа шпинелей), повышению кислорода и снижению ударной вязкости.

Кроме того, рафинирование стали по предлагаемому способу выявляет новый эффект, который заключается в том, что при одной и той же продолжительности рафинирования и одной и той же достигаемой концентрации серы концентрация кислорода в 2-3 раза меньше, а ударная вязкость на 39,0-40% выше (опыты № 1 и 3).

Уже через 5 мин по предлагаемому способу (опыт № 2) концентрация серы равна 0,003%, однако содержание кислорода несколько выше, чем в опыте № 3, но в 1,5- 2,0 раза меньше, чем в плавках по известному способу. При этом ударная вязкость в плавках по предлагаемому способу на 15,0-30,0% выше, чем по известному способу.

Низкое содержание серы и кислорода в металле по предлагаемому способу обеспечивается тем, что Р.З.М., обладая высокой активностью, при присадке связывают практически весь кислород и серу, находяшиеся в металле в соединении типа РЗМ2Оз и РЗМаЗз- Одним из главных свойств этих соединений является их высокая стойкость и высокая адгезия к основным окислам, например СаО, MgO. При энергичном перемешивании металла развивается очень большая реакционная поверхность контакта металла-футеровка, в результате чего окислы и сульфиды р.з.м. почти полностью ассимилурются стенками футеровки и шлаком. Микроанализ показал, что футеровка печи покрывается пленкой из оксисульфидов в р.з.м. (типа P3M2O2S), которая обладая высокими огнеупорными свойствами.

предохраняет футеровку агрегата, увеличивая срок ее службы.

Необходимо отметить, что рафинирование стали по предлагаемому способу позволяет совершенно изменить природу неметаллических включений. Остаточные неметаллические включения (оксиды и сульфиды) р.з.м. резко отличаются от остроугольных включений глинозема и сульфидов марганца в

плавках рафинированных по известному способу. Включения р.з.м. глобулярны с баллом не выше 0,5 и равномерно распределены в объеме металла. Предлагаемый способ имеет следующие

преимущества:

-обеспечивается возможность получения металла высокой чистоты не только по сере, но и по кислороду;

-повышается стойкость футеровки;

- обеспечивается возможность изменения остроугольной формы включений на мелкодисперсные глобулярные;

-повышаются механические свойства стали до 40,0%, что увеличивает «живучесть деталей.

Экономический эффект от повышения живучести деталей на 30-50% составит 120- 150 тыс. руб.

Формула изобретения

Способ рафинирования и модифицирования стали, включающий предварительное раскисление алюминием или другими элементами, последующий ввод РЗЛ и перемешивание, отличающийся тем, что, с целью повышения степени удаления серы и кислорода и повышения механических свойств стали, редкоземельные элементы вводят в расплав, ограниченный футеровкой из высокостабильных окислов со свободной энергией образования 150-230 ккал/г-моль при 1600°С, в количестве, необходимом для полного связывания по стехиометрии кислорода и серы в соединении типа РЗМ2Оз и РЗМ25з или превышающем в 1,1-2,0 раза.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 532630, кл. С 21С 5/52, 1976. 2. Авторское свидетельство СССР № 529215, кл. С 21С 1/00, 1976.

3. Патент Японии № 50-8961, кл. 10J 154-1971.