Способ получения стальных слитков Советский патент 1981 года по МПК B22D7/00 

1

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано лри изготовлении Стальных отливок.

Известно введение в струю металла порошкообразного раскислителя, например алюминия в определенном скоростном режиме |1.

Недостатком этого способа является то, что он применим только для кипящей стали, требует для осуществления воздушного потока, что является дополнительным техническим усложнением. Кроме этого, способ неприменим для изготовления фасонных отливок, так Как кипящая сталь может быть использована только для слитков.

Наиболее близким техническим решением из известных является способ получения стальных слитков, включающий введение в сталь алюминия и лорошка на основе железа в количестве 0,5-2,5 вес. % от веса заливаемой стали 2.

Недостатком этого способа является то, что невозмолшо осуществить значительное измельчение структуры и применение смеси порощков сложно .по производственным причинам, из-за необходимости производить дополнительные операции ло дозироваиию и смешиванию разных порошков, а также из-за необходимости иметь специальное оборудование для этого. Перечисленное

производит к усложнению и удорожанию производстша.

Целью лредлагаемого изобретения является обеспечение высоких механических свойств отливок за счет измельчения структуры стали.

Эта цель достигается тем, что порошок вводят окисленным с содержанием связанного кислорода 0,3-2,8 вес. %.

Механизм улучшения лрочностных характеристик отливок за счет измельчения структуры литой стали по предложенному способу объясняется следующим образом. Вводимый .вместе с порощком на железной

основе кислород, растворяясь в,жидкой стали, увеличивает содержание .кислорода в ней сверх минимального (равновесного). По закону действующих масс это сразу же приводит к началу реакции окисления алюминия, (Находящегося в стали.

2 А1 +3 0 -АЬОз.

Реакция будет идти до минимального (равновесного) содержания кислород в стали. Частицы свежеобразованной окиси алюминия, имея наиболее близкие лараметры кристаллической решетки « железу, служат затравками при последующей кристаллизации металла отливки в литейной форме.

Структура литой стали при этом получается более мелкозернистая не только из-за перехлаждения порошком на железной основе жидкой стали, «о и за счет зарождения многочисленных центров кристаллизации На свежеобразованных поверхностях АЬОз; К тому же образующиеся окислы алюминия исключительно диснерсны, что еще более способствует измельчению структуры стали. При этом, являясь центрами кристаллизации, частицы АЬОз расположены внутри кристаллов, а не по границам, где они наиболее вредны, обеспечивая, даже При повышенном уровне загрязненности, улучшение механических характеристик сплава.

Положительный эффект - измельчение зереи литой стали - обеспечивается только при соблюдении предлагаемого способа. Например, образованные ранее, в период плавки и раскисления, окислы АЬОз частично всплывают в шлак, а оставшаяся их часть к моменту заливки форм успевает покрыться сорбентами (газы, шлак, неметаллические включения), теряя после этого способность быть центрами зарождения кристаллов. Таким образом только появление свежеобразованных дисперсных частиц АЬОз именно в процессе заливки стали в литейньш формы при одновременных локальных переохлаждениях жидкого металла порошком на железной основе максимально обеспечивают получение мелкозернистой структуры литой стали в отливках.

Операцию связывания кислорода в порошке на железной основе (окисление) можно осуществить несколькими вариантами: кислород до нужных пределов может быть связан с поверхностью свежеобразованиого порошка -при выдержке его на воздухе в течение 60-90 суток при нормальной температуре; кислород до нужных пределов может быть связан нагревом порошка до температуры 500°С и выдержкой 2-8 ч (в зависимости от атмосферы, материала порошка и т. д.), нагрев можно производить в печах, в пламени горелок, причем, эта операция совмещается с удалением влаги; связь кислорода до нужных пределов с порошком может быть осуществлена при нормальной температуре с помощью окисления последнего окислителями, например водным раствором шестивалентного хрома, марганцевокислого калия ит. д., наконец, СВЯЗЬ кислорода с порошком может быть осуществлена комбинацией варианта П1 и И или П1 и I.

Контроль количества кислорода в порошке осушествляется по результатам химического анализа.

Определенное содержание алюминия в стали достигается его добавкой в жидкий металл в плавильной печи или при сливе стали в разливочный ковш в количестве

0,9-2,5 вес. % в зависимости от усвояемости алюминия (температуры, технологии введения и др.).

Пределы содержания кислорода в порошке и алюминия в стали определяются следующими соображениями.

Нижний предел кислорода (0,3%) в порошке обусловлен минимально необходимой концентрацией кислорода в жидкой

стали. Верхний предел содержания кислорода в порошке (2,8% вес) ограничен необходимостью обеспечения качества получаемых отливок, так как избыток пересыщения кислородом стали приводит к дефекту отливок по газовым раковинам.

Нижний предел содержания избыточного металлического алюминия в стали, до заливки форм определен равным 0,03 вес. %, это количество необходимо для связи минимального количества кислорода, вносимого порошкам для полного раскисления стали.

Верхний предел алюминия определен необходимостью связи кислорода по верхиему пределу, а также максимально дОПустимым его количеством в стали для предотвращения образования сульфидов П1 рода. Пример осуществления способа. Сталь в электропечи в период рафинирования первоначально раскисляют через шлак, затем (по общепринятой технологии) производят глубинное раскисление марганцем и кремнием. При сливе В ковш дают 0,9-1,2 кг алюминия на 1 т жидкой стали

в зависимости от содержания кислорода в стали .перед сливом, определенное статистически по результатам проб па химический анализ предыдущих плавОК. Затем, предварительно прокаленный в камерной печи при

400-500°С в течение 2-х ч железный порошок зернистостью 0,1-2,0 мм с содержанием кислорода 1,0-1,5 вес. % (поданным химического анализа) подают в струю жидкой стали в количестве 1,5 вес. % от веса

разливаемой по формам стали.

Образованные при окислении алюминия окислы при кристаллизации в форме, охлажденной порошком стали, способствуют резкому измельчению ее структуры.

Использование данного способа при получении отливок позволило шовысить механические свойства, например, пластичность, за счет измельчения и выравнивания по сечению структуры литой стали.

Формула изобретения

Способ получения стальных слитков, включающий введение в сталь алюминия и порошка на основе железа в количестве

0.5-2,5 вес. % от веса заливаемой стали, отличающийся тем, что, с целью обеспечения высоких механических свойств отливок за счет измельчения структуры, порошок вводят окисленным с содержанием

связанного кислорода 0,3-2,8 вес. %. 5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 835609 6 1. Патент Великобритании № 1313662, «л. В 37, 1969. 2. Журнал «Сталь № 12, 1973, с. 1114.