Раскислитель для стали Советский патент 1981 года по МПК C21C7/06 

(54) РАСКИСЛИТЕЛЬ ДЛЯ СТАЛИ

1

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к смесям Ш1Я раскисления стали.

Известен способ раскисления стали твердым углеродом путем продувки металла порошкообразными карбонизаторами в струе несущего газа. Этот способ позволяет снизить содержание кислорода в металле перед окончательным осадочнЕлм раскислением Cll

Однако как правило, раскисление сопровождается неконтролируемым науглероживанием стали. Недостатками процесса также являются жесткие ограничения по фракционному составу nopovuKa, нагрузке газопорошковой струи, глубине погружения фурмы. частицы, не успевая растворит1|ся в металле, вспенивают шлак, а мелкие выносятся из ванны обратными газовыми потоками. Системы подачи порошков сложны и работсцот неустойчиво. Все это ограничивает применение порошкообразных карбонитзаторов в сталеплавильном производстве.

Известно применение для обработки стали флюсоферросплавных брикетов, содержшдих ,вес.%:

65%-ный ферросилиций25Плавиковый шпат о50 Известняк25

с использованием в качестве Ьвязующего сульфидно-спиртовой барды. Флюсоферросплавные брикеты эффективны при обработке высококачественных спокойных сталей, в частности, при

10 обработке их с целью снижения содержания серы С2.

Однако при этом не достигается перемешивание и равномерная дегазация металла, поскольку брикет при

15 взаимодействии с металлом не образует газовой фазы восстановительного характера. Применение указанного брикета для обработки рядовых спокойных, кипящих и полуспокойных сталей

20 экономически нецелесообразно.

Известен также способ обработки стали монолитным углеродистым материалом, который принудительно вводится в металлическую ванну и выдер25живается там необходимое время, вызывая кипение, раскисление и дегазацию металла. Монолитный углеродистый блок готовится из 80% кокса и 20% связующего - каменноугольного

30 пека СЗД.

Недостатком указанного углеродистого раскислителя является то, чго при низком начальном содержании кислорода в металле, например в высокруглеродистой -или раскисл.енной только кремнием стали, раскисление с самого начала обработки сопровождается науглероживанием, а это нежелательно, так как возможно непопадание в анализ по углероду. Причина такого хода процесса заключается в тому что при низкой начальной интенсивности кипения устойчивость газовой прослойки вокруг монолитного углеродистого раскислителя снижается, улучшается контакт металла с твердым углеродом и происходит науглероживание стали. При этом интенсивность перемешивания мала и недостаточно эффективен массоперенос кислорода из объема ванны в реакционную зону. Кроме того, высокая теплопроводность графитового и угольного электродов при применении их в качестве раскислителя стали задерживает начало реакции из-за намораживания шлакометаллической корки на его поверхности, что увеличивает продолжительность обработки.

Цель изобретения - увеличение эффективности раскисления и уменьшение степени науглероживания металла.

Цель достигается тем, что в раскислитель, содержсцций кокс и каменноугольный пек, дополнительно вводят известняк при следукяцем соотношении компонентов, вес.%:

Кокс.40-75

Известняк10-30

Каменноугольный

пек15-30

Схему процесса взаимодействия жидког металла с раскислителем можно представить следующим образом:

{СО} .

(V)

СО ГО

Ссз {соУ

+ +

СсоаУ

(2) L-TB + {с 03} (3)

uijT-g

CaCOi

2 {СО} () + 2С

Образующаяся в результате реакций (2) и (3) двуокись углерода регенерируется твердым углеродом, нагретым до температуры жидкой стали, с увеличением объема газа вдвое. Поэтому даже при низкой интенсивности реакций окисления углерода (1) и (2) обеспечивается экранирование монолитного Углерода от металла, эффективное перемешивание ванныи перенос кислорода в реакционную зону. Движущая сила раскислителя, как и в известном способе, где схема взаимодействия раскислителя с металлом представлена только реакциями (1), (2) и (4), зависит от разности парциальных давлений СО,, , равновесных с металлом и с твердым углеродом

Для поддерживания высокой движущей силы процесса раскисления необходимо обеспечить возможно более полную регенерацию СО, а это при температурах жидкой стали зависит - только от прихода СО/ по реакции (41 т.е. от содержания известняка в материале раскисления и от кинетики процесса регенерации.

При определении оптимального для обработки количества известняка в материале раскислителя критерием эффективности является следующее условие: парциальное давление СО в газовой фазе пузырей, покидающих металл, должно быть ниже или, по

5 крайней мере, не выше давления СО,, определяемого равновесием реакций (1) и (2).

При содержании известняка в углеродистом раскислителе меньше 10%

0 при обработке высокоуглеродистой или раскисленной только кремнием стали происходит науглероживание металла, так как выделяющегося по реакции (4) газа недостаточно для

5 устойчивого экранирования углеродистого блока на протяжении всего, времени обработки.

При содержании известняка в составе раскислителя больше 30% скорость

0 образования CO,j, по реакции (З) больше скорости регенерации его твердым углеродом по реакции (.4) , и в поднимакяцихся в металле пузырях резко возрастает количество СО,,

5 что значительно ухудшает показатели раскисления 4 I.

Кроме того, при содержании иэвестняка в составе раскислителя больше 30% значительно снижается механическая прочность спеченныХ блоков..

Каменноугольный пек используется в качестве связующего, а также активного компонента раскислителя. В . зависимости от расхода пека фррми5 Руются физикo-мekaничecкиe свойства, материала - пористость, механическая прочность и пр., а углерод коксового остатка, образующегося в результате термического разложения пека,

g участвует в реакциях раскисления металла и регенерации выделяющегося из известняка углекислого газа.

Содержание в составе раскислителя каменноугольного пека 15-30%

связано с получением обожженных блоков раскислителя с определенными физико-механическими свойствами. При содержании каменноугольного пека в шихте меньше 15% обожженные блоки имеют невысокую механическую прочность, низкую термостойкость и непригодны для обработки стали. При обжиге блоков из шихты, содер |щей , более 30% каменноугольного п-ека, выделяется большое количество.газов,

ухудшаются физико-механические свойства готовых изделий, неоправданно затягивается процесс обжига.

Раскислитель целесообразно использовать при обработке высокоуглеродистой нераскисленной или малоуглеродистой, раскисленной только кремнием, стали.

Пример. Углеродистые блокы раскислителя готовят из смеси порошков кокса и известняка на связке из каменноугольного пека. Вещественный состав предлагаемых раскислителей приведен в таблице. Блоки подвергают обжигу в разъемных металлических формах.

Термическую обработку блоков заканчивают при температурах 600650 С с выдержкой 1 ч.

Эксперименты проводят при обработке стали в индукционной печи ИСП-006 с основной футеровкой. Вес плавки находится в пределах 40-50 кг а глубина металлической ванны от 250 до 300 мм.

Сталь обрабатывают углеродистыми блоками, закрепленными в кварцевой трубке. Диаметр рабочей части блоков находится в пределах от 20 до 35 мм, высота от 25 до 40 мм. Блоки вводят в металл на всю глубину ванны. Выделяющиеся

из ванны газы улавливают с помощью погружаемого на 10-15 мм в металл огнеупорного колокола и на газоанализаторе ОРса опре-г деляют содержание CO/j. Обработку стали блоками каждого типа дублируют 5-6 раз.

Для сравнения испытан в качестве раскислителя монолитный углеродистый блок, состоящий из 80% кокса и 20% Кё1менноугольного пека.

Как видно из приведенных в таблиoце результатов, при обработке стали блоками из чисто углеродистой шихты кипения, а следовательно, и раскисление металла заканчивается в среднем через 21 с (от 15 до 25 с) и

5 сопровождается науглероживанием в среднем на . При обработке блоками раскислителя предлагаемых ,составов их извлекают из ванны через 30 с при продолжакнцемся кипении

0 металла. Содержание углерода в стали за Обработку практически не изменяется, а эффективность раскисления увеличивается.

Таким образом, предлагаемый рас5кислитель позволяет увеличить эффективность раскислителя и снизить степень науглероживания стали.