Глиноземистый материал для выплавки сталерафинировочного шлака Советский патент 1981 года по МПК C21C5/54 

Изобретение относится к черной ме таллургии, в частности к шихтовым ма териалам для выплавки сталерафинировочных шлаков. Раскисление низколегированной конструкционной стали различного назначения алюминием для придания нестареющих свойств связано с проблемой сохранения пластичности металла при температурах горячей пластическо деформации. 8 металле, раскисленном алюминием происходит -выделение нитридов алюминия по границам зерен, вызывающее охрупчивание стали в области высоких температур. Деформированный металл имеет плены, трещины, рванины и. т.п. дефекты. Частичное подавление процесса деформирования нитридов алюминия по границам зерен достигается вв дением в сталь титана, который образует нитриды на стадиях кристаллизации. Большая часть азота связывается с титаном, нитриды которого частично удаляются из стали, а частично служат центрами кристаллизации. В результате границы зерен очищаются от нитридных включений, пластичност стали при горячей деформации повышается. Однако при этом наряду с формированием дисперсной фазы нитридов титана образуются также и крупные нитриды титана, которые значительно снижают свойства стали. При рафинировании стали синтетическим шлаком с добавкой в металл титана и его сплавов происходит формирование крупных нитридов титана в основном за счет связывания с титаном азота, присутствующего в шлаке. Более того, при обработке стали синтетическим шлаком, содержащим незначительное количество окислов титана (1-2%), даже без присадки в металл титана и его сплавов в стали обнаруживают крупные нитриды титана. По-видимому, это объясняется фор3мированием нитридов титана еще в жид ком сталерафинировочном шлаке и загрязнением стали готовыми крупными нитрида-ми титана. В связи с этим содержание окислов титана в синтетическом известковоглиноземистом шлаке ограничивается 2%, а в полупродукте, предназначенном для выплавки таких шлаков, не более 31. Кроме того, окислы титана снижают рафинирующую способность синтетического шлака. С одной стороны, это про исходит вследствие снижения активнос ти окиси кальция, а с другой - из-за вспейивания шлака при выплавке его в печи с углеродистой футеровкой чacтичнoe восстановление окислов титана углеродом). Известен шихтовый материал для выплавки синтетического шлака - шлак производства ферротитана, содержащий вес.: Глинозем . 68-72 Окислы кальция и магния8-12 Окислы титана 12-16 Случайные компоне.нты.и примеси 2-5 В качестве- примесей в шлаке содер жатся, %: окислы железа до 3,5 и кремния до 2, а также незначительное количество соединений фосфора, серь, ванадия, хрома, марганца и др, 1. Недостаток этого материала состои в том, что он способствует образованию известково-глиноземистого шлака, содержащего повышенное количество со динений титана. При выплавке в печи углеродистой футеровкой шлак вспенивается, рафинирующая способность шла КЗ снижается. Использование материал в шихте ограничивается 10-15. Наиболее близок к изобретению идпользуемый в шихте для выплавки синте тического шлака отвальный шлак 2 алюмино-термического производства фе ротитана, содержащий, вес,%: Двуокись титана 9,2 Окись магния6,5 Глинозем7, Окись кальция6,5 Двуокись кремния 2,5 Сопутствующие компоненты и примеси1,3 Недостаток отвального шлака ферро титана состоит в том, что при его ис пользовании формируются сталерафинировочные шлаки с повышенным содержа, Hi-ieM соединений титана и металл, обработанный этими шлакамиJ загрязняется крупными нитридами титана. При выплавке в печи с углеродист.ой футеровкой происходит вспенивание шлака. Рафинирующая способность шлака снижается а темп наплавки шлака (т.е. производительность шлакоплавильной печи) снижается. Технологичность металла при горячей деформации снижается, качество поверхности ухудшается, выход годной стали уменьшается. Цель изобретения - снижение температуры плавления глиноземистого материала, уменьшение расхода электроэнергии при выплавке шлака, повышение производительности шлакоплавильного агрегата, снижение затрат на выплавку шлака и улучшение технологичности обработанной синтетическим шлаком стали при горячей пластической деформации. Цель достигается тем, что в состав глиноземистого материала, содержащего глинозем, окись кальция, окись магния, окислы титана, дополнительно вводят окислы щелочных металлов при следующем соотношении компонентов, вес.: Глинозем ,. 60-80 Окись кальция 12-22 Окись магния 1,5-5 Окислы титана 6-14 Окислы щелочных металлов0,5-3,5 В плавленом глиноземистом материале, кроме основных компонентов, допускается наличие случайных элементов, %: окислов кремния до 3, хрома до 1, марганца и железа до 1 и других в количествах не изменяющихся свойств материала, выплавленного из него шлака и рафинированной стали. Суммарное количество случайных элементов и примесей не должно превышать 7. Для получения материала используют расплавленный недовосстановленный или частично довосстановленный шлак алюминотермического производства ферротитана, в который добавляют окислы щелочных металлов. Расплав перемешивают и охлаждают. Допускается добавка окислов щелочных металлов в шихту при довосстановлении ферротитановых шлаков. Охлажденный материал подвергают дроблению до размера кусков не крупнее 150 мм, обеспечивающих загрузку в шлакоплавильную печь бросковой или вибрационной машиной. Содержание окислов алюминия, каль ция., магния и титана в материале обу словлено составом используемого для его изготовления ферротитанового шла ка. Содержание компонентов шлака, в особенности окислов титана, связано с неэкономичностью дальнейшего извле чения из него титана. Содержание окислов.щелочных металлов обусловлено приодинаковом со ставе шлака содержанием в нем окислов титана и нейтрализацией их ухудшающего влияния на свойства сталерафинировочного шлака и стали и экономичностью извлечения титана из шла ка при его довосстановлении. В известково-глиноземистом шлаке окислы титана играют роль кислого компонента, связывающего часть окислов кальция в сложные комплексы и уменьшающие количество свободной окиси кальция, В связи с этим ухудшается десульфурирующая способность синтетического шлака. С другой стороны, в процессе переплава шихты в восстановитель юй ат мосфере (в шлакоплавильной уг леродистой футеровкой подины и откосов) происходит восстановление двуокиси титана до низших окислов TIj Oj и TiO, а также до металлического ти тана. Низшие окислы титана образуют кру ные комплексы, ухудшающие жидкотекучесть шлака и снижающие их вязкость, а образующиеся газообразные продукты реакции углерода с окислами титана вспенивают шлак. В результате ухудшаются показатели работы печи: снижается интенсивность наплавки шлака, увеличивается расход электроэнергии. Восстановление двуокиси титана до металлического титана сопровождается образованием крупных тугоплавких соединений карбонитрилов титана, загряз няющих обрабатываемую сталь. Введение в шихтовый материал в про цессе его выплавки окислов щелочных металлов позволяет в значительной мере устранить эти недостатки, что обусловлено следующим. Введенные в расплавленный ферротитановый шлак окислы щелочных металлов при охлаждении образуют соединения типа гексатитанатов (MejO 61102). Затем при выплавке син тетического шлака соединения гексатитанатов щелочных металлов, имеющие относительно высокую термодинамичес18 . -6 кую устойчивость и ограниченную раст воримость в известково-глиноземистом расплаве, длительное время существуют в расплаве в виде самостоятельных комплексов. В результате процессы -восстановления двуокиси титана углеродом до низших окислов и металлического титана значительно замедляются, и рафинировочйые свойства шлаков не ухудшаются. В значительной мере подавляется реакция вспенивания шлакового расплава, производительность печи повышается, энергетические, затраты на выплавку рафинировочного шлака coкращаются. Кроме того, при введении окислов щелочных металлов несколько снижается температура плавления глиноземистого материала. При содержании окислов щелочных металлов в материале менее 0,5 рафинирующие свойства синтетических шлаков, полученных из этого материала, ухудшаются, сталь загрязняется крупными нитридами титана, технологичность металла при горячей деформации ухудшается. Лри содержании окислов щелочных металлов в материале более- 3,5 и введении их в шихту, алюминотермического довосстановления шлака ферротитана извлечение титана ухудшается, а : ПРИ введении в шлак ферротитана после довосстановления наблюдается значительный вынос их в атмосферу и ухудшение санитарно-гигиенических условий на рабочих местах. Особенность предложенного глиноземистого материала состоит в том, что он представляет собою сплавленный материал, в котором окислы титана связаны в сложные соединения с окислами щелочных металлов. При последующем переплаве на известково-глиноземистый шлак эти соединения, по-видимому, длительное время не разрушаются и препятствуют образованию нитрида титана в синтетичес|ком шлаке. Кроме того, шлак, выплавляемый с применением предложенного материала, не пенится и обладает высокой рафинирующей способностью. При выплавке синтетического шлака снижается расход электроэнергии на выплавку шлака, повышается производительность шлакоплавильной печи. Обработанная синтетическим шлаком, .полученным с использованием предложенного материала, сталь практически не имеет крупных нитридов титана, технологичность ее при горячей деформации увеличивается. Необходимость в раскислении металла титаном отпадает Приме р.,Шлак производства ферротитана трех плавок подвергают довосстановлению с целью дополнитель ного извлечения титана и получения глиноземистого материала для выплавки синтетического сталерафинировочно го шлака. После довосстановлеиия в расплавленный шлак добавляют плавленую соду в количествах 10-50 и 100 к на плавки 1,2 и 3 соответственно. Шлаковый, расплав охлаждают, раздробляют до кусков размером не крупнее 100 мм, и полученный материал исполь зуют в качестве шихты для выплавки синтетического сталерафинировочного шлака. В табл. 1 приведены составы предлагаемого глиноземистого материала (1-3), а также известный состав глиноземистого материала с повышенным содержанием окислов титана, но без добавки окислов щелочных металлов(4) Глиноземистый материал с добавкой извести переплавляют в шлакоплавильной печи с углеродистой футеровкой для получения известково-глиноземистого сталерафинировочного шлака. В табл. 2 приведены условия плавк шлака. Как видно из табл. 2, применение предложенного глиноземистого материа ла способствует повышению темпа наплавки шлака, т.е. увеличению производительности печи, и снижению расхода электроэнергии. В табл. 3 представлен, состав синтетических шлаков, которыми обработа на низколегированная трубная сталь, выплавленная в 00-тонных мартеновских печах. При исходном содержании серы 0,02 0,032 и расходе шлака 3 в готовом металле содержится 0,009-0,010% серы. Степень десульфурации шлаками (1-3) , выполненными на предложенном глиноземистом материале, и шлаком (k), выплавленном на известном материале практически одинакова и находится на уровне 68-72. Металл плавк (k) дополнительно раскислен ферротитаном 0,2 кг/т (по т 1тану) . Сталь разливают в слитки и прокатывают на лист толщиной 12 мм. Метал плавок (1-3) имеет меньше дефектов на поверхности листа по сравнению с плавкой (4) . Отсортировка металла в пониженные сорта на плавках 1, 2, 3 и 4 составляет 5,8; 6,1; 5,6 и 7,9 соответственно, т.е. на плавках, обработанных синтетическим шлаком, полученным из предложенного материала, выход первосортной продукции выше на 1,8-2,3%. Экономический эффект за счет сокращения расхода титана для раскисления стали составляет 0,2 р на 1 т слитков, а при производстве 500 тыс.т. слитков (что соответствует примерно 300 тыс.т. листового проката) 0, X 500 100 тыс. руб. Экономический эффект за счет повышения технологичности стали и увеличения выхода металла первого сорта при разнице в отпускных ценах 30 Р/т составляет 0,02x30 0,6 р. на 1 т. проката, а при годовом производстве листового проката 300 тыс. т - 180 тыс. руб. Увеличение пластичности стали при прокатке объясняется тем, что при обработке стали синтетическим шлаком, полученным с использованием предложенного глиноз.емистого материала, в стали формируются включения нитридов титана более мелких размеров и в меньшем количестве. Размер включений нитридов титана в плавках (1-3) не превышает 5 мкм, в то время как в плавке (k) наблюдаются нитриды титана размером 10-15 мкм. Объемный процент нитридов титана в плавке 1 , 2, 3 и t составит 0,0013; 0,0008; 0,00.05 и 0,0024 соответственно. Кроме того,, экономический эффект может быть получен за счет сокращения расхода электроэнергии, увеличения производительности шлакоплавильной печи и увеличения количества стали, обработанной синтетическим шлаком. Таким образом, предложенный глиноземистый материал позволяет повысить технико-экономические показатели при выплавке синтетического шлака: снизить расход электроэнергии на 1030, увеличить производительность шлакоплавильной печи на 0,1-2,5 т/ч, повысить технологичность металла при горячей пластической деформации. Следует отметить, что введение окислов щелочных металлов в синтетический шлак при его выплавке не обеспечивает снижения в стали включений нитридов титана. Изобретение просто в осуществлении. Для его внедрения не требуется капитальных затрат. Глиноземистый ма 1810 териал может быть получен на ферросплавных заводах и использован на предприятиях, имеющих оборудование для выплавки сталерафинировочных син тетических шлаков. Таблица1

100

Всего:

100

100

100

.Таблица

Таблица 3 11 Формула изобретения Глиноземистый материал для выплавки сталерафинировочного шлака, включающий окись кальция, глинозем, окись магния, окислы титана, отличающийся тем, что, с целью снижения температуры плавления материала, уменьшения энергетических затрат, повышения производительности шлакоплавильного агрегата, улучшения технологичности стали при горячей пластил,ческой деформации, он дополнительно содержит окислы щелочных металлов при 8897 5 to . 12 следующем соотношении компонентов, вес. %: Окись кальция 12-20 Глинозем60-80 Окислы титана 6-И Окись магния 1,,0 .Окислы щелочных металлов0,5-3,5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Воинов С.Г. Рафинирование стали синтетическими шлаками. М., Металлургия, 1970, с. 133. 2.Там же, с. 177.