Сплав вторинного алюмінію для комплексного розкислення сталі – сіфераль

Корисна модель відноситься до області чорної металургії, зокрема, до виробництва феросплавів і лігатур для обробки рідкої сталі. Промислові сплави феросилікоалюмінію для комплексного розкислення сталі відомі під назвою «фералсит», що містять основні легуючі елементи 30-75% Si та 10-45% AI регламентуються сумою Si+Al, рівної концентрації кремнію в марочній сполуці феросиліцію [1]. Комплексне розкислювання рідкого металу значно ефектніше ковшової обробки сталі роздільними присадками простих феросплавів типу ферросиліцію і чушкового алюмінію, оскільки забезпечує більш глибокий ступінь розкислювання і підвищення засвоєння легуючих елементів [1]. TOB «Фірма «Унікон» організувала промислове виробництво сплавів вторинного силікоалюмінію, що містить 10-30% Si, 30-75% AI для розкислення та легування спокійних і хімічної закупорки зливків киплячої сталі – [Пат. України 609 31А, С22С35/00, опубл.15.10.2003], що прийнятий за аналог корисної моделі. Як прототип обраний пат. Китайської народної республіки [СК 1049528, С21С7/06, опубл.1991-02-07], у якому сплави феросилікоалюмінію регламентуються по залізу 5-45%, кремнію 15-30% та алюмінію 40-75%. Технологія рафінування сталі передбачає послідовний ряд операцій по обробці рідкого металу: попереднє й остаточне розкислення металу, розкислення покривного шлаку й окрема операція - хімічна закупорка зливків киплячої сталі. На кожній операції застосовують різні марки сплавів: висококремнієві сплави для попереднього розкислення, високоалюмінієві для розкислення шлаку та хімічного закупорювання, еквівалентні сплави (Si»Al) для остаточного розкислення. Крім того, для розкислення сталі щільність сплавів повинна бути вище щільності рідкого шлаку (3,0-3,5г/см 3) і менше - для розкислення шлаку. У зв'язку з цим, промислові сплави феросилікоалюмінію (ФСА), також як сплави аналога і прототипу, відрізняються загальними недоліками. Загальний недолік - відсутність строгої регламентації складу по марках сплаву, що повинна враховува ти не тільки вище перераховані вимоги, але й відповідати визначеному структурнохімічному стан у, що забезпечує стабільність рідких і твердих сплавів і, о тже, їх е фективність при рафінуванні сталі. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності обробки рідкої сталі за рахунок оптимізації складу феросилікоалюмінію (сифераль), що містить крім основних компонентів, регламентовані концентрації домішкових елементів (вуглець, марганець, хром, титан, сірка, фосфор) і кольорових металів (мідь, цинк, олово, свинець, сурма, вісмут) і задовольняючого як вимогам необхідності (заданої щільності), так і достатності (стабільність у рідкому і твердому станах). Оптимізація хімічного складу стабільних сплавів заснована на структурно-хімічному аналізі металургійних фаз у рідкому і твердому стані [2] за допомогою полігональної діаграми стану залізо - кремній - алюміній, побудованої новим графоаналітичним методом [3]. На підставі проведеного аналізу групи сплавів сплави феросилікоалюмінію розділені по основних компонентах на чотири групи: на основі заліза (сифераль-Ф), кремнію (сифераль-К), і алюмінію (сифераль-А) і проміжні (еквівалентні) сплави основних компонентів (сифераль). Оптимальні склади визначають із заданих співвідношень Fe:Si:AI, що відповідають області гомогенності потрійних сте хіометричних інтерметалідів. Поставлена задача досягається тим, що сплави вторинного алюмінію для розкислення сталі - сифераль, що містять основні компоненти залізо, кремній, алюміній, а також домішкові елементи і кольорові метали, які відрізняються заданим вмістом інгредієнтів (мас.%): залізо 20,0-30,0; кремній 30,0-40,0; алюміній 20,0-40,0; домішкові елементи: вуглець + марганець+ хром + титан 5,0-6,0; сірка+фосфор 0,05-0,10; кольорові метали: мідь+цинк+ олово+ свинець+сурма + вісмут 3,0-5,0 що відповідають оптимальному сплаву в області гомогенності потрійних сте хіометричних інтерметалідів основних компонентів при їх співвідношенні Fe:Si:Al=(1-2):(1-2):(1-2). Загальною ознакою предмета корисної моделі, що заявляється, є верхні обмеження по вмісту заліза (менш 45%). Однак відмітною ознакою залишаються обмеження по концентрації кремнію (більш 30%) і алюмінію (менш 40,0%). Істотно відмітною ознакою також є і регламентовані оптимальні склади стабільних сплавів сифераля, що відповідають області гомогенності послідовного ряду потрійних стехіометричних інтерметалідів: Fe1Si2Al 2 (ФС30А30)®Fe2Si3Al2 (ФС30А20) ®Fe1Si3Al 4 (ФС30А40)®Fe2Si3Al4 (ФС25А35). Тут у дужках приведені умовні позначки марочного складу сплавів, що відрізняються від стехіометричного складу в межах концентрацій основних компонентів ±(2-3)%. У таблиці 1 приведені порівняльні дані про склад та властивості сплавів феросилікоалюмінію різних типів — аналогів, прототипу і сифераля. Видно, що сплави сифераля на основі заліза мають щільність 3,75-4,66г/см 3 при температурах плавлення (850-1100°С), що дозволяє використовувати їх для попереднього розкислення в плавильній печі і остаточного в стальковші. Оцінка ефективності сплавів сифераля проведена на дослідних плавках сталі Ст. Зсп в індукційній печі з магнезітовою футеровкою ємністю 30,0кг. На дно виливниці ємністю 15,0кг присаджували сифераль марки ФСЗОА50 або ФС25А50 (дослідний злиток) і сплави ФС45+AB87 (порівняльний злиток), визначали хімічний склад металу і ступінь засвоєння елементів - розкислювачей (кремній, алюміній). У таблиці 2 приведена порівняльна оцінка ефективності різних способів розкислення сталі, звідки випливає, що ступінь засвоєння кремнію (80,0-85,0) на (10,0-15,0)% вище феросиліцію, а засвоєння алюмінію зростає у 1,5-2,0 рази, що дозволяє одержати економефект 2,0-3,0грн/т при розкисленні сталі. Таким чином, оптимальні склади стабільних сплавів задовольняють умовам необхідності і достатності, а також між істотними відмінними ознаками предмета винаходу, що заявляється, і технічним результатом існує причинно-наслідковий зв'язок, що визначає ефективність і новизну сплавів сифераля. Таблиця 1 Склад і фізико-хімічні властивості сплавів вторинного алюмінію Тип сплаву Тип інтерметалідів Хімічний склад сплавів мас.% AI Fe:Si:Al Si r, г/см 3 Τ, °С 4,98 1210 4,66 4,28 3,75 4,49 1000-1050 1050-1100 850-900 1050-1100 Fe Аналог СА12-40 Прототип ферросилі коалюміній Сифераль*) ФС30А30 ФС30А20 ФС30А40 ФС25А35 Ост. 10-15 40-45 5-45 15-30 40-75 Fe1Si2 Al2 Fe2Si3 Al2 Fe1Si3Al 4 Fe2Si3 Al4 33,7 44,8 22,6 36,8 33,7 33,6 33,9 27,6 32,6 21,6 43,5 35,6 1:1:1 2:1,5:1 1:1,5:2 1,5:1:1,5 *) - Марочний склад відрізняється від стехіометричного не більш ±(2-3) % Таблиця 2 Ефективність комплексного розкислювання сталі сплавами вторинного алюмінію № п/п 1. 2. 3. Тип сплаву ФС45 АВ87 ФС30А30 ФС25А50 Питома витрата, Хімічний склад розкислюючого металу, мас.% кг/т Si AI 6,0 0,19 2,0 0,026 8,0 0,19 0,070 8,0 0,17 0,050 Ступінь засвоєння % Si 70,0 80,0 85,0 AI 15,0 30,0 25,0 Джерела технічної інформації 1. Гасик М.И., Лякишев Н.П., Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов. - Μ.: Ме талургия, 1988. - 522с. 2. Белов Б.Ф., Троцан А.И., Харлашин П.С. Структуризация металургических фаз в жидком и твердом состояниях. Изв. Вузов, ЧМ. - 2002. - №4. - С.70-75. 3. Белов Б.Ф., Троцан Α.Ι., Харлашин П.С, та ін. Свідоцтво про державну реєстрацію прав авторів на твір. ПА №2825 від 29.02.2002р. Методика побудови полігональних діаграм стану бінарних металургійних систем.