Сплав вторинного алюмінію – магфераль

1. Сплав вторинного алюмінію - магфераль, що містить як основні компоненти залізо, алюміній, магній, а також домішкові елементи і кольорові метали, який відрізняється тим, що містить інгредієнти при наступному співвідношенні, мас. %: алюміній 10-40 магній 0,5-60 вуглець + кремній 0,2-9,0 сірка + фосфор 0,05-0,10 U 2 (19) 1 3 груентної крапки плавлення стабільність сплаву забезпечується як у твердому, так і в рідкому станах. Стабільність сплаву в рідкому і твердому стані є другою і достатньою умовою для вибору оптимального складу сплаву. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності обробки рідкого металу при розкисленні і десульфурації сплавами вторинного алюмінію - фероалюмомагнія (магфераль) за рахунок оптимізації складу, що задовольняє вимогам необхідності (заданої щільності) і достатності (стабільність у рідкому і твердому станах). Вибір заданого сплаву як предмет корисної моделі обумовлений його високою хімічною активністю до розчиненого в рідкому чавуні кисневі (0,08-0,012%) і сірці (0,02-0,050%). Відомі сплави вторинного алюмінію – аналог [фераль - ДГТУ № 9593 С21С7/06, опубл. 17.10.2005], утримуючі 10-75% алюмінію, а також домішкові елементи і кольорові метали придатні тільки для розкислення чавуна і сталі. Композиційний матеріал для розкислення і/або десульфурації сталей і/або шлаків - прототип [патент РФ №2249058, С21С7/06, С22С35/00, С21С7/064, опубл. 27.03.2005 р.] містить легкоплавкий матричний компонент (МК) - сплав алюмінію з магнієм (20-90% Al+80-10% Mg) і тугоплавкий армуючий компонент (АК) - сплав на основі заліза при співвідношенні масових часток МК:АК=20/80-50/50. Цей матеріал придатний для розкислення сталі і/або шлаків (ступінь розкислення не менш 50%) і мало придатний для десульфурації чавуна і сталі (ступінь десульфурації не більш 20%), у зв'язку з низьким вмістом магнію. Однак підвищення вмісту магнію більш 18,0% викликає інтенсивний піроефект, що значно знижує ефективність ковшевої обробки. Для зниження піроефекта і підвищення ступеня десульфурації звичайно використовують «треті» компоненти - десульфуратори (марганець, кальцій) і/або компоненти-розкислювачі (кремній, алюміній), що разом з магнієм беруть участь у реакціях рафінування і підвищують ефективність сплаву, що визначається його складом, що відповідають вимогам необхідності і достатності, викладеним нами раніше. Оптимізація сплаву фероалюмомагнія (магфераль) - проведена шляхом структурно-хімічного аналізу полігональних діаграм стану подвійні і потрійний системи Fe-Al-Mg, побудованих новим графо-аналітичним методом [3]. Аналіз базових діаграм указує на існування первинних фаз - інтерметаліду FeAl2 (фераль марки ФА50) і евтектичного сплаву AlMg, що утворять первинний потрійний евтектичний інтерметалід - FeAl3Mg, що вступає в хімічні реакції з надлишковими концентраціями алюмінію і/або магнію з утворенням проміжних фаз перемінного складу, з яких стабільними в рідкому і твердому стані є сплави з конгруентною крапкою плавлення на базі FeAl (фераль марки ФА30) і FeАl2 (фераль марки ФА50) [4]. Поставлена задача вирішується тим, що пропонований сплав вторинного алюмінію - магфе 43847 4 раль для рафінування, модифікування, макро- і легування залізовуглецевих розплавів, що містять основні компоненти залізо, алюміній, магній, а також домішкові елементи і кольорові метали відрізняється тим, що задані інгредієнти (мас %): алюміній 10-40 магній 0,5-60 вуглець + кремній 0,2-9,0 сірка + фосфор 0,05-0,10 мідь + олово + свинець + цинк + сурма + вісмут 3-5 залізо решта, при співвідношенні основних компонентів Fe:Al:Mg=(1-2):1:(0,5-5,0) утворять стабільні в рідкому і твердому станах інтерметаліди перемінного складу - магніди фероалюмінію, що в області їх гомогенності відповідають оптимальним складам сплаву зі зниженою пружністю пари при температурах металевого розплаву. Крім того, сплав додатково містить один або кілька мікролегуючих і легуючих компонентів у сумі 1,0-10, мас. % із групи лужних (натрій, калій) і/або лужноземельних (кальцій, стронцій, барій) і/або рідкісноземельних (лантан, церій) і/або перехідних (титан, ванадій, хром, марганець, нікель) металів. Пружність пари магнію в сплаві залежить від його активності, яку можна прийняти рівній атомній частці, що складає 0,25-0,75 у порівнянні з чистим магнієм. Отже, тиск пари магнію в сплаві при температурі його кипіння 1100°С складає 0,25-0,75 атм, що гарантує придушення піроефекта при перегріві до 1400-1500°С. У прототипі регламентуються тільки основні компоненти сплаву при заданому співвідношенні суми алюміній + магній до заліза, рівному (20-50)% (Al+Mg):(80-50)% Fe, тоді як у пропонованому сплаві це відношення зворотне і складає (50-80)% (Al+Mg):(50-20)% Fe. Це є істотною відмінністю від прототипу, а також додаткові мікро - і легуючі компоненти, домішкові і кольорові метали, що не зазначені в складі сплаву - прототипу. У таблиці приведені склад, фізико-хімічні і технологічні властивості сплавів вторинного алюмінію - аналог, прототип і магфераль. З приведених даних випливає, що хімічний склад сплавів магфераля різних марок містить заліза 22,0-52,3% і (алюміній + магній) 47,7-78,0%, у сумі останніх алюміній складає 11,9-25,3% для сплавів типу FeAlMg,n або 21,3-40,3% для сплавів типу FeAl2Mg,n, відповідно де n=1-2-4-6. Перші сплави тугоплавкі (Тпл 1150-1280°С і важкі (ρ=3,35-5,15 г/см3), а другий тип сплавів - низькоплавкі (9001050°С) і легкі (3,28-4,66 г/см3, що володіють високою рафіновочною здатністю: ступінь розкислення 50-80%, ступінь десульфурації 40,0-70,0% проти 50,0% і 20,0%, відповідно до прототипу. Таким чином, оптимальні склади сплавів вторинного алюмінію, що відповідають вимогам необхідності і достатності, мають причиннонаслідковий зв'язок між істотними відмітними ознаками і технічним результатом, що визначає ефективність і новизну предмета корисної моделі, що заявляється. 5 43847 6 Таблиця Складові фізико-хімічні і технологічні властивості сплавів вторинного алюмінію Сплав Фераль (аналог) ФА30 ФА50 Тип інтерметалідів Хімічний склад, мас Fe Al Mg FeAl FеАl2 67,5 50,9 Фероалюмомагній (прототип)*) 50-80 Мегафераль ФА25М20 ФА20М35 ФА15М50 ФА10М60 ФА40М15 ФА30М30 ФА25М45 ФА20М55 52,3 42,7 31,3 24,7 41,8 35,4 27,2 22,0 32,5 49,1 FeAlMg FeAlMg2 FeAlMg4 FeAlMg6 FeAl2Mg FeAl2Mg2 FeAl2Mg4 FeAl2Mg6 Σ20-50 25,3 20,6 15,1 11,9 40,3 34,2 26,2 21,3 22,4 36,7 53,6 63,4 17,9 30,4 46,6 56,7 2:1:0 1:1:0 1300 1100 2:1:0,9 2:1:1,8 2:1:3,6 2:1:5,3 1 1:0,4 1 1:0,8 1 1:1,8 1 1:2,6 1280 1250 1200 1150 1050 1000 950 900 6,84 5,30 3,84,6 40,0/50,0/50,0/2 0,0 5,15 4,52 3,78 3,35 4,66 4,21 3,64 3,28 50,0/4 0,0 50,0/5 0,0 80,0/4 0,0 80,0/7 0,0 *) склад досліджуваного сплаву: 17% Al+10% Mg+73% Fe **) ступінь розкислення (h0) і десульфурації (hs) розраховані для сталі 13М1СУ, що містить перед ковшевою обробкою 0,010% кисню і 0,020% сірки. Джерела технічної інформації: [1] Удовиченко Ю.Н., Онищенко А.А., Паренчук И.В., Паренчук В.В. Ферроалюминий для черной металлургии, Энергосбережение. 2004, №8, 12-16. [2] Серов А.И., Ярославцев Ю.Г., Смоляков В.В., Раскисление стали алюминием. Бюл. "Черная металлургия", 2004, №9, 28-31. Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко [3] Белов Б.Ф., Троцан А.И., Бродецкий И.Л. и др. Полная диаграмма состояния железо-углерод. Вісник ДонГАСА, Донецк 2003, вып. 1/38, 117-120. [4] Белов Б.Ф., Троцан А.И., Сосновцев М.Н. и др. Разработка и оптимизация сплавов железоалюминий для раскисления стали. Вісник ПГТУ, Мариуполь, 2004, вып. 14, 52-54. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601