Комплексний розкислювач для обробки сталей і сплавів та спосіб його одержання

1 Комплексний розкислювач для обробки сталей та сплавів, що містить залізо і титан, який відрізняється тим, що він містить залізо і титан у вигляді ВІДХОДІВ їх сплавів та додатково містить відходи алюмінієвих сплавів, відходи вуглецевмісних матеріалів, відходи з мікроелементами при такому їх співвідношенні, % по масі 1-70 відходи титанових сплавів 1-50 відходи алюмінієвих сплавів відходи вуглецевмісних 0,1-2,0 матеріалів 2,5-5,0 відходи з мікроелементами решта відходи залізних сплавів 2 Спосіб одержання комплексного розкислювача для обробки сталей та сплавів, що включає підготовку шихти, який відрізняється тим, що як шихту використовують 100 % ВІДХОДІВ, які подрібнюють, дозують, змішують і пресують у дискретні композити постійної форми і розмірів до одержання евтектоідоподібної структури Винахід відноситься до металургії і може бути використаний також у машинобудуванні, авіабудуванні та інших галузях, де застосується обробка рідких розплавів сталей та сплавів ВІДОМІ комплексні розкислювачі (феросиліцій, феромарганець, силікокальцій, силікомарганець та ІНШІ), ЯКІ широко використовуються для обробки сталей різних марок і сплавів /1/, та способи їх одержання /2 / Недоліком відомих комплексних розкислювачів є обмежена КІЛЬКІСТЬ елементіврозкислювачів в їх складі (2-4 компоненти), що обумовлене обмеженою розчинністю елементів у залізі та один в одному Так, розчинність основних елементів-розкислювачів у залізі, на основі котрого виготовляють сучасні розкислювачі, складає кремнію - 2,15% по масі, марганцю - 3% по масі, алюмінію - 1 % по масі, кальцію - 0,03 % по масі, титану - 0,75 % по масі Ось чому сталь розкислюють послідовно у порядку зростання розкислюючої здібності декількома розкислювачами наприклад, феросиліцієм, феромарганцем, чушковим алюмінієм, і, нарешті, феротитаном Таким чином вирішують проблему більш глибокого розкислення за рахунок послідовного використання декількох розкислювачів та подовження часу розкислення Найбільш близьким до винаходу по технічній суті та досягненим результатам є розкислювач феротитан /3/ Тривалість розкислюючої дії феротитану залежить від вмісту в ньому титану, вона найбільша у 70%-ного феротитану, оскільки він утворює із залізом евтектику з низькою температурою плавлення, завдяки чому температурний інтервал стає достатньо великим (1085-1590)°С, температурний інтервал розкислення у 50%-ного феротитану менший (1317-1590)°С, а у 30%-ного феротитану він ще менший (1427-1590)°С Відомий спосіб одержання феротитану різних марок 121 Феротитан одержують способом металургійної плавки в електропечах за вельми енергоємною (форми) та після охолодження подрібнюють і фракціонують на розміри 20-45см У процесі оброблення литого феротитану до 20% його кришиться та осипається, утворюючи дрібну фракцію, непридатну для використання за призначенням - для розкислення стальних розчинів Через те дрібну фракцію феротитану або брикетують, або знову повертають до переплаву разом з шихтою з первинної сировини - руд, ломів та інш Недоліками відомого розкислювача та способу його одержання є 1 со Ю 53197 - дуже великі енергетичні витрати на плавку (785кВтл-), переплав дрібних ВІДХОДІВ, подрібнення та фраки існування твердого феротитану, на нагрів і розплавлення кусків феротитану у ковщі, що викликає захолодження розплавленої сталі, неоднакові розміри і форма кусків феротитану, що обумовлює різний ступінь розкислення у локальна, об'ємах стального розплаву т а підсилює неоднорідність ХІМІЧНОГО складу т а структури, яка утворилась раніше, і, внаслідок цього, розкид механічних властивостей готових виробів, - неповне використання ресурсу розкислювача через повільне розчинення кусків феротитану і неповне засвоєні -я його в об'ємі розплаву у ковші, - недостатнє число елементів-розкислювачів у складі комплексного розкислювача через обмежену розчинність їх у залізі т а один в одному, що виключає можливість одержання їх у вигляді твердих розчинів ті ХІМІЧНИХ сполук багатокомпонентного складу В основу винаходу поставлено задачу удосконалення відомого комплексного розкислювача для обробки сталей т а сплавів і способу його одержання, шляхом введення до його складу заліза і титану у вигляді ВІДХОДІВ їх сплавів та додаткового введений ПІДХОДІВ алюмінієвих сплавів, вуглецьвмісних матеріалів, ВІДХОДІВ з мікроелементами при такому їх співвідношенні, % по масі відходи титанових сплавів 1 -70 відходи алюмінієвих сплавів 1-50 відходи вуглецьвмісних матеріалів 0,1-2,0 відходи з мікроелементами 2,5-5,0 відходи залізних сплавін решта Поставлена задача досягається також тим, що в способі одержання комплексного розкислювача для обробки сталей т а сплавів по п 1, що включає підготовку шихти, в якості шихти використовують 100% ВІДХОДІВ, які подрібнюють, дозують, змішують т а пресують у дискретні композити постійної форми т а розмірів до одержання евтектоідоподібної структури Прикладі Відходи (стружку) титанових сплавів машинобудівного виробництва марки ВТЗ-1 складу (Ті - основа, АІ - 6%, Мо - 2,5%, Si - 0,25%, Fe - 0,5%, Cr - 2,0%) стружку алюмінієвого сплаву АМгб (АІ - основа, Мд -6,3%, Мп - 0,65%, Ті 0,06%) стальну стружку марки стЗ, вуглецьвуглецеві ВІДХОДИ, ВІДХОДИ титано-магнієвого виробництва з мікроелементами (V - 10%, Са 34%, Мд - 5,0% Мп - 3%, Si - 3%), подрібнювали до розмірів 1,0-20,0мм, змішували т а дозували у співвідношеній, % по масі стружка титанових сплавів -32 стружка алюмінієвих сплавів -17 стальна стружка -50 вуглець-вуглецеві відходи -0,4 відходи з мікроелементами V, Са, Mg, Mn, Si -0,6 Одержану суміш пресували у комплексні розкислювачі циліндричної форми з розмірами D 140см, D - 200см т а густиною 5800кг/м 3 , що значно вище за густину стальних шлаків у конверторі (2800кг/м 3 ) з одержанням евтектоідоподібної структури Виготовили промислову парик комплексних розкислювачів, які вводили під струмину рідкого металу із розрахунку 1кг розкислювачаЛт сталі Результати розкислення сталі 08ЮТ злі розжованим комплексним розкислювачем, оцінювали за кінцевими механічінми властивостями у порівнянні зі сталлю, обробленою традиційним рочкислювачем (Fe-Ti), які наведені у таблиці 1 Таблиця 1 Комплексний розкислювач Традиційний Запропонований а в , Мпа 433 390 Як видно з таблиці 1, ст 08ЮТ, оброблена запропонованим комплексним розкислювачем, має більш високі механічні властивості, які оцінюють перш за все за рівнем пластичних властивостей, тому що сталь використовують для глибокої витяжки При використанні у шихті більш ніж 7 0 % титанових ВІДХОДІВ технічно неможливо одержання пресуванням міцного т а щільного композиту він руйнується через наявність у його складі великої КІЛЬКОСТІ високоміцної складової (титанової стружки) Введення ж у склад комплексного розкислювача титанових ВІДХОДІВ менше за 1 % не дозволяє видаляти з оброблюваних рідких розплавів азот, який окрихчує сталь через розвиток деформаційного старіння Введення у комплексний розкислювач більш ніж 5 0 % ВІДХОДІВ алюмінієвої стружки сприяє зростанню в оброблюваній сталі неметалевих Механічні властивості 5,% стТі МПа 355 20,3 320 35,7 Ч>,% 45 63 включень АЬОз, які окрихчують и Введення алюмінієвих ВІДХОДІВ менше за 1 % знижує ступінь десульфурації сталі т а перешкоджає формуванню евтектоідоподібної структури Зменшення у розкислювачі КІЛЬКОСТІ евтектоідоподібної структури знижує адгезію його компонентів одне з одним та порушує ЦІЛІСНІСТЬ дискретного композиту Крім того, зменшення в розкислювачі КІЛЬКОСТІ евтектоідоподібної структури скорочує температурно-часовий інтервал розкислення Збільшення КІЛЬКОСТІ у комплексному вуглецьвмісних розкислювачі ВІДХОДІВ більш ніж 2% веде до зростання числа локалізованих мікрооб'ємів у сталі, збагачених вуглецем т а цементитною (карбідною) фазою, яка окричує сталь Присутність їх у металі знижує деформуємість через збільшення імовірності появи мікротріщин Зменшення КІЛЬКОСТІ вуглецьмісних ВІДХОДІВ нижче за 0 , 1 % не 53197 забезпечує їх функції відновлювання оксидів в розплаві та утворення центрів Збільшення КІЛЬКОСТІ ВІДХОДІ в з мікроелементами більш ніж 5% веде до нерегульованої зміни складу сталі, її структури та властивостей, що підвищує імовірність зростання їх розкиду та підсилення неоднорідності складу і структури Зменшення КІЛЬКОСТІ цих ВІДХОДІ з менш за 2,5% не забезпечує модифікування сталі, зменшення розмірів литих зерен, що знижує рівень и механічних властивостей Запропоновані комплексний розкислювач для обробки сталей та сплавів і спосіб його одержання дозволяють різко збільшити реакційну поверхню розкислювача та ВІДПОВІДНО інтенсифікувати усі фізико-хімічні процеси його взаємодії з розплавом (з'єднування його з киснем, азотом, вуглецем у металі, з киснем закису заліза, утворення рідких та твердих продуктів розкислення, їх спливання та перехід з металу у шлак, утворення центрів кристалізації у вигляді ТЮ, Т1О2, AI2O3, TiC, TiN, ZrC), з'єднування з сіркою та фосфором і видалення їх з металу в шлак та інш ) - значно підсилити взаємодію розкислювача у всьому об'ємі металу у ковші, а не тільки в локальних об'ємах, де звичайно розташовувалися куски введеного у розплав твердого плавленого розкислювача (феротитану), - збільшити хімічну та структурну однорідність оброблюваних сталі або сплавів за рахунок одночасного розплавлення дискретних композитів постійної форми і розмірів та ідентичних за гри залістю взаємодії з розплавом, - максимально використовувати ресурс нових розкислювачів за рахунок послідовного розплавлення компонентів і ВІДПОВІДНО ПОСЛІДОВНОЇ взаємодії з розплавом, що значно розширює температурно-часовий інтервал, - вводити до складу розкислювача необхідне, в принципі необмежене, число елементіврозкислювачів та модифікаторів, оскільки його виготовляють з сипучих подрібнених матеріалів пресуванням, а не плавленням, як відомий розкислювач, склад котрого регламентовано взаємною розчинністю компонентів, - одержувати розкислювачі за енерго- та ресурсозберігаючою безвідхідною технологією без екологічного забруднення довкілля та використання первинних ресурсів, - підвищити економічність та безпечність виробництва, не прив'язувати одержання розкислювачів до металургійного виробництва, організувати автономне виробництво за місцем утворення найбільшої КІЛЬКОСТІ ВІДХОДІВ, - підвищити стабільність та рівень механічних властивостей оброблюваних сталей та сплавів Використані джерела інформації 1 Энциклопедия неорганических материалов Т2 -Киев , 1977 2 Рысс м А Производство (Ферросплавов М Металлургия, 1975 3 Ферротитан Технические требования и условия поставки ГОСТ 4761-91 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24