Реагент для обробки розплавів на основі заліза

Реагент для обробки розплавів на основі заліза, що містить подрібнений магнієвмісний матеріал та наповнювач, який відрізняється тим, що магній входить до складу реагенту у вигляді нітриду магнію та спечений з наповнювачем, при цьому як наповнювач використовують неорганічні речовини, придатні для обробки розплаву, а об'ємна частка нітриду магнію в реагенті дорівнює половині або більше половини об'єму реагенту. (19) (21) a200505474 (22) 08.06.2005 (24) 25.06.2007 (46) 25.06.2007, Бюл. №9, 2007р. (72) Хуснутдінов Гіль Давлєєвич, Зелений Борис Григорович (73) ФІЗИКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ІНСТИТУТ МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ НАЦІОН АЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ Н АУК УКРАЇНИ (56) SU, 609769, 05.06.1978 SU, 1317030, A1, 15.06.1987 RU, 2069704, C1, 27.11.1996 GB, 739160, 26.10.1955 GB, 1565256, 16.04.1980 3 79516 Найбільш близькою по технічній суті та досягнутому ефекту до реагенту, що пропонується, являється добавка згідно [патенту США №4137072 МПК C21C7/00]. Добавка призначена для рафінування та позапічної десульфурації ви хідного чавуну (доменного або вагранкового), який потім використовується для сфероїдизуючої обробки. Добавка складається із 5-90% порошкового магнію та 10-95% оксиду магнію, з яких шляхом спікання або використання полімерного зв'язуючого матеріалу виго товляють брикети. Основним недоліком вказаної добавки є наявність в ній часток металевого магнію. При зануренні добавки в розплав в контакт з ним вступають тільки ті частки магнію, які знаходяться на поверхні брикету, переходячи миттєво в пароподібний стан і надходять в рідкий перегрітий метал. Кількість магнію, що надходить в розплав за одиницю часу, обмежується порівняно невеликою часткою магнію, що знаходиться у поверхні брикету та контактує з розплавом. Одночасно з цим процесом проходить прогрівання брикету вглиб (всередину), внаслідок передачі тепла від розплаву. Швидкість прогрівання брикету незначна, в зв'язку з низькою теплопровідністю другої складової брикету - оксиду магнію. Однак, процес прогрівання брикету неминучий і при досягненні температури більше 650° (температура плавлення магнію) наступає руйнування брикету, що спричиняє спонтанне збільшення часток магнію, які взаємодіють з розплавом. Тому зростає кількість магнію, яка надходить за одиницю часу в розплав, і спричиняє димовиділення, яскраве світло та викиди рідкого металу. Внаслідок цього відомі добавки можуть бути застосовані тільки у ви гляді брикетів. Подрібнення брикету призводе до виходу на поверхню добавки великої кількості часток магнію, а отже до надмірного збільшення кількості магнію, що надходить в розплав за одиницю часу. Зі збільшенням магнію в добавці теплопровідність брикету підвищується, вищезгаданий процес протікає з більшою швидкістю і, як наслідок, значно зростає інтенсивність викидів металу, димовиділення та світло. Характер взаємодії відомої добавки з розплавом визначається температурою його перегріву. При обробці розплаву за температури 1600°С (температура рідкої сталі) об'єм парів магнію, що утворюються при взаємодії його з розплавом, збільшується і зростає швидкість їх утворення. Пари магнію, що надходять в розплав, миттєво спливають на його поверхню, окислюються в атмосфері і не виявляють суттєвого рафінуючого впливу. Таким чином, наявність часток металевого магнію в відомій добавці спричиняє небажане збільшення кількості магнію, що надходить з брикету в розплав в процесі обробки, і не дозволяє вводити добавку в подрібненому вигляді, викликає зростання інтенсивності викидів при збільшенні вмісту магнію в добавці та при підвищенні температури розплаву. В основу винаходу покладена задача створення магнійвміщуючого реагенту для обробки розплавів на основі заліза, який би дозволяв, шляхом зменшення швидкості надходження магнію із реагенту в розплав і керування швидкістю цього про 4 цесу при контакті реагенту з розплавом, усунути сильне димовиділення, яскраве світло та викиди розплаву незалежно від вмісту магнію в реагенті, способу його уведення та температури розплаву. Поставлена мета досягається тим, що в реагенті для обробки сплавів на основі заліза, який містить подрібнений магній і наповнювач, згідно винаходу, магній знаходиться в вигляді нітриду магнію та спечений з наповнювачем, в якості якого служать матеріали розчинні або нерозчинні в розплавах, а об'ємна доля нітриду магнію рівна або більше половини об'єму реагенту. Наявність магнію в реагенті в складі нітриду магнію (тугоплавкої хімічної сполуки) змінює природу взаємодії магнійвміщуючого компоненту з розплавом. Перехід магнію із нітриду в розплав при їх контакті здійснюється шляхом дисоціації. Швидкість дисоціації нітриду магнію на магній та азот є основним фактором, який визначає кількість магнію, що надходить із реагенту в розплав. Експериментальне встановлено, що процес дисоціації нітриду магнію в розплавах на основі заліза протікає значно повільніше, ніж розчинення в розплавах магнійвміщуючи х лігатур або перехід металевого магнію із таблеток та брикетів. В пропонуємому реагенті магній, як сполука нітриду, спечений з наповнювачем, в якості якого можуть бути розчинні або нерозчинні в розплаві матеріали. При спіканні з наповнювачем проходить диспергування нітриду магнію та його закріплення на частках наповнювача. Завдяки цьому, застосовуючи той або інший наповнювач, досягається можливість регулювати швидкість переходу магнію в розплав - процес взаємодії реагенту з розплавом стає керованим. Наприклад, застосування в якості наповнювача оксиду магнію дозволяє додатково загальмувати процес надходження магнію в розплав із нітриду, якщо реагент використовують в вигляді брикету. Застосування феросиліцію, силікокальцію або стружки чавуну, як наповнювачів, прискорює процес переходу магнію із нітриду магнію в розплав, оскільки при розплавленні часток наповнювача брикет руйнується, подрібнюється закріплений на них нітрид магнію і збільшується площа контакту нітриду з розплавом. Таким чином, при контакті з розплавом реагент, що пропонується, дозволяє регулювати швидкість надходження в розплав магнію, який утворюється в результаті дисоціації нітриду, усун ути димовиділення, яскраве світло та викиди розплаву незалежно від вмісту магнію в реагенті, способу введення його в розплав та температури розплаву. Об'ємна доля нітриду магнію в реагенті складає половину або більше половини його об'єму. Цим досягається висока масова доля магнію в реагенті навіть при більшій густині наповнювача. Так, якщо наповнювачем є стальний дріб, масова доля магнію в реагенті складає 22%, що перевищує долю магнію в найбільш поширених магнійвміщуючи х лігатурах. Якщо наповнювачем служить більш легкий матеріал, наприклад графіт, масова доля магнію в реагенті зростає до 56%. За необхідності мати більш високий вміст магнію в реагенті, близького до його вмісту в сполуці Mg3N2 , може бути використане дво- або триразове спікання 5 79516 суміші з використанням реагенту одержаного попереднім спіканням. Приклади реалізації винаходу Реагентом обробляли розплави чавуну при температурі 1300°С і 1450°С та розплав вуглецевої сталі при температурі 1570°С. При обробці чавун у в якості наповнювача в реагенті використовували чавунн у стр ужку, а при обробці сталі оксид магнію. Реагент в вигляді брикету вводили в розплав чавуну (за температури 1300°С) та сталі і утримували його під рівнем розплаву протягом всього часу взаємодії. Обробку чавун у за температури 1450°С проводили реагентом, подрібненим до порошкоподібного стану і розміщували його на дні ковша перед наповненням ковша рідким чавуном. В жодному з проведених дослідів димовиділення, світло та викидів металу не спостерігали. Взаємодія реагенту з розплавом супроводжувалась спокійною барботацією розплаву, що пов'я 6 зано з виділенням азоту. Результати експериментів наведені в таблиці. Мікроструктурним аналізом зразків чавуну після обробки реагентом встановлено, що графіт в структурі набуває кулястої форми уже при вмісті магнію 0,023%, а кількість перліту в металевій матриці збільшується. При застосуванні для обробки чавуну металевого магнію та магнійвміщуючи х лігатур утворення графіту кулястої форми в структурі можливе при вмісті магнію в чавуні не менше 0,032%. Застосування реагенту, що пропонується, в порівнянні з існуючим прототипом забезпечує: - можливість рафінуючої обробки розплавів на основі заліза (чавун у та сталі) в широкому інтервалі температур перегріву при вмісті магнію в реагенті більше 50% та при різних способах уведення реагенту в розплав; - відсутність димовиділення, яскравого світло та викидів металу; - можливість сфероїдизації графіту в чавуні. Таблиця Вплив обробки "реагентом" на десульфурацію розплавів Розплав Температура обробки, °С Наповнювач Чавун 1300 Стружка чавуну Чавун 1450 Сталь 1570 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін Спосіб введення реагенту Брикет з зануренням в розплав Порошок на дно Стружка чавуну ковша Брикет з занурення оксид магнію в розплав Підписне Вміст сірки, мас.ч., % В вихідному роз- Після обробки плаві реагентом 0,07 0,012 0,07 0,017 0,03 0,015 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальноїв ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601