Композиційний розкислювач для обробки сталей

Композиційний розкислювач для обробки сталей, що містить вторинний алюміній та відходи залізовуглецевих сплавів, який відрізняється тим, що як вторинний алюміній він містить стружку алюмінієвих сплавів, а також додатково містить відходи вуглецевмісних матеріалів, відходи ти тано-магнієвого виробництва з мікроелементами у такому співвідношенні, мас. %: стружка алюмінієвих сплавів 25,00-50,00 відходи вуглецевмісних матеріалів 0,08-3,00 відходи титано-магнієвого виробництва з мікроелементами 1,5-3,80 відходи залізовуглецевих сплавів решта. Винахід відноситься до металургії сталей і сплавів і може бути використаний у машино-, автобудуванні та інших галузях, де застосовується розкислення рідких розплавів сталей і сплавів. Відомі розкислювачі сталей і сплавів (феросиліцій, феромарганець, силікокальцій, фероалюміній, алюміній чушковий та ін.), які використовують для розкислення і модифікування різних марок сталей і сплавів [1, 2]. Недоліком відомих розкислювачів є обмежена розчинність елементів у залізі. Наприклад, розчинність алюмінію у залізі, на основі котрого виготовляють фероалюміній, складає тільки 1% по масі, кремнію - 2,15% по масі, марганцю - 3% по масі, кальцію - 0,03% по масі, титану - 0,75% по масі. Хоча вказані розкислювачі одержують способом металургійної плавки з більшою концентрацією кожного з названих елементів, але при цьому формується двофазний сплав, який складається з однорідного твердого розчину й інтерметаліду. Останні не в однаковій мірі розкислюють сталь чи сплав, оскільки інтерметалід і твердий розчин мають різну міцність міжатомного зв'язку, різні склади і властивості, різні температури плавлення. Тому, як правило, в металургії розробляють такі розкислювачі з концентрацією другого елементу, який відповідає евтектичній точці, хімічній сполуці чи перитектичній точці. Для розплавлення таких розкислювачів витрачається значна кількість енергії оброблюваних розплавів сталей. Іншими недоліками перелічених розкислювачів є різні розміри їх кусків, що призводить до неоднакового ефекту розкислення металу в об'ємі багатотонних ковшів і, як наслідок, розкиду хімічного складу і механічних властивостей, формування різних структур сталей і сплавів тієї самої плавки. Найбільш близьким до винаходу за технічною суттю та досягнутим результатам є композиційний розкислювач [3]. Композиційний розкислювач для сталі являє собою двошаровий злиток з внутрі UA (11) 85254 (13) (21) a200700858 (22) 26.01.2007 (24) 12.01.2009 (46) 12.01.2009, Бюл.№ 1, 2009 р. (72) ШАПОВАЛОВА ОКСАН А МИ ХАЙЛІВНА, U A, ШАПОВАЛОВ ОЛЕКСІЙ ВІКТОРОВИЧ, U A, ШАПОВАЛОВ ВІКТОР ПЕТРОВИЧ, U A, ПОЛІШКО СЕРГІЙ ОЛЕКСІЙОВИЧ, UA (73) ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ НАЦІОН АЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ, UA (56) SU, 1 420054, A1, 30.08.1988 UA, 45 937, C2, 15.04.2002 UA, 53 197, A, 15.01.2003 UA, 61 821, C2, 17.11.2003 UA, 7 450, U, 15.06.2005 UA, 76 600, C2, 15.08.2006 GB, 268 716, A, 02.01.1928 JP, 62-023919, A, 31.01.1987 KR, 20020032464, A, 03.05.2002 C2 2 (19) 1 3 85254 шньою центральною частиною зі сталі і зовнішнього шару з вторинного алюмінію, який одержують металургійним способом. У металеву форму зливають рідку мартенівську сталь, а потім вторинний алюміній. Оскільки композиційний розкислювач має більш питому вагу, ніж чушковий алюміній, який найширше використовують у металургії сталі, він краще засвоюється розплавом. У той самий час недоліками відомого композиційного розкислювача є: - внесення шаром з вторинного алюмінію стійких оксидів, які утворюються в його розплаві при виготовленні зливків завдяки дуже великій спорідненості кисню до алюмінію, що знижує властивості оброблюваної сталі, збільшує обривність дроту, тощо; - нерівномірне розподілення алюмінію, як елемента-розкислювача в ковші і тому нерівномірне розкислення сталі в його об'ємі. Це пов'язане з дуже швидким розплавленням алюмінієвого шару при введенні композиційного розкислювача у розплав, оскільки його температура плавлення (660°С) різко відрізняється від температури розплаву (1620°С) і температури плавлення сталевої серцевини (~ 1539°С); - зниження рівня й стабільності складу і механічних властивостей оброблюваних композиційним розкислювачем сталей, завдяки вказаним особливостям їх будови, які неоднорідно розкислюють метал в об'ємі ковша, що підтверджується кількістю неметалевих включень, оксидів та розбіжністю характеристик механічних властивостей і концентрацій легуючих елементів та домішок; - нетехнологічність й енергоємність процесу виготовлення композиційних розкислювачів. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення відомого композиційного розкислювача для сталей шляхом введення до його складу відходів алюмінієвих сплавів, вуглецьвмісних матеріалів, відходів з мікроелементами, відходів залізовуглецевих сплавів. Поставлена задача вирішується тим, що в композиційному розкислювачі для обробки сталей, який містить вторинний алюміній, згідно з винаходом, в якості вторинного алюмінію використано стружку алюмінієвих сплавів та додатково містить відходи вуглецьвмісних матеріалів, відходи ти тано-магнієвого виробництва з мікроелементами у такому співвідношенні, % по масі: стружка алюмінієвих сплавів - 25...50 відходи вуглецьвмісних матеріалів - 0,08...3,0 відходи з мікроелементами - 1,5...3,8 відходи залізовуглецевих сплавів - решта. 4 Розкислювач для обробки сталей, який заявляється, є дискретним композиційним неплавленим розкислювачем зі структурою евтектоїду. Використання в композиційному розкислювачі, який заявляється, алюмінієвої стружки в об'ємі 25...50% посилює взаємодію стального розплаву завдяки дуже значному підвищенню реакційної поверхні стружки і рідкого металу, а також алюмотермічному ефекту з виділенням тепла. При кількості алюмінієвої стружки нижче 25% значно зменшується ефект розкислення і відбувається формування евтектоїдоподібної структури. При кількості алюмінієвої стружки більше 50% може збільшуватись формування оксидів алюмінію Аl2О 3, які знижують пластичність сталі. Введення до композиційного розкислювача вуглецьвмісних відходів сприяє посиленню ефекту розкислювання сталі і зміцненню розкислювача. Збільшення кількості вуглецьвмісних відходів (більше 3,0%) веде до зростання мікрооб'ємів, збагачених вуглецем, що може сприяти формуванню нерегульованої кількості цементитних включень і окрихчуванню сталі. Зменшення кількості вуглецьвмісних відходів (менше 0,08%) не дає помітного ефекту розкислення під дією вуглецю. Введення відходів титано-магнієвого виробництва з мікроелементами (V, Са, Na, Mg, Mn, Si) сприяє посиленню процесів розкислення разом з модифікуванням сталі. Зменшення їх кількості нижче 1,5% знижує ефективність процесів розкислення і модифікування. Збільшення відходів з мікроелементами більше 3,8% може привести до формування нерегульованих сполук, які можуть впливати на структур у і властивості оброблювальних сталей. Приклад 40% стружки алюмінієвого сплаву АМг6 (Аlоснова, Mg-6,6%, Mn-0,65%, Ті-0,06%) разом з 1,2% відходів вуглецьвмісних матеріалів, 2,0% відходів з мікроелементами, решта - стружкою чавун у СЧ25 змішували і пресували у композиційні розкислювачі циліндричної форми з діаметром D=170мм, висотою Н=90мм, щільністю 5100кг/м 3, яка перевищує щільність сталевих шлаків (28003200кг/м 3), з одержанням евтектоїдоподібної структури. Виготовлену промислову партію композиційних розкислювачів (1,1т) вводили під струмінь рідкої конвертерної сталі 1кп (17 плавок по 150т кожна). Паралельно проводили експеримент з розкислюванням тієї самої сталі 1кп, яку обробляли композиційним розкислювачем (34 плавки). Результати розкислення оцінювали за сумою неметалевих включень, показниками механічних властивостей і балом зерна (табл.). 5 85254 6 Таблиця Розкислювач За патентом 7450 Розроблений Сумарний бал немеМежа міцн. талевих включень σв, МПа 6,7 4,4 380 380 Встановлено, що метал, оброблений розробленим композиційним розкислювачем, на 40% менше забруднений неметалевими включеннями, має менш дрібне зерно (бал 9-10) і тому більш пластичний, що знижує витрати енергії при його деформуванні. Розроблений розкислювач є більш ефективним: засвоєння його розплавом близьке до 100% завдяки особливим складу, структурі, високій однорідності, здатності розкислювати розплав у всьому об'ємі ковша. Витрати енергії для його виготовлення у 102 разів менші, ніж для прототипу. Технологія виготовлення значно більш безпечна, технологія безвідходна, оскільки не потребує металургійної плавки. Статистичною обробкою всього масиву даних доведено, що розроблений розкислювач стабілізує склад і механічні властивості Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін Показники Ме ханічні властивості Відносне Твердість відновлення σт, МПа δ, % 290 47 280 51 Ударнов’язкість ψ, % 74 78 Бал зерна 7-8 9-10 завдяки високій ефективності розкислювання у всьому об'ємі металу. Використані джерела інформації: 1. Энциклопедия неорганических материалов: Справочник. - Киев, 1977. - Т. 2. - 278 с. 2. Деклараційний пат. 53197А Україна МКВ7 С22С35/00. Комплексний розкислювач для обробки сталей і сплавів та спосіб його одержання / О.М. Шаповалова, О.В. Шаповалов (Україна). №2002042616; Заяв. 02.04.2002; Опубл. 10.01.2003 // Бюл. №1. 3. Патент 7450 Україна МКВ С22С 38/06. Композиційний розкислювач для сталі / А.В. Кекух, С.М. Трощий, B.I. Макаренко (Україна). №2041210500; Заяв. 20.12.2004; Опубл. 15.06.2005. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601