Сплав вторинного алюмінію – карбофераль для розкиснення сталі

1. Сплав вторинного алюмінію - карбофераль для розкислення сталі, що містить залізо, алюміній, вуглець, легуючі елементи, кольорові метали та домішки, який відрізняється тим, що легуючими елементами є марганець, кремній, титан, хром, кальцій, магній, а складові сплаву взяті в наступному співвідношенні компонентів, мас. %: алюміній 10-40 вуглець 1,5-7,0 C2 2 (19) 1 3 85401 жує кисень у рідкому металі, що полегшує задачу попереднього розкислення сталі. На основі авторських розробок згідно з феноменологічною теорією будови металургійних фаз за моделлю гармонійних структур речовини (теорія МГС-фаз, [3]) стабільність твердих і рідких сплавів залежить від їх стр уктурно-хімічного стану на фазових діаграмах, за якими визначають оптимальний склад сплавів. Відповідно до полігональної діаграми залізоцементит [4], побудованої новим графоаналитичним методом, у чавунах максимальна розчинність вуглецю досягає 6,67%, що відповідає стехіометричному складу карбіду заліза-цементиту (Fe3С), що існує при змісті 2,61 - 9,70% вуглецю в рідкому залізі і стабільного при температурах >1300°С. Відповідно до полігональної діаграми залізо - алюміній [5] утворяться інтерметаліди алюмініди заліза FeAlm (m=1,2,3) з конгруентною крапкою плавлення, стабільні в рідкому стані. У твердому стані їхня стабільність підвищується в присутності лугозімельних елементів. Цементит, легований карбідообразуючими елементами (марганець, кремній, титан, хром), стає стабільним у твердому стані при кристалізації сплаву і запобігає утворення карбідів алюмінію. Отже, залізовуглецеві сплави алюмінію - карбофераль в інтервалі заданих концентрацій заліза, марганцю, кремнію, титана, хрому, вуглецю, алюмінію, кальцію, магнію, що утворять легований карбід заліза - цементит [(Fe,Mn,Cr)3- x(Si,Ti) x]C і фероалюмініди FeAlm-x(Ca,Mg) x, де m=1,2,3 і х£1,0, є термодинамічно міцними і структурно стабільними як у рідкому, так і у твердому станах, що значно підвищує їхню ефективність у процесах розкислення сталі і схоронність при тривалому збереженні і транспортуванні. В основу винаходу поставлена задача підвищення техніко-економічної ефективності процесів розкислення рідкої сталі за рахунок застосування високовуглецевих сплавів фероалюмінію, легованого елементами-стабілізаторами, що забезпечують високу стабільність сплаву в рідкому та твердому станах. Поставлена задача зважується тим, що в пропонованому сплаві вторинного алюмініюкарбофераль для розкислення сталі, що містить основні компоненти залізо, алюміній, вуглець, легуючі елементи, а також кольорові метали і домішки із шихтових матеріалів, згідно корисної моделі, легуючими елементами є марганець, кремній, титан, хром, кальцій, магній, а склад сплаву узятий 4 при наступному співвідношенні компонентів, масс. %: алюміній 10-40 вуглець 2,5-7,0 кремній 1,5-11,5 марганець 5-15 титан 0,5 - 5,0 хром 1,5-3,0 кальцій 1,5-7,0 магній 1,5-5,0 домішки 0,05 - 0,10 кольорові метали 3,0 - 5,0 залізо залишок оптимальними складами є сплави, стабільні в рідкому та твердому стані, що містять інтерметаліди - на базі цементиту ( РезС) і алюмініди (FeAlm) при їх співвідношенні Fe3C : FeAlm = 1:(0,5-2,0), де т=1,2,3 - стехіометричні коефіцієнти. Легуючі елементи Si, Μη, Ті, Сг є стабілізаторами цементиту, а Mg і Са - для стабілізації алюмінідів заліза. При кристалізації росплавів для заданих співвідношень цементиту і фероалюмінідів виділяються потрійні інтерметаліди стехіометричного складу, що відповідають умовному марочному складу: ФА10У4,5®ФА15У4®А20У3,5®ФА25У3®ФА3 5У2,5, тут хімічний умовний марочний склад за вуглецем (У) й алюмінієм (А). У сплавах карбофераля концентрації алюмінію перекриваються сплавами фероалюмінія і фераля, однак, до істотних відмітних ознак відносяться регламентовані концентрації вуглецю (2,5-7,0 %) і легуючи х елементів стабілізаторів: марганцю, кремнію, титана, хрому, кальцію і магнію, тоді як в аналогу задані межі по вуглеці (С£2,0 %) і кремнію (£9,0 %), що у прототипі знаходять із суми легуючи х елементів С + Si + Mn+Ti+Ca£10,0 %. Задані концентрації марганцю, кремнію, титана, хрому, кальцію і магнію в сплаві карбофераля забезпечують існування стабільних карбідів і алюмінидів заліза, що перешкоджають виділенню карбідів алюмінію, розкислення стали. Крім того, вуглець у сплаві підвищує активність алюмінію, що збільшує його розкислюючу здатність. У цьому полягає сутність винаходу (корисної моделі), що відповідає критерію "винахідницького рівня" і його новизни. У таблиці приведені маркеровочі склад і хіміко-технологічні властивості сплавів вторинного алюмінію: фероалюмінію, чугалю (аналоги), фералю (прототип) і карбофералю. 5 85401 6 Таблиця Маркувальний склад і хіміко-технологічні властивості сплавів вторинного алюмінію Сплави і маркуванІнтерметаліди Fе3С/FeAl m ня Αl, % С, % r , г/див 3 tпл, °С [Аl]ме , % h Al , % Чугаль 25-30 2,0-2,5 6,10 Фероалюміній ΦΑ-30 28-33 £ 2,0 6,12 1390 0,001 4,0 30±2,5 £ 2,0 6,8 1400 0,001 4,0 8,5-12,0 13,2-18,0 18-24 22-26 32-38 4.4-4,8 3,8-4,2 3,2-3,8 2,8-3,2 2,2-2,8 7,1 6,8 6,4 6,2 6,0 1500 1480 1460 1420 1340 0,003 0 Фераль ΦΑ-30 Карбофераль ФА10У4,5 ФА15У4 ФА20У3,5 ФА25У3 ФА35У2,5 FeAl Fе3С, Fe4 Al Fе3С, Fe3 Al Fе2Al, Fе3C Fе3С, Fe2 Al FеAl FеC3 1:0,50 1:0,60 1:0,80 1:1,0 1:1,5 Оцінка ефективності сплавів проведена в конверторному цеху ЗАТ "Є МЗ" для попереднього розкислення сталі 3сп, призначеної для обробки на установці ківш-піч. Питома витрата ФАЗО і ФА25У3 складав 1,0кг/т, ступінь засвоєння алюмінію Аl за рахунок вуглецю сплаву підви щується в 1,5-2,0 рази при залишковому змісті вуглецю 0,060,08%. У такий спосіб між істотними ознаками і техніко-економічним результатом існує причиннонаслідковий зв'язок, що забезпечує високу ефективність нових сплавів - карбофераль для розкислення сталі. Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 1300-1350 0,002 5,0 8,0 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. [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 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