Порошкоподібний сплав системи залізо-кремній-магній-алюміній для десульфурації залізовуглецевого розплаву

Порошкоподібний сплав системи залізокремній-магній-алюміній для десульфурації залізовуглецевого розплаву, що містить магній, залізо, алюміній, кальцій і кремній, який відрізняється тим, що сплав містить зазначені компоненти при наступному співвідношенні, у мас. %: Корисна модель відноситься до чорної металургії, а саме до сплавів для десульфурації залізовуглецевого розплаву і може бути використана при позапічній десульфурації чавуна в ковшах великої ємності, а також для десульфурації розплавів при конвертерному виробництві сталі. Відомий порошкоподібний сплав системи залізо-кремній-магній для десульфурації чавуна, що містить магній, залізо, алюміній, кальцій і кремній [див. Е.А. Царицын и др. Внедоменная десульфурация чугуна в ОАО «ММК им. Ильича», Сталь, №1, 2007, стор.14-16]. Відомий сплав має наступний склад, у мас.%: магній 17,0; залізо 28,34; алюміній 0,86; кальцій 2,3; кремній - решта. Порошкоподібний сплав зазначеного складу вводять у чавун в металевій оболонці діаметром 10мм у кількості 105г/м. Недоліками відомого сплаву є низький ступінь десульфурації чавуна і низький ступінь використання магнію, обумовлені особливостями структури відомого сплаву. Це пояснюється таким чином. Головними структурними складовими сплаву системи залізо-кремній-магній є кремній, силіцид заліза і силіцид магнію. В структурі твердого сплаву кремній і силіцид заліза присутні у вигляді великих зерен, між якими знаходяться дрібні евтектичні області, що містять включення силіциду магнію. Саме в цих областях зосереджена основна кількість магнію, що знаходиться в сплаві. При виплавці сплаву відомого складу внаслідок високого вмісту заліза, що практично не розчиняє магній, має місце розвиток лікваційних процесів, що обумовлює нерівномірний розподіл магнію в об'ємі злитка. При наступному здрібнюванні такого сплаву одержують порошок неоднорідного хімічного і гранулометричного складу. Одні частки порошкоподібного сплаву не містять магній, а інші частки перезбагачені магнієм, що обумовлює нестабільні результати десульфурації чавуна. При витраті магнію 0,24кг/т ступінь десульфурації чавуна в експериментах змінюється від 35 до 80%, при витраті магнію 0,3кг/т - від 60 до 90%. Причому, внаслідок більш високої твердості і міцності силіциду заліза в порівнянні з силіцидом магнію при здрібнюванні відомого сплаву відбувається перездрібнювання силіциду магнію і збагачення магнієм саме дрібних фракцій. Фракція з розміром часток менше 1мм, а її кількість при одержанні порошку з розміром часток до 2мм складає 35-40%, окислюється киснем повітря. Оксид магнію, що утворюється, переходить у шлак, не взаємодіючи з сіркою чавуна, що обумовлює низький і нестабільний ступінь десульфурації чавуна, а також низький ступінь використання магнію. Крім того, низький ступінь десульфурації чавуна відомим сплавом і низький ступінь використання магнію пояснюються тим, що частина магнію витрачається на розкислення чавуна. Оскільки UA (11) 24740 (13) U 20,0-40,0 4,0-15,0 2,0-10,0 1,0-15,0 решта. (19) магній залізо алюміній кальцій кремній 3 24740 активність магнію відносно розчиненого в металі кисню перевищує його активність відносно сірки, а вміст у відомому сплаві алюмінію і кальцію, які беруть участь у розкисленні чавуна, незначний, частина сульфіду магнію, що утворюється, взаємодіє з розчиненим у металі киснем і переходить в шлак у виді оксиду магнію, а сірка повертається в метал. Низький вміст магнію в складі відомого сплаву обумовлює також підвищені витрати порошкового дроту. Так, при витраті магнію 0,42кг/т чавуна для досягнення ступеня десульфурації 85% на обробку 100т чавуна потрібно 2350м порошкового дроту. Це, у свою чергу, збільшує тривалість процесу десульфурації і може привести до надмірного зниження температури розплаву при його обробці. Відомий порошкоподібний сплав системи залізо-кремній-магній для десульфурації чавуна, що містить магній, залізо, алюміній, кальцій і кремній [див. п. України на винахід №36927 від 25.02.2000р., опубл. 16.04.2001р, МПК7 С21С 1/02]. Відомий сплав має наступний склад, у мас.%: магній 16,0-35,0; залізо 6,45-27,44; алюміній 0,861,2; кальцій 2,3-4,1; кремній - решта, при цьому в структурі твердого сплаву не менше 50% магнію сконцентровано у вигляді включень силіциду магнію, розмір яких не перевищує 0,05мм. Порошкоподібний сплав зазначеного складу вводять у чавун в металевій оболонці діаметром 10мм при швидкості введення 2м/с. Недоліками відомого сплаву також є низький ступінь десульфурації чавуна і низький ступінь використання магнію. З таблиці, наведеної в описі до патенту, випливає, що при десульфурації чавуна сплавом, що містить, мас.%: магній 18,0, залізо 27,44; алюміній 0,86; кальцій 2,3; кремній - решта, ступінь десульфурації складає 62%, а при десульфурації чавуна сплавом з більш високим вмістом магнію (32,0мас.%) ступінь десульфурації складає всього 56%. Це пояснюється витратою магнію на розкислення чавуна, що обумовлено низьким вмістом алюмінію у відомому сплаві, а також у випадку використання сплаву з високим вмістом заліза (27,44%) - нерівномірним розподілом магнію в сплаві, що призводить до перездрібнювання магнійвмісних фаз в структурі сплаву і втратам магнію, пов'язаним з його окислюванням. Слід також зазначити, що при наведених в описі до патенту витратах магнію (0,162-0,167кг/т чавуна) фактичний ступінь десульфурації чавуна склав не більше 45%, а для досягнення ступеня десульфурації 75,0% необхідно збільшити витрати магнію до 0,480-0,500кг/т і, відповідно, витрати дроту до 1800-2000м. Підвищені витрати порошкового дроту для десульфурації чавуна обумовлюють збільшення тривалості процесу десульфурації і можуть привести до надмірного зниження температури розплаву при його обробці. Найбільш близьким за технічною суттю і результатом, що досягається, до сплаву, що заявляється, є порошкоподібний сплав системи залізокремній-магній-алюміній для десульфурації залізовуглецевего розплаву, що містить магній, залізо, 4 алюміній, кальцій і кремній [див. п. України на винахід №38011 від 16.05.2000р., опубл. 15.05.2001р, МПК7С21С1/02, С21С7/064]. Відомий сплав має наступний склад, у мас.%: магній 7,0-15,0; залізо 38,8-40,5; алюміній 1,8-15,0; кальцій 2,3-3,1; кремній - решта. Відомий сплав є наповнювачем порошкового дроту для десульфурації чавуна. Наповнювач порошкового дроту може містити додатково металевий алюміній у кількості 0,5-14%, або у виді сплавів системи алюміній-магній з вмістом магнію 0,115,0%. В структурі твердого сплаву не менше 70% магнію сконцентровано у вигляді включень силіциду магнію, розмір яких не перевищує 0,03мм. Недоліками відомого сплаву також є низький ступінь десульфурації чавуна і низький ступінь використання магнію. З таблиці, наведеної в описі до патенту, випливає, що при десульфурації чавуна сплавом, що містить, мас.%: магній 10,1, залізо 40,5; алюміній 1,8; кальцій 2,3; кремній - решта, ступінь десульфурації складає 62,5%, а при десульфурації чавуна сплавом з більш високим вмістом алюмінію (6,0 мас.%) ступінь десульфурації складає 66,7%. Це пояснюється високим вмістом заліза в сплаві, що обумовлює нерівномірний розподіл магнію і призводить до перездрібнювання магнійвмісних структурних складових сплаву і втратам магнію, пов'язаним з його окислюванням. Слід також зазначити, що при зазначених в описі до патенту витрата х магнію (0,150кг/т чавуна) фактичний ступінь десульфурації чавуна склав не більше 42%, а для досягнення ступеня десульфурації 75,0% необхідно збільшити витрати магнію до 0,450кг/т і, відповідно, витрати дроту до 3000м. Підвищені витрати порошкового дроту для десульфурації чавуна обумовлюють збільшення тривалості процесу десульфурації і можуть привести до надмірного зниження температури розплаву при його обробці. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення порошкоподібного сплаву системи залізо-кремній-магній-алюміній для десульфурації залізовуглецевого розплаву, в якому нове співвідношення відомих компонентів забезпечує рівномірний розподіл магнію в сплаві і вирівнювання фізико-механічних властивостей структурних складових сплаву, за рахунок чого досягається підвищення ступеня десульфурації залізовуглецевого розплаву при одночасному забезпеченні високого ступеня використання магнію і зниженні витрат на виробництво і використання сплаву. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому порошкоподібному сплаві системи залізокремній-магній-алюміній для десульфурації залізовуглецевого розплаву, що містить магній, залізо, алюміній, кальцій і кремній, новим, відповідно до корисної моделі, що заявляється, є те, що сплав містить зазначені компоненти при наступному співвідношенні, у мас.%: магній 20,0-40,0 залізо 4,0-15,0 алюміній 2,0-10,0 кальцій 1,0-15,0 кремній решта. 5 24740 Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак корисної моделі, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, полягає в наступному. При співвідношенні компонентів, що заявляється, порошкоподібний сплав характеризується низьким вмістом заліза і високим вмістом магнію і активних елементів, що розчиняють магній (алюміній, кальцій, кремній). Низький вміст заліза в сплаві обумовлює рівномірний розподіл магнію в сплаві, оскільки в цьому випадку не набувають розвиток лікваційні процеси при затвердінні сплаву. Рівномірний розподіл магнію в сплаві обумовлює і рівномірний розподіл його в одержуваному порошкоподібному сплаві. При цьому магній присутній в сплаві у виді силіциду магнію і других магнійвмісних інтерметалідів (Mg2Ca, Mg Al 2Si3), розмір яких не перевищує 0,3мм. При введенні сплаву, що заявляється, в оброблюваний залізовуглецевий розплав внаслідок розчинення магнієвмісних фаз формуються дрібні пухирці парів магнію з великою поверхнею розділу з оброблюваним металом, що забезпечує високий ступінь десульфурації при високому ступені використання магнію внаслідок виключення втрат магнію на розкислення. Функцію розкислювачів при використанні сплаву, що заявляється, виконують алюміній і кальцій. Рівномірний розподіл магнію в сплаві і близькі фізико-механічні властивості стр уктурних складових сплаву виключають можливість перездрібнювання сплаву і пов'язані з цим втрати магнію за рахунок його окислювання, обумовлюють стабільність гранулометричного складу одержуваного порошкоподібного сплаву: 93-96% порошку має дисперсність 1мм, що дозволяє вводити порошкоподібний сплав, що заявляється, в оброблюваний метал як у вигляді порошкового дроту, так і інжекцією. Висока дисперсність одержуваного порошку визначає його високу насипну щільність, що дозволяє знизити витрату порошкового дроту, зменшити обумовлені цим теплові втрати при обробці чавуна в ковші, знизити тривалість процесу десульфурації. Можливість введення сплаву, що заявляється, інжекцією і високий вміст у ньому кальцію дозволяють використовувати сплав, що заявляється, не тільки для десульфурації чавуна, але і для десульфурації сталі. При цьому кальцій виконує функції не тільки розкислювача і десульфуратора, але і модифікатора неметалевих включень. Порошкоподібний сплав, що заявляється, одержують в індукційних печах з подальшим дробленням одержаного злитка в щековій дробарці і здрібнюванням у кульовому млині в нейтральному середовищі. При цьому одержують порошок сплаву складу, що заявляється, стабільної фракції 1мм, що дозволяє вводити його в оброблюваний залізовуглецевий розплав як у металевій оболонці у вигляді порошкового дроту, так і інжекцією. Сплав, що заявляється, був випробуваний в ВАТ « Маріупольський металургійний комбінат ім. Ілліча» при позапічній десульфурації чавуна в ковша х ємністю 100т. 6 Випробували сплави зі співвідношенням компонентів, що заявляється, а також зі співвідношенням компонентів, що виходять за заявлені межі. Крім того, був проведений дослід по десульфурації чавуна сплавом за прототипом. Випробовувані сплави вводили в оброблюваний чавун у формі порошкового дроту в металевій оболонці діаметром 10мм. Результати іспитів оцінювали за ступенем десульфурації чавуна (Сд), який визначали по формулі (1): (1) Сд,=[(SH-SK)/SH]×100% а також за ступенем використання магнію (См ), який визначали по формулі (2): (2) CM=[0,76(SH-SK)/g]×100% де SH і SK - вміст сірки в чавуні перед початком обробки і після неї, відповідно; 0,76 - стехіометричний коефіцієнт, який дорівнює співвідношенню атомних мас магнію і сірки; g - питома витрата магнію на десульфурацію чавуна, % Результати іспитів представлені в таблиці. З таблиці видно, що найкращі результати були досягнуті при використанні сплаву заявленого складу [див. досліди №№2-6]. Ступінь десульфурації чавуна склала 81,8-88,2% при ступені використання магнію 70,8-80,3%. Зміна співвідношення компонентів у складі сплаву за заявлені межі призвела до зниження ступеня десульфурації чавуна і до зниження ступеня використання магнію, що обумовлено нерівномірним розподілом магнію в сплаві внаслідок високого вмісту заліза [див. дослід №1], або втратами магнію внаслідок його випару через низький вміст розчинюючих магній елементів (алюміній, кальцій, кремній) [див. дослід №7]. Іспити сплаву за прототипом [див. дослід №8] показали, що для досягнення ступеня десульфурації 70,8% витрата порошкового дроту склала 2650м, при цьому ступінь використання магнію склав 43,1%. Були також проведені досліди по десульфурації сплавом, що заявляється, штрипсової сталі киснево-конвертерної виплавки на установці комплексного доведення сталі. Сплав, що заявляється, вводили методом інжекції. При витраті сплаву 1,0-1,5кг/т сталі вміст сірки знизили з 0,007-0,01 до 0,003-0,004%, при цьому кальцій, що входить до складу сплаву, що заявляється, виконує не тільки функцію розкислювача і десульфуратора, але і модифікатора неметалевих включень. 7 24740 Таким чином, заявлений порошкоподібний сплав для десульфурації залізовуглецевого розплаву забезпечує підвищення ступеня десульфурації залізовуглецевого розплаву при одночасному Комп’ютерна в ерстка І.Скворцов а 8 підвищенні ступеня використання магнію і дозволяє знизити витрати на виробництво і використання сплаву. Підписне Тираж 26 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