Сплав для розкислювання та легування сталі і чавуну “фероалюміній”

Сплав для розкислювання та легування сталі і чавун у, що містить алюміній, кремній, мідь, титан, 2 3 45937 4 домому складі сплаву для розкислювання і легурання алюмінію раніше засвоювання його в розвання сталі, який включає алюміній, кремній, мідь, плаві ("випадковий" контакт), що впливає на спротитан, вуглець, залізо, новим є те, що оптимізован можність, тобто зменшується розкислююча вміст відомого складу сплаву по якості і кількості, а здібність алюмінію, а за рахунок угар у погіршуєтьсаме додатково вводять не більш: марганцю - 3,0; ся якість сталі. хрому - 3,0; нікелю - 1,0; розширюють межі вжиСуть винаходу полягає у тому, що запропоновання кількості алюмінію до 4,0...75,0%, зменшуваний сплав для розкислювання та легування стають кількість кремнію до 9,0%, міді до 3,8%, титану лі і чавуну: "Фероалюміній" (далі ФА) при збередо 0,8% при наступному співвідношенні усіх комженні потрібної властивості розкислювача має понентів сплаву, мас. %: збільшений відсоток засвоювання алюмінію та Алюміній 4 ÷ 75; присутніх хімічних елементів (тобто малий відсоКремній не більше 9,0; ток вигорання всіх елементів) за рахунок оптиміМідь не більше 3,8; зації складу відомого сплаву, зокрема алюмінію, Марганець не більше 3,0; кремнію, міді та титану а також за рахунок додатХром не більше 3,0; кового введення: марганцю, хрому, нікелю. Так Нікель не більше 1,0; відповідно запропонованого технічного рішення у Титан не більше 0,8; складі розширена межа вживання кількості алюміВуглець не більше 2,0; нію до 4,0 ÷ 5,0%, зменшено: кількість кремнію до Залізо решта. 9,0%; кількість міді до 3,8%; кількість титану до Ознакою загальною для заявляемого сплаву 0,8%, додатково введено: марганцю ≤ 3,0; хрому ≤ фероалюмінію і прототипу є наявність в їх хімічних 3,0; нікелю ≤ 1,0. складах вуглецю ≤ 2,0%. Автори спробували збільшити розкислювальну Ознаками, що відрізняють новий сплав фероспроможність і зменшити вигорання алюмінію. алюмінію є зменшена кількість кремнію (≤ 9,0%), Шляхом дослідницьких випробувань в умовах міді (≤ 3,8%), титану (≤ 0,8%) оптимізована (розпромислового виробництва вони підібрали склад ширені межі вживання) кількість алюмінію добавок якісних і кількісних, при якому вигорання (4,0...75,0%), та додаткове введення: марганцю (≤ алюмінію зменшилось. 3,0%), хрому (≤ 3,0%), нікелю (≤ 1,0%). Ме ханізм цього явища до кінця ще не вивчено. Між технічним результатом та суттєвими ознаАле як показує дослід несподіваним результатом ками існує причинно-наслідковий зв'язок, який явилось різке збільшення ефективності розкислюобумовлено наступним. вання сталі та чавун у при використанні алюмінію із В сучасній металургійній промисловості вирофероалюмінієвого сплаву (ФА). Причому, найвибництво високоякісних марок сталі та чавуну защий результат ефективності розкислювання, тобто лежить від якості лігатури для одержання сплавів, засвоювання алюмінію та зменшенню угару одерякі використовують для розкислювання металів. жан тільки у запропонованому співвідношенні Засвоювання лігувального елементу із лігатури елементів як якісного так і кількісного сполучення, вище за стійкістю чим введення його у чистому а саме, мас. % ці межі являють, наприклад, алювигляді. Лігувальні елементи вводять в розплав мінію 4 ÷ 75. Якщо взяти алюмінію менш ніж 4% металу (сталі або чавун у) у вигляді феросплавів, буде не достатнє засвоювання його, тобто менш тобто комплексних розкислювачів, наприклад силініж 0,06кг з 1кг розкислювача, щільність ФА буде комарганець або силікокальцій. Продукт розкисбільш ніж 7,29г/см 3 і зменшиться ефект розкислюлювання випливає на поверхню рідини (сталі) або вання сталі. Якщо взяти алюмінію більш ніж 75% у вигляді газу (СО2). У чавун вводять ще добавки буде перебільшено алюмінію більш ніж 0,57кг з 1 (хром, нікель титан, алюміній), які покращують кг розкислювача, тобто економічний ефект не зройого фізико-технічні властивості ([4]. С. 413, стає, а ефективність розкислювання зменшується 531,251 - 254). за рахунок зниження щільності розкислювача по Відомо, що алюміній займає друге місце (після відношенню до щільності розплаву сталі (const. 6,9 заліза) по вживанню; по способу виготовлення він - 7,1), тобто при вживанні алюмінію більш ніж 75% буває де формируємий, ливарний і зпечений. Защільність ФА буде менш ніж 4,22г/см 3 (Таблиця 2). 3 вдяки малої щільності 2699кг/м та температури Таким чином, сукупність істотних відрізняючих плавління +660°С алюміній використовують для ознак запропонованого рішення дозволяє підвивиготовлення металів, феросплавів, лігатур ([4], С. щити ефект розкислювання, при збереженні фізи22, 23) ко-технічної властивості виготовляємої сталі. Відомо, що при виробництві сталі або чавун у Таким чином, між сукупними суттєвими ознабудь-яким способом (конверторним, мартеновськами винаходу та досягненим технічним результаким, електродуговим та інш.) заключним процесом том існує причинно-наслідковий зв'язок. являє розкислювання рідини металу у ковші попеПо наявним у заявника відомостям запропореду розливу. нована сукупність ознак, що характеризують суть Відомо, що алюміній використовують як розкивинаходу, невідома з рівня техніки, тобто винахід слювач ([3], прототип, [1], аналог) АВ-87 основний і відповідає критерію "новизна". заключний розкислювач є чушковий алюміній має Суть заявляемого винаходу не витікає явним збільшене сродство з кисенем (О2). Але ж причичином для спеціаліста з відомого рівня техніки. ною недостатнього розкислювання сталі, яка Сукупність ознак, які характеризують відоме рівпливає на її якість, є достатньо висока максимашення не забезпечує досягання нових властивосльна температура плавління сталі 1350°С, тобто тей і тільки наявність відрізняючих ознак винаходу температура плавління сталі приводить до вигодозволяє отримати нові властивості, новий техніч 5 45937 6 ний результат. Отже винахід, який пропонується літичного розчину образців металу дослідних плавідповідає критерію "винахідник рівень". вок і поточного виробництва у колодієвих мішечНаводимо приклади конкретного використання ках. Аналіз розчину на концентрацію алюмінію, запропонованого сплаву фероалюмінію (ФА) в розчиненого у сталі виконують у процесі її розкисумовах промислового виробництва. лювання. Плавку фероалюмінію ФА виконували в печах Було проведено декілька дослідних плавок в призначених для плавки сталі та чавуну (індукціймартеновському виробництві з розкислюванням в них, мартеновських, електродугови х та ін.) по відковші: феросплавами з відомим хімічним складом повідній шихтовці. (аналог і прототип) та із різними варіантами заКонцентрація компонентів у заявляемому фепропонованого технічного рішення. На прикладі роалюмінії (ФА) регламентується характером си"Фероалюмінію" марки ФА-30 - отримані результаровини, з якої його виготовляють. Наприклад, мати. лоцінний та недефіцитний брухт або зливки сталі і Приклад 5. Дослідна партія розкислювача чавун у та алюмінію (ливарного і деформуємого). "Фероалюмінію" вибрано марки ФА-30 у складі В залежності від вмісту основного компоненту 2992кг була використана при розкисленні 8 плавок - алюмінію, фероалюміній (ФА) розподілили (на вуглецевої сталі марки СТЗ, при розкисленні 3 основі дослідних спостережень по плавкам) на 13 плавок конструкційної сталі марки 45 і при розкисмарок від ФА-10 до ФА-70, фізико-технологічні ленні 1 плавки конструкційної сталі марки 42 всьовластивості кожної марки та функціональне їх заго було проведено 12 плавок - 1903,1 τ сталі. стосування як розкислювача надані у Таблиці 2. Проба розкислювача ФА-30 проводилась відРозглянемо приклади. повідно з ТР № 28 із збільшенням витрат розкисПриклад 1. Плавки 1 - 3. Марки "Фероалюмілювача від 1,7кг/т до 1,9кг/т. нію" ΦΑ-10, ΦΑ-15, ΦΑ-20 по своїм параметрам Отримані результати зрівнювалися з плавками засвоювання алюмінію призначені для попереаналогічного складу поточного виробництва розднього розкислювання сталі у плавильних агрегакислюванного алюмінієм АВ-87 вторинним (у зливтах при температурі плавління від 1425 до 1515°С, ках) по ДСТУ № 3753-98. вміст алюмінію від 4 до 23% при засвоюванні Наприклад алюмінію від 0,06 до 0,17кг з 1кг розкислювача, При розкисленні сталі марки СТЗСП, при вищільність ΦΑ-10, ΦΑ-15, ΦΑ-20 співпадає з теоретратах фероалюмінію 1,93кг/т отримано збільшентичною щільністю розплаву сталі (const 6,9 ÷ 7,1), ня ступеню засвоювання: що сприяє підвищеному засвоюванню алюмінію та - по марганцю на 3 - 5% (середнє 4%) ефекту розкислювання. - по кремнію на 4% Приклад 2. Плавки 4 - 6. Марки "Фероалюмі- по алюмінію на 6 - 20% (середнє 13%) нію" ΦΑ-25, ΦΑ-30, ΦΑ-35 призначені для розкисПри розкислені сталі марки 40; 45 при витраті лювання у ковші спокійної сталі, вміст алюмінію 23 фероалюмінію 1,2кг/т отримано збільшення ступе- 38%, засвоювання розкислювача 0,17 - 0,28кг з ню засвоювання: 1кг розкислювача, щільність ФА 6,51 ÷ 5,95, тем- по кремнію на 2% пература плавління 1425 ÷ 1275°С. - по алюмінію на 7% Приклад 3. Плавки 7 - 9. Марки "ФероалюміЗбільшення ступеню засвоювання марганцю, нію" ΦΑ-40, ΦΑ-45, ΦΑ-50 призначені для одеркремнію і алюмінію (Таблиці 1, 2, 3) на дослідних жання напівспокійних марок сталі, вміст алюмінію плавках пояснюється збільшеним, у зрівнянні з 38,0 - 52,0%, засвоювання алюмінію 0,28 - 0,39кг з алюмінієм вторинним (АВ-87), розкислювальним 1кг розкислювача, температура плавління знижена впливом фероалюмінію, бо щільність "Фероалюмі1173 - 1275°С, щільність ФА 5,23 ÷ 5,74г/см 3. нію" найближча до щільності металевого розплаву Приклад 4. Плавки 10 - 13. Марки "Фероалю(6,95 ÷ 7,1кг/см 3) і у зменшеній ступені підлягає мінію" ΦΑ-55, ΦΑ-60, ΦΑ-65, ΦΑ-70 призначені для впливу високої температури і кисеню із воздуху. закупорювання зливків у киплячих марок сталі, у Завдяки цьому при зниженні витрат алюмінію у сипучому стані або у стані розливу, вміст алюмінію чистому елементі при розкислюванні мартеновсь52,0 - 75,0%, засвоювання 0,39 - 0,57кг з 1кг розкикої сталі на 35% для сталі СТЗ; і на 50% для сталі слювача, температура плавління знижена від 1173 марки 40; 45, можна досягнути вимог вмісту масо- 1055 °С, щільність ФА 4,22 ÷ 4,97г/см 3. вої частки алюмінію у ковшовій пробі на рівні: для Плавка 14. Порівняльний сплав алюмінію АВСТЗ 0,015 - 0,025%, для сталі 45 0,010 - 0,015%. 87 - розкислювач загального призначення, вміст З аналізу результатів випробувань випливає, алюмінію 87% (у тому числі магнію 3%), засвоющо відрізняючі ознаки запропонованого технічного вання 0,13 - 0,14кг з 1кг розкислювача, температурішення сприяють більш повному розкислюванню ра плавління 655 - 665°С, щільність 2,70г/см 3. сталі, зменшенню угару розкислювальних елеменПо таблиці можна уявити, що змінюють состав тів - алюмінію, кремнію та сумішок. При цьому триалюмінію у кожній марці фероалюмінію так, щоб валість випуску плавки від 8 до 9 хвилин, ступінь було максимальне його застосування і не було засвоювання алюмінію склав 43,1% і 45,7%, тобто вигорання алюмінію, тобто спостерігають високі ступінь засвоювання алюмінію із сплаву "Феророзкислювальні властивості, та зменшення угару, алюмінію" (ФА) знаходиться у залежності від трищо сприяє економічним витратам самого алюмівалості випуску плавки. нію. Також проведені випробування "ФероалюміДостовірність високої ступені засвоювання нію" ФА-30 у конверторному виробництві. Було алюмінію із феросплаву ФА можно виконати в проведено 289 дослідних плавок, виплавлено умовах підприємства, наприклад шляхом електро37461т сталі, витрати "Фероалюмінію" 0, 388кг на 7 45937 8 1,0т сталі. Коефіцієнт розкислювання 2,27, а у АВАлюміній для розкислювання, виробництва феро87 – 2,23. Основні технологічні параметри дослідсплавів і алюмотермії. Технічні умови. Київ, УкрНних і зрівнювальних плавок див. в Таблиці 3. ДІССУ, 1999 р. (1, аналог) Акти випробувань маємо, при необхідності 2. Авт. Свід. СРСР 1076479, МПК С22С35/00, вишлемо додатково. оп. 28.02.82. (2, аналог). Таким чином сплав для розкислювання та ле3. Авт. Свід. СРСР 514034 МПК С22С35/00, оп. гування сталі та чавуну "Фероалюміній" (ФА) який 15.05.76. (3, прототип). заявляється відповідає критерію "виробнича за4. Політехнічний словник, г. ред. акад. И. И. стосовність". Артоболєвскій. ЕСДПС, М.: - 76 (4. С. 22, 23, 251, Джерела інформації: 254, 413, 531). 1. ДСТУ 3753-98 Міждержавний стандарт. Таблиця 1 Порівняльний аналіз складів сплавів відомих та заявленого Основні, мас. % Аl Fe Аналог 1 АВ-87 Si Сu 84 5,0 3,8 14 10 Прототип 60 25 4 Заявлене 30 75 Аналог 2 Концентрація елементів, мас % 19 41 0,03 58,0 73,4 56 16 59 45 15 0,1 9,0 5,0 3,0 Μn Cr Ni Ті С Mg В т. р 3,0 Pb Zn Sn 0,3 3,3 Ca Засвоювання алюмінію в % Nb 0.2 0,17 8 4 15 0,1 3,8 3,0 1,8 3,0 2,0 1,5 3,0 2,0 1,5 1,0 0,5 0,3 10 0,1 0,8 0,5 0,2 2 0,01 2,0 1,0 0,7 20 15 0,02 0,05 0,15 0,07 0,06 0,25 0,57 Таблиця 2 Марки «Фероалюмінію» і його фізико-технологічні властивості Заявляема Плавки марка розкислювачу 1 ФА 10 2 ФА 15 А1, % 4,0-12,0 12,0-18 Середня щіль- Орієнтувальна т- Засвоювання з 1 кг ність, г/см 3 (те- ра плавління, °С розкислювача, кг оретична) 7,29 1515-1495 0,06-0,09 7,03 1495-1460 0,09-0,135 3 ФА 20 18,0-23,0 6,75 1460-1425 0,13-0,17 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ФА 25 ФА 30 ФА 35 ФА 40 ФА 45 ФА 50 ФА 55 ФА 60 ФА 65 23,0-28,0 28,0-33,0 33,0-38,0 38,0-43,0 43,0-48,0 48,0-52,0 52,0-58,0 58,0-63,0 63,0-68,0 6,51 6,12 5,95 5,74 5,48 5,23 4,97 4,72 4,41 1425-1390 1390-1345 1345-1275 1275-1220 1220-1190 1190-1173 1173-1173 1173-1150 1150-1100 0,17-0,21 0,21-0,25 0,25-0,28 0,28-0,32 0,32-0,36 0,36-0,39 0,39-0,43 0,43-0,47 0,47-0,52 13 ФА 70 68,0-75,0 4,22 1100-1055 0,52-0,57 14 АВ-87 відомий 87,0(у т. р. Mg 3%) 2,70 655-665 0,13-0,14 Рекомендоване функціональне призначення Попереднє розкислення у плавильних агрегатах поперед випуску. Розкислення у ковші спокійної сталі. Одержання напівспокійних марок сталі. Закупорювання зливків киплячих марок сталі у сипучому стані або у стані розплава. Розкислювач загального призначення Таблиця 3 Основні технологічні показники дослідних і зрівнювальних плавок сталі з використанням розкислювачів "Фероалюмінію" марки ФА-30 і відомого АВ-87 Технологічні параметри Кількість плавок Виплавлено Витрати Одиниця виміру Дослідні плавки, ФА-30 Шт. Т Кг Кг/пл 289 37461 14531 48,6 Зрівнювальні плавки, АВ87 150 21936 4926 32,84 Продовження табл.3 9 45937 Технологічні параметри Вміст вуглецю на зливі Стан меніску: угнутий рівний випуклий рослий Кількість плавок з Аl на розливі Середня к - ть Аl на роливі: на плавках з росл. зливками загальне Коефіцієнт розкислювання 10 Зрівнювальні плавки, АВОдиниця виміру Дослідні плавки, ФА-30 87 Кг/т 0,388 0,225 % 0,037 0,040 Пл. Пл. Пл. Пл. Пл. 62 (21,5%) 55 (19,0%) 23 (8,0%) 149 (47,1%) 136 32 (21,3%) 28 (18,7%) 13 (8,7%) 77 (51,3%) 69 Г/ зливок Г/ зливок 294 138 2,27 328 142 2,23 ДП «Український інститут промислов ої в ласності» (Укрпатент) вул. Сім’ї Хохлов их, 15, м. Київ , 04119, Україна (044) 456 – 20 – 90 ТОВ “Міжнародний науков ий коміт ет” вул. Артема, 77, м. Київ , 04050, Україна (044) 216 – 32 – 71