Сплав для комплексного розкислювання сталі, закупорювання зливків киплячої сталі та легування сталі і чавуну “силікоалюміній”

Сплав для комплексного розкислювання сталі, закупорювання зливків киплячої сталі та легування Винахід відноситься до чорної металурги, а саме до феросплавів, призначених як для комплексного розкислювання сталі при її виготовленні і закупорювання зливків киплячої сталі, так і для легування алюмінієм і кремнієм особистих марок сталі та конструкційного алюмінієвого чавуну в ливарному виробництві Відомий сплав алюмінію марки АВ87, призначений для розкислення сталі, виробництва феросплавів і алюмінотермм (1, аналог), що містить, мас % алюмінію не менше 87 (в тому рахунку магнію до 3,0), домішки не більше мідь - 3,8, цинк - 3,3, кремній - 5,0, свинець - 0,3, олово - 0,2 використовується як розкислювач загального призначення Мала КІЛЬКІСТЬ кремнію у цьому сплаві бракує його комплексність при розкислюванні сталі і потребує попереднього вживання феросиліцію Цей сплав також має малу ЩІЛЬНІСТЬ (-2,7 г/см3), що приводить до малого ефекту засвоювання алюмінію, який не перевищує 17,0 % і при витраті 1,0 кг на 1,0 т сталі складає не більше 0,14 кг В процесі розкислювання сплав алюмінію з малою ЩІЛЬНІСТЮ знаходиться на поверхні сталевої рідини (ЩІЛЬНІСТЬ -6,9 г/см3) і під дією високої температури та кисню навколишнього повітря перетворюється в АЬОз Така ситуація вимагає розробки нових сплавів системи "алюміній-кремній" (силікоалюміній) з ширшими межами вмісту алюмінію і кремнію для забезпечення комплексного розкислення і підвищеної ЩІЛЬНОСТІ, що має до зволити найбільшу КІЛЬКІСТЬ як засвоювання еле сталі і чавуну, що містить алюміній, кремній, мідь, вуглець, ніобій, титан, залізо, який відрізняється тим, що з його составу виключено ніобій і титан при наступному співвідношенні елементів, мас % АЛЮМІНІЙ 30,0-75,0 Кремній 10,0-30,0 Мідь не більше 2,5 Вуглець не більше 2,0 Залізо решта ментів - розкислювачів у металі, так і керування стабільністю процесів Відомий сплав для розкислювання сталі "феросилікоалюміній" (ФСА) (аналог 2), що містить мас % алюмінію - 18-22, кремнію - 40-45, заліза решта, по своєї ЩІЛЬНОСТІ вище за АВ87 (середнє значення - 4,48 г/см3), але має недостатній ефект розкислювання із-за малої КІЛЬКОСТІ алюмінію, який по своєї природі значно вище по сродству до кисню, ніж кремній 3 цих причин сталь може бути недорозкисленою Відомий сплав для розкислення сталі (3, аналог), мас % алюміній -13,7 (середнє значення), залізо - решта, має ЩІЛЬНІСТЬ -7,1 г/см3, що дає змогу тонути у сталевій рідині з ЩІЛЬНІСТЮ -6,9 г/см Це дає змогу мати високу ступень засвоювання алюмінію металом, а випробування в виробництві показало економію розкислювача (алюмінія) майже в 2 рази Але комплексністю розкислення цей сплав не володіє із-за відсутності кремнію, який благотворно впливає на формування неметалевих включень та їх укрупнення, а також не може бути використаним для закупорювання зливків киплячої сталі Найбільш близьким по технічній суті та досягаемому результату до заявляемого є відомий сплав для розкислювання сталі (4, прототип), який містить, мас % алюміній - 25-60, ніобій - 15-20, кремній - 0,1-15, мідь -0,1-15, титан - 0,1-10, вуглець - 0,01-2, залізо - решта, який по КІЛЬКОСТІ І межами знаходження алюмінію і при умові максимальній КІЛЬКОСТІ кремнію, міг би бути комплексним со о> о (О 60931 розкислювачем Але наявність у великій КІЛЬКОСТІ гостродефіцитного і дуже коштовного ніобію, не дозволяє використовувати цей сплав в якості розкислювача і він більше придатний як лігатура для легування обмеженої групи сталі, що містить ніобій Недостатнім також є те, що наявність титану, особливо біля верхньої межі, хоч він і гарний розкислювач, з економічної точки зору не є ВИГІДНИМ В основу винаходу поставлена задача в запропонованому складі сплаву для загального розкислювання сталі при її виробництві, закупорювання зливків киплячої сталі та легування сталі і чавуну шляхом виключення із складу відомого (прототип) ніобію і титану не змінюючи ХІМІЧНИЙ склад інших елементів Використання запропонованого рішення приводить до наступного технічного результату, а саме - підвищення розкислюючої спроможності сплаву комплексним внесенням елементіврозкислювачів (алюмінію і кремнію) у різних їх співвідношеннях, що забезпечує більшу розкислюючу активність і зменшує їх угар Поставлена задача вирішується тим, що із відомого сплаву (прототипа), який включає алюміній, кремній, мідь, ніобій, титан, вуглець, залізо із складу виключено ніобій та титан і оптимізован вміст компонентів при наступному їх співвідношенні при додаткових межах КІЛЬКОСТІ алюмінію, кремнію, мас % АЛЮМІНІЙ 30,0-Ь75,0 Кремній 1О,О-ьЗО,О Мідь не більше 2,5 Вуглець не більше 2,0 Залізо решта Загальною ознакою для заявляемого сплаву силікоалюмінію і прототипу є наявність в хімічному складі компонентів алюмінію, кремнію, МІДІ, вуглецю, заліза Ознакою, що відрізняє новий сплав силікоалюмінію є відсутність ніобію і титану, а також встановлені нові КІЛЬКІСНІ межі алюмінію, кремнію, МІДІ Порівняння ХІМІЧНИХ складів сплавів аналогів і прототипу та заявленого сплаву "силікоалюмінію" представлені в табл 1 Між технічним результатом та суттєвою ознакою існує причинно-наслідковий зв'язок, який обумовлено наступним Виробництво високоякісних марок сталі і чавуну в сучасній металургії залежить від якості лігатур, які використовують для легування металу та його розкислення Засвоювання легувального елементу із лігатури значно вище, ніж введення його у чистому вигляді Значна більшість легувальних елементів (хром, титан, кремній, марганець, молібден та ІНШІ) ВВОДЯТЬ у вигляді феросплавів, тобто сплав елемента с залізом Але існують лігатури і без заліза, такі як силікомарганець, силікокальцій, силікохром і т д Феросплави і лігатури, які мають 2 і більше легувальних компонентів (за винятком заліза) називають комплексними Усі ХІМІЧНІ речовини мають різні показники сродства до кисню і найсильнішими з них є кальцій, алюміній, титан, кремній, марганець, вуглець, розкислююча дія яких поступово зменшується від кальцію до вугле цю При введені цих елементів у сталеву рідину кисень, розчинений в неї, з'єднується з введеними компонентами і утворюються сполучення у вигляді СаО, АІ2О3, ТЮ2, SiO2, MnO, СО2 (газ) При комплексному введені компонентів - розкислювачів утворюються складні оксиди (наприклад, алюмосилікати), які випливають на поверхню і з'єднуються з шлаком [7] Відомо, ЩО при виробництві сталі будь-яким способом (конвертерним, мартенівським, електродуговим та інш) заключним етапом являє розкислювання рідини металу в плавильних агрегатах перед випуском, або у ковшах перед розливом Спочатку, при наповненні ковша на одну чверть, додають феросиліцій, а після наповнення половини ковша додають чушковий алюміній АВ87, або другий розкислювач, що має алюміній (4, прототип) При цьому утворюються окремі неметалеві включення силікати (SiO2) і алюмінати (АІ2Оз), які із-за дуже малих розмірів не встигають виплити на поверхню і після розливу знаходяться в усьому об'ємі зливків Треба ВІДМІТИТИ, ЩО З причин малої ЩІЛЬНОСТІ (2,7 г/см3) алюмінію усвоювання його не перевищує 17 % При застосуванні фероалюмінія засвоювання алюмінію підвищується майже ВДВІЧІ (З, аналог) Суть винаходу полягає в тому, що запропонований сплав для розкислювання сталі та легування чавуну - силікоалюміній (далі СА) - при збереженні потрібної властивості розкислювача має збільшений відсоток засвоювання алюмінію і кремнію та інших ХІМІЧНИХ елементів, які мають малий відсоток, за рахунок оптимізаци відомого сплаву, зокрема кремнію Так, ВІДПОВІДНО запропонованого технічного рішення у складі встановлена нижча і вища межі вживання кремнію (від 10,0 до 30,0 %), КІЛЬКІСТЬ алюмінію 30,0-ь 75,0 %, примітки МІДІ - до 2,5 %, вуглецю - до 2,0, заліза -решту При дослідницьких випробуваннях в умовах промислового виробництва сталі автори підібрали склад якісних і КІЛЬКІСНИХ добавок, при якому втворіння алюмінію і кремнію значно збільшилось і ефективність розкислювання сталі при використанні силікоалюмінієвого сплаву (СА) була значно вищою і стабільною Найвищій результат ефективності розкислювання, тобто засвоювання алюмінію і кремнію та зменшенню угару одержаний тільки у запропонованому співвідношенні елементів як якісного так і КІЛЬКІСНОГО сполучення Якщо взяти алюмінію менше 30,0 % і кремнію менше 10,0 %, то ЩІЛЬНІСТЬ СА перевершить 5,73 г/см3 і зменшиться ефект розкислювання сталі за рахунок недостатньої концентрації вказаних елементів Якщо взяти алюмінію більше ніж 75 %, а кремнію більше ЗО %, то ефективність розкислювання зменшується за рахунок зниження ЩІЛЬНОСТІ (менше за 2,63 г/см3) по відношенню до ЩІЛЬНОСТІ розплаву сталі (6,9 г/см3), як це показано в табл 2 Сукупність істотних відрізняючих ознак запропонованого рішення дозволяє підвищити ефект розкислювання при збереженні фізико-технічної властивості виготовляємої сталі Таким чином, між сукупними суттєвими ознаками винаходу та досягненим технічним результатом існує причинно-наслідковий зв'язок 60931 По наявним у заявника відомостям запропорізними варіантами запропонованого технічного нована сукупність ознак, що характеризує суть рішення На прикладі "силікоалюмінію" марки СА винаходу, невідома з рівня техніки, тобто винахід 12-30 отримані результати, які представлені в відповідає критерію "новизна" таблиці З Сукупність ознак, які характеризують відоме Плавку сталі випускали одночасно у два коврішення не забезпечує досягнення нових властиши, в один із котрих давали феросплави (FeMn і востей і тільки наявність відрізняючих ознак винаFeSi) з алюмінієм АВ87 (зрівнювальні плавки) по ходу дозволяє отримати нові властивості, новий існуючій на підприємстві технології В другий ковш технічний результат Отже винахід, який пропозамість АВ87 давали силікоалюміній марки СА 12нується, відповідає критерію "винахідник рівень" 30 Було виплавлено -7326 т сталі дослідних плавок з використанням 6980 кг запропонованого Приклади виготовлення і конкретного викорикомплексного розкислювача СА (з перерахунком стання запропонованого сплаву силікоалюмінію на чистий AL - 2094 кг) В такої ж КІЛЬКОСТІ виплав(СА) в умовах промислового виробництва леного зрівнювального метала з використанням Плавку силікоалюмінію СА виконували у плаАВ87 (з перерахунком на чистий AL-5287 кг) Пивильних агрегатах, призначених для плавки сталі томі затрати на СА - 2,47 грнл", на АВ87-3.94 грнл", або чавуну (електродугових, мартенівських, індукщо значно вище, майже на 1,5 грнл" Брак зливків ційних та ш ) по ВІДПОВІДНІЙ шихтовці Справжньою при розкислюванні СА 12-30 зменшується з 1,17 можуть бути брухт сталі, чавуну, алюмінію (ливардо 0,87 %, а додаткова обрізь, ВІДПОВІДНО, З 0,98 ного і деформуємого), феросиліцій, який має від до 0,46 % 25,0 і більше ВІДСОТКІВ кремнію В залежності від вмісту основних компонентів Таким чином, використання силікоалюмінію як алюмінію і кремнію - силікоалюміній розподілений комплексного розкислювача підвищує якість сталі, на марки (на основі спостережень при вживанні) дає змогу значно зменшити втрати по браку зливвід СА 12-30 до СА 25-70, фізико-технолопчні влаків і додаткової обрізі, а також зменшити економічстивості яких та функціональне застосування їх як ні витрати комплексного розкислювача надані в таблиці 2 Закупорювання зливків киплячої сталі здійснювали на 118 плавках з використання роздріблеРозглянемо деякі приклади ного силікоалюмінію марки СА 18-55 у КІЛЬКОСТІ 0,7 Марки силікоалюмінію СА 12-30, СА 12-35, СА кгл" (в чистому алюмінію - 0,385 кгл", кремнію 12-40 і СА 18-45 призначені для розкислювання у 0,126 кгл") Зрівнювальні плавки (89 шт) - зливки ковші спокійних марок сталі Вміст кремнію від 10,0 закупорювали розплавленим сплавом АВ87 у до 20,0 %, алюмінію - від 30,0 до 50,0 % з КІЛЬКОСТІ 0,55 кгл" (по чистому алюмінію - 0,478 ЩІЛЬНІСТЮ в межах 4,46-ь5,49 г/см3 і температури кгл") Як видно з таблиці 3, стан меніску при викоплавлення 1130ч-1310°С Такі параметри темпераристанні "силікоалюмінію" кращій в зрівнянні з витури плавлення і вмісту кремнію і алюмінію і, користанням АВ87, а саме, меніск угнутий, рівний і особливо, ЩІЛЬНОСТІ, забезпечують значно вище випуклий дорівнює 69,4 % проти 54,8 % при закузасвоювання елементів-розкислювачів, ніж порюванні зрівняльних зливків, а рослих зливків, алюмінієвий сплав АВ 87, який має ЩІЛЬНІСТЬ 2,7 ВІДПОВІДНО, 30,6, проти 45,2 % г/см3 З аналізу результатів випробувань впливає, Марки силікоалюмінію СА 18-50, СА 18-55, СА що відрізняючі ознаки запропонованого технічного 25-60, і СА 25-65 і СА 25-70 призначені для виробрішення сприяють більш повному розкислюванню ництва напівспокійної сталі, а також для закупорюсталі, зменшенню угару розкислювальних елеменвання зливків киплячої сталі Сілікоалюміній цих тів - алюмінію і кремнію, що ведуть до зменшення марок містить від 15,0 до 30,0% кремнію і питомих затрат на ці процеси і підвищення якості і 50,0-ь75,0% алюмінію, має ЩІЛЬНІСТЬ ВІД 2,88 до 3 виходу годної металургійної продукції 4,12 г/см і температуру плавління в межах 830-И0600 С При сифонному розливу у роздрібТаким чином сплав для комплексного розкисленому вигляді його додають у центрову, де він в лювання сталі, закупорювання зливків киплячої тісному контакті з металевою рідиною відбирає сталі та легування сталі і чавуну у ливарному викисень, розчинений в неї Для ХІМІЧНОГО закупорюробництві силікоалюмінієм, який заявляється, відвання зливків киплячої сталі силікоалюміній також повідає критерію "виробнича застосовність" в роздрібленому вигляді прикривають рівномірним Джерела інформації шаром дзеркало метала наприкінці наповнення 1 ДСТУ 3753-98 Міждержавний стандарт ізложниць АЛЮМІНІЙ ДЛЯ розкислювання, виробництва феросплавів і алюмінотермм Технічні умови Київ, Із табл 2 видно, що змінюють КІЛЬКІСТЬ кремУкр НДІССУ, 1999 р (1, аналог) нію і алюмінію в кожній марці силікоалюмінія так, 2 Гасик М І , Мякішєв Н П , Ємлш Б І Теорія і техщоб було максимальне застосування і не було нологія виробництва феросплавів М Металургія, вигорання елементів-розкислювачів, що сприяє на 1988, с 522 (2, аналог) економіку металургійного виробництва 3 Лад'янов І М Розкислення спокійної сталі в Співвідношення алюмінію і кремнію в таблиці ковші фероалюмінієм Сталь, 3, 1958, с 218-223 2 і зв'язана з цим маркировка силікоалюмінію не є (4, аналог) догмою і при необхідності співвідношення цих 4 Авт Свід СРСР 514034 МПК с22с35/00, оп елементів можуть бути іншими 15 05 76 (4, прототип) Була проведена серія дослідних плавок в мар5 Політехнічний словник, 2 ред акад І І Арттенівському виробництві спокійної сталі з розкисоболєвський ЕСДПС, М-76 с 22, 23, 251, 254, люванням в ковшах феросплавами і розкислюва413, 531 чами з відомими ХІМІЧНИМИ складами (аналог, 1) та 60931 Таблиця 1 Порівняння ХІМІЧНИХ складів сплавів відомих та заявленого Орієнтувальна середня ХІМІЧНИЙ склад, % Сплав AL Мд 3,0) 18,04-22,0 Аналог 2 Аналог 3 Si >87,0 ( в т р Аналог 1(АВ87) Fe решта