Сплав для комплексного розкислювання сталі та закупорювання зливків киплячої сталі

Сплав для комплексного розкислювання сталі та закупорювання зливків киплячої сталі, що містить алюміній, кремній, мідь, вуглець, залізо, який відрізняється тим, що додатково містить марганець при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: алюміній 30,0-75,0 кремній 5,0-20,0 марганець 5,0-20,0 мідь не більше 2,5 вуглець не більше 2,0 залізо решта. (19) (21) 20041008100 (22) 06.10.2004 (24) 15.08.2006 (46) 15.08.2006, Бюл. № 8, 2006 р. (72) Паренчук Ігор Валерійович, Паренчук Валерій Васильович, Удовиченко Юрій Миколайович (73) ТОВАРИСТВО З ОБМЕЖЕНОЮ ВІДПОВІДАЛЬНІСТЮ "ФІРМА "УНІКОН" (56) SU 514034 A, 15.05.1976 UA 60931 A, 15.10.2003 SU 596651 A, 09.02.1978 SU 629773 A, 25.04.1979 SU 645974 A, 05.02.1979 CN 1385543, 18.12.2002 3 76600 4 Відомий сплав для розкислення та легування тур, які використовують для легування металу та сталі (3, аналог), який містить мас.%: алюміній його розкислення. Засвоювання легувальних еле25....60, ніобій - 15....20; кремній - 0,1...15; мідь ментів із лігатур значно вище, ніж введення його у 0,1...15; титан - 0,1...10; вуглець - 0,01...2; залізо чистому вигляді. Значна більшість легувальних решта, який по кількості і межами знаходження елементів (хром, титан, кремній, марганець, моліалюмінію і при умові максимальній кількості крембден, ніобій та інші) вводять у вигляді фероспланію міг би бути комплексним розкислювачем. Але вів, тобто сплав елемента с залізом. Але існують відсутність марганцю і наявність у великій кількості лігатури і без заліза, такі як силікомарганець, силігостродефіцитного і дуже коштовного ніобію (від кокальцій, силікохром і т.д. Феросплави і лігатури, 15 до 20%) не дозволяє використовувати цей які мають два і більше легувальних компонентів сплав в якості рокзислювача і він більше придат(за винятком заліза) називають комплексними. Усі ний як лігатура для легування обмеженої групи хімічні речовини мають різні показники сопріднесталі, що містить ніобій. Недостатнім також є те, ності до кисню і найсильнішими з них є кальцій, що наявність титану, особливо біля верхньої межі, титан, алюміній, кремній, марганець, вуглець, розхоч він і гарний розкислювач, з економічної точки кислююча дія яких поступово зменшується від казору, не є вигідним. льцію до вуглецю. При введені цих елементів у Найбільш близьким по технічній суті та досясталеву рідину кисень, розчинений в неї, з'єднугаємому результату до заявляємого є відомий ється з введеними компонентами і утворюються сплав для розкислювання сталі (4, прототип), який сполучення у вигляді оксидів типу CaO, AІ2O3, містить, мас.%: алюміній - 30...75; кремній ТіО2, SіO2, СО2 (газ). При комплексному введені 10,0...30,0; мідь - не більше 2,5; вуглець - не бількомпонентів-розкислювачей утворюються складні ше 2,0; залізо - решта, який по кількості і межами оксиди (наприклад, алюмосилікати), які випливазнаходження алюмінію, середньому значенні креють на поверхню і з'єднуються з шлаком [5]. мнію міг би бути комплексним розкислювачем стаВідомо, що при виробництві сталі будь-яким лі. Але відсутність такого хімічного елементаспособом (конверторним, мартенівським, електророзкислювача як марганець, бракує цей сплав як дуговим та інш.) заключним етапом є розкислюкомплексного розкислювача. вання рідини металу в плавильних агрегатах, або В основу винаходу поставлена задача в зау ковшах перед розливом. Спочатку, при наповпропонованому складі комплексного розкислювача ненні ковша на одну чверть, додають феромаргаввести в відомий сплав (прототип) марганець, сконець, при досягненні розплаву на одну третину регувати місткість кремнію і не змінювати місткість додають феросиліцій, а після наповнення половиінших компонентів. ни ковша додають чушковий алюміній АВ87, або Використання запропонованого рішення придругий розкислювач, що має у своєму складі алюводить до наступного технічного результату, а міній. При цьому утворюються окремі оксиди (несаме - до підвищення розкислюючої спроможності металеві включення): силікати (SiО2), алюмінати сплаву комплексним внесенням елементів(АІ2О3), манганати (МnО), які із-за дуже малих ророзкислювачей (марганцю, алюмінію і кремнію) у змірів не встигають виплити на поверхню і після різних їх співвідношеннях, що забезпечує більшу розливу знаходяться в усьому об'ємі зливків. Трерозкислюючу активність і зменшує їх угар. ба відмітити, що з причин малої щільності алюміПоставлена задача вирішується тим, що в вінію (2,7г/см3), усвоювання його не перевищує 17%. домий сплав (прототип), який включає алюміній, Суть винаходу полягає в тому, що запропонокремній, мідь, вуглець, залізо введено марганець і ваний сплав для комплексного розкислювання оптимізовано вміст компонентів при наступному їх сталі і легування чавуну має збільшений відсоток співвідношенні, мас.%: засвоювання алюмінію, марганцю і кремнію при їх введенні в розплав, а також сприяє формуванню алюміній 30,0 75,0 складних з'єднань продуктів розкислювання, які кремній 5,0 20,0 укрупнюються і випливають на поверхню металу. марганець 5,0 20,0 Відповідно запропонованому технічному рішенню мідь не більше 2,5 у складі встановлені нижчі і вищі межі вживання вуглець не більше 2,0 алюмінію (від 30,0 до 75,0%), кремнію (від 5,0 до залізо решта 20,0%), марганцю (від 5,0 до 20,0%), а також приЗагальною ознакою для заявляємого сплаву мітки: міді - до 2,5%; вуглецю - до 2,0; заліза - редля комплексного розкислювання сталі і прототипа шта. є наявність в хімічному складі компонентів: алюміПри дослідницьких випробуваннях в умовах нію, кремнію, міді, вуглецю, заліза. промислового виробництва сталі автори підібрали Ознакою, що відрізняє заявляємий сплав від склад якісних і кількісних добавок, при якому втвопрототипу, є наявність марганцю. рення алюмінію, кремнію і марганцю значно збіПорівняння хімічних складів сплавів аналогів і льшилось і ефективність розкислювання сталі при прототипу та заявленого сплаву для комплексного використанні цього сплаву була значно вищою і розкислювання сталі, закупорювання зливків кипстабільною. Найвищій результат ефективності лячої сталі та легування сталі і чавуну представрозкислювання, тобто засвоювання алюмінію, лені в таблиці 1. кремнію і марганцю та зменшенню угару одержаМіж технічним результатом та суттєвою ознаний тільки у запропонованому співвідношенні елекою існує причинно-наслідковий зв'язок, який обументів, як якісного так і кількісного сполучення. мовлено наступним. Якщо взяти алюмінію менше 30,0%, кремнію менВиробництво високоякісних марок сталі і чавуше 5,0% і марганцю менше 5,0%, то щільність ну в сучасній металургії залежить від якості ліга 5 76600 6 сплаву буде, орієнтовано, 6,02г/см3. При цьому вигляді рівномірним шаром додають на дзеркало зменшиться ефект розкислювання сталі за рахуметалу наприкінці наповнення ізложниць. нок недостатньої концентрації вказаних елементів, З даних табл.2 видно, що змінюючи кількість особливо по кремнію і марганцю. Якщо взяти по кремнію, алюмінію і марганцю в кожній марці, макмаксимальній кількості кремнію більше 20,0%, масимально застосовуються всі елементирганцю 20,0% і алюмінію - решта (біля 60,0%), то розкислювачі в комплексі і значно зменшується їх ефективність розкислювання зменшується за равигорання, що позитивно сприяє на економіку мехунок зниження щільності (менше 3,59г/см3). Сукуталургійного виробництва. пність істотних відрізняючих ознак запропонованоСпіввідношення алюмінію, кремнію і марганцю го рішення дозволяє підвищити ефект в таблиці 2 і наведені умовні маркировки не є догрозкислювання при збереженні фізико-технічної мою і при необхідності співвідношення цих елемевластивості виготовляємої сталі. нтів можуть бути іншими. Таким чином, між сукупними суттєвими ознаВ мартенівському виробництві спокійної сталі ками винаходу та досягненим технічним результабула проведена серія дослідних плавок з розкистом існує причинно-наслідковий зв'язок. люванням в ковшах: феросплавами і розкислюваВиготовлення і конкретне використання запрочами з відомими хімічними складами (аналог, 1) по понованого сплаву для комплексного розкислюкласичній технології і паралельно з різними варіавання проводили в умовах промислового виробнтами запропонованого технічного рішення. На ництва сталі. Сировиною при цьому були: брухт прикладі комплексного розкислювача марки АМС сталі, чавуну і алюмінію, феросиліцій і феромар30 і АМС 55 отримані результати, які представлені ганець, які мають головного легувального компов таблиці 3. нента не менше 45,0%. Плавку комплексного розПлавку сталі випускали одночасно у два ковкислювача проводили у плавильних агрегатах, в ши, в один із котрих давали феросплави (FeMn і яких можна плавити сталь і чавун (індукціонна, FeSi) з алюмінієм АВ87 (зрівнювальні плавки) по електродугова, мартенівська і т.д.) існуючій на підприємстві технології. В другий ковш В залежності від вмісту головних компонентів замість розкислювача АВ87 давали комплексний (алюмінію, кремнію, марганцю) - сплав розподілерозкислювач марки АМС 30. Було виплавлено но на умовні марки (на основі спостережень при ~9265,1т сталі дослідних плавок з використанням вживанні) від АМС 30 до АМС 70, (число 30...70 8827,6кг запропонованого комплексного розкиспри кожній маркі АМС означає середню кількість AІ лювача АМС (з перерахунком на чистий AІ уцьому комплексному розкислювачі), фізико2648,3кг, на Si та Μn - по 1765,5кг кожного). Прибтехнологічні властивості яких та функціональне їх лизно в такій же кількості виплавлено метала зрівпризначення, як комплексного розкислювача, нанювальних плавок з використанням АВ87 (з передані в таблиці 2. рахунком на чистий Al - 6064,4кг). Питомі затрати Марки АМС 30; АМС 35; АМС 40 і АМС 45 прина АМС - 3,73грн/т, на АВ87 - 5,66грн/т, що більше значені для розкислювання у ковші спокійних мана 1,93грн/т, майже на 1,5 разів. Брак зливків при рок сталі, де вміст алюмінію - від 30,0 до 50,0%, комплексному розкислюванні АМС зменшенo з кремнію - від 10,0 до 20,0%, марганцю - від 10,0 до 1,15 до 0,79%, а додаткова обрізь, відповідно, з 20,0% з щільністю в межах 4,67...5,15г/см3. Такий 0,97 до 0,48%. вміст розкислюючих елементів та щільність забезТаким чином, використання АМС як комплекспечують значно вище засвоювання елементівного розкислювача, підвищує якість сталі, дає зморозкислювачів ніж алюмінієвий сплав АВ87 (анагу зменшити втрати по браку зливків і додаткової лог 1) або сплав для комплексного розкислювання обрізі, а також значно зменшити економічні висталі, закупорювання зливків киплячої сталі та трати. легування сталі і чавуну "силікоалюміній" (протоЗакупорювання зливків киплячої сталі здійстип). нювали на 108 плавках з використання роздріблеМарки АМС 50; АМС 55; АМС 60; АМС 65 і ного комплексного розкислювача марки АМС 55 у АМС 70 призначені для виробництва напівспокійкількості 0,7кг/т (в чистому алюмінію - 0,4кг, кремної сталі, а також для закупорювання зливків кипнію і марганцю ~ по 0,09кг). Зрівнювальні плавки лячої сталі. Комплексний розкислювач цих марок (92шт) - зливки закупорювали розплавленим спламістить від 50,0 до 75,0% алюмінію, кремнію від вом АВ87 у кількості 0,55кг/т (по чистому алюмінію 5,0 до 15,0%, і від 5,0 до 15,0% марганцю, щіль- 0,48кг, Si - не більше 0,03кг/т). Як видно з таблиці ність цих марок від 3,67 до 4,41г/см3. При сифон3, стан меніску при використанні АМС кращій в ному розливу сталі у зливки його додають у роздзрівнянні з використанням АВ87, а саме, меніск рібленому вигляді у центрову, де він в тісному угнутий, рівний і випуклий дорівнює 70,6% проти контакті з металевою рідиною відбирає кисень, 55,9% при закупорюванні зрівняльних зливків, а розчинений в неї. Для хімічного закупорювання рослих зливків, відповідно, 29,4, проти 44,1%. зливків киплячої сталі АМС також в роздрібленому 7 76600 8 Таблиця 1 Порівняння хімічних складів сплавів відомих та заявленого Хімічний склад, % Сплав Si Al Μn Fe Другі елемеДомішки нти Орієнтувальна середня щільність г/см3 5,0 решта Сu:3,8 2,70 Аналог2 87,0 (в т.р. Mg:3,0) 18,0 22,0 40,0 45,0 решта 4,48 Аналог 3 25,0 60,0 0,1 15,0 решта Nb:15-20,0 Cu:0,1-15 Ті:0,1-10,0 С:0,01-2,0 5,00 Прототип 30,0 75,0 10,0 30,0 решта Заявлений 30,0 75,0 5,0 20,0 5,0 20,0 решта Аналог 1 (АВ87) ... Сu:2,5 С:2,0 Сu:2,5 С:2,0 4,18 4,40 Таблиця 2 Умовні марки сплаву для комплексного розкислювання сталі та їх фізико-технічні властивості Заявляєма № марка сплаву п/п (умовна) Основні компоненти, % Al 1 АМС 30 АМС 35 35,0-40,0 Μn 30,0-35,0 2 Si Fe Решта 15,0-20,0 150,-20,0 Рекомендоване Щільність* (теофункціональне приретична), г/см значення 5,15 5,42 4,87 -" 4,88 5,16 4,61 3 АМС 40 40,0-45,0 -" 4,63 4,91 4,35 4 АМС 45 45,0-50,0 -" 4,67 4,95 4,39 5 АМС 50 50,0-55,0 -" 4,41 4,69 4,13 6 АМС 55 55,0-60,0 -" 4,15 4,43 4,87 -" 4,19 4,47 3,91 -" 3,93 4,21 3,65 -" 3,67 3,95 3,39 Розкислення спокійної сталі у ковші 7 АМС 60 АМС 65 65,0-70,0 9 АМС 70 70,0-75,0 10,0-15,0 60,0-65,0 8 10,0-15,0 5,0-10,0 5,0-10,0 * Примітка: Чисельник - щільність при середніх значеннях Al, Si і Μn Знаменник - щільність від мінімальної до максимальної кількості Al, Si і Μn Для виробництва напівспокійних марок сталі та закупорювання зливків киплячої сталі 9 76600 10 Таблиця 3 Основні технологічні показники дослідних плавок з використанням розкислювачів типу "фероалюмосилікомарганцю" в порівнянні з використанням алюмінієвого сплаву АВ87 Дослідні плавки АМС 30; АМС 55 Розкислення спокійних марок сталі (АМС 30) Кількість плавок шт 43 Виплавлено т 9265,1 Використано розкислювача кг 8827,6 В тому разі по чистому АІ кг 2648,3 Теж саме по Si кг 1765,5 Теж саме по Μn кг 1765,5 Вартість грн 31073,1 Питомі затрати на розкислювач грн/т 3,73 Брак зливків (середній) % 0,79 Додаткова обрізь % 0,48 Закупорювання зливків киплячої сталі (АМС 55) Кількість плавок шт 108 Виплавлено т 39960 Питомі витрати розкислювача кг/т 0,7(АМС 55) В тому разі по чистому АІ кг/т 0,403 Теж саме по Si кг/т 0,105 Теж саме по Μn кг/т 0,105 Стан меніску Угнутий % 22,4 Рівний % 29,4 Випуклий % 18,8 Рослий % 29,4 Технологічні параметри Одиниця виміру З аналізу результатів випробувань випливає, що відрізняючі ознаки запропонованого технічного рішення сприяють більш повному розкислюванню сталі, зменшенню угару розкислювальних елементів - алюмінію, кремнію і марганцю, що ведуть до зменшення питомих затрат на ці процеси і підвищення якості і виходу якісної металургійної продукції. Джерела інформації 1. ДСТУ 3753-98. Міждержавний стандарт. Алюміній для розкислювання, виробництва феросплавів і алюмінотермії. Технічні умови. Київ, Укр НДІССУ, 1999р. (1, аналог). Комп’ютерна верстка О. Гапоненко Зрівнювальні плавки, АВ87 39 8309 6970,6 6064,4 415,5 47051,5 5,66 1,15 0,97 92 34040 0,55 0,478 0,027 16,7 23,8 15,4 44,1 2. Гасик М.І., Мякішєв Н.П., Ємлін Б.І. Теорія і технологія виробництва феросплавів. М.: Металургія, 1988, с.522. (2, аналог). 3. Авт. Свід. СРСР 514034 МПК с22с35/00, оп. 15.05.76. (3, прототип). 4. Політехнічний словник, 2.ред. акад. I.I. Артоболєвський. ЕСДПС, М. 1976. с. 22, 23, 251, 254, 413, 531. 5. Деклараційний патент 60931А с22с35/00. Сплав для комплексного розкислювання сталі, закупорювання зливків киплячої сталі та легування сталі і чавуну "силікоалюміній". Київ, оп. 15.10.2003, бюл. №10. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601