Модифицирующая смесь

 

(19)SU(11)1246606(13)A1(51)  МПК ⁵    _C21C5/54(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк авторскому свидетельствуСтатус: по данным на 17.01.2013 - прекратил действиеПошлина:

(54) МОДИФИЦИРУЮЩАЯ СМЕСЬ

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к модифицирующим и рафинирующим смесям, используемым для обработки стали и сплавов в процессе электрошлакового переплава (ЭШП), и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах, имеющих установки ЭШП. Цель изобретения - повышение степени использования кальция и РЗМ, улучшение технико-экономических показателей и повышение эффективности модифицирования. Для комплексного модифицирования стали кальцием и церием используют смесь, состоящую из кальция, оксидов РЗМ и растворителя кальция и РЗМ, в качестве которого применяют кремний. Компоненты смеси взяты в следующем соотношении, мас.%: Кальций 18-27 Оксид РЗМ 11-39 Кремний Остальное. Использование в смеси кальция необходимо для модифицирования им стали и для восстановления РЗМ из их оксидов. Содержание кальция в пределах 18-27% обеспечивает эффективное модифицирование стали и достаточно для полного восстановления РЗМ, в частности церия. Уменьшение содержания кальция ниже 18% приводит к неполному восстановлению РЗМ, вызывает накопление в шлаке оксида церия и изменение электрических и технологических параметров переплава, а также не обеспечивает эффективного модифицирования стали кальцием. Увеличение содержания кальция более 27% приведет к его повышенному угару, восстановлению компонентов шлакового расплава, изменению свойств шлака и условий переплава. Наличие в смеси оксида церия необходимо для введения в металл церия. Использование церия в виде оксида исключает необходимость его предварительного восстановления и сплавления, обеспечивает снижение затрат на получение модификатора и уменьшает возможность взаимодействия кальция с компонентами шлака. Восстановление оксида церия кальцием в шлаке кристаллизатора ЭШП позволяет гарантированно получать легирующий сплав в жидком виде и исключает воздействие его на кристализующийся слиток как охладителя. Присутствие в смеси оксидов РЗМ в количестве 11-39% обеспечивает эффективную обработку металла церием. Увеличение содержания оксидов РЗВ в смеси более 39% приведет к его неполному восстановлению, накоплению его в шлаке, изменению свойств шлака и условий переплава. При содержании в смеси оксидов менее 11% не будет обеспечено введение в металл необходимого количества церия и эффективность модифицирования снизится. В качестве РЗМ можно использовать цериевый концентрат оксидов, содержащий 99-99,5% оксидов РЗМ, в т.ч. около 50% оксида церия. Введение в состав смеси кремния, необходимо для растворения кальция и восстанавливаемого церия, снижения их активности и более полного использования модифицирующих компонентов. Содержание в смеси 42-63% кремния обеспечит достаточно полное восстановление оксида церия и других РЗМ. Уменьшение содержания растворителя ниже 42% приведет к неполному поглощению кальция и церия, повышению их активности и снижению степени использования. Увеличение содержания растворителя сверх 63% приведет к охлаждению шлака и нежелательному легированию им переплавляемого металла и ухудшению свойств. В качестве растворителя кальция и церия целесообразно использовать кремний, так как он хорошо растворяет обе активные добавки, содержится в стали практически всех марок и относительно недорог. С целью снижения затрат на производство исходных компонентов и повышения технико-экономических показателей модифицирования кальций целесообразно использовать в виде относительно дешевых стандартных сплавов с кремнием. Сплавы кремния с кальцием недороги, технологичны и имеются в достаточном количестве на любом заводе. Наиболее благоприятные условия для протекания реакции восстановления оксидов РЗМ кальцием в шлаковой ванне и равномерное модифицирование металла можно обеспечить, используя указанную смесь в виде прессованных из порошков ингредиентов гранул. В этом случае восстановление протекает в объеме гранулы при большой площади контакта и высокой активности реагентов, а регулируя размер гранул и периодичность их подачи в шлаковую ванну легко управлять интенсивностью поступления модификаторов в металл наплавляемого слитка. Эксперименты проводили на установке ЭШП-0,25 с кристаллизатором диаметром 100 мм. Переплавляли электроды диаметром 60 мм из хромоникельмолибденовой стали на токе силой 2-3 кА при напряжении 40-43 В. Переплав вели под флюсом, содержащим, %: CaF₂ 45; SiO₂ 9; MgO 9 и оксидов РЗМ 37. Проведено тринадцать плавок с использованием опытных смесей, одна плавка с модифицированием металла кальцием и РЗМ из лигатуры, содержащей, %: РЗМ 18,2, кальция 8,5, железа 5,6, никеля - остальное, и одна плавка без модифицирования. Смесь для модифицирования составляли из металлического кальция, кристаллического кремния и цериевого концентрата. Компоненты смеси дозировали. Кристаллический кремний и металлический кальций сплавляли и дробили. Порошкообразные ингредиенты смеси тщательно перемешивали, добавляли связующее вещество (жидкое стекло) и прессовали для получения брикетов диаметром 10 мм толщиной 5 мм. Расход смеси (1,5 кг/т) и расход лигатуры (2,5 кг/т) обеспечивал введение в переплавляемый металл 0,05% (по расчету) суммы РЗМ и кальция. Присадку порций смеси и лигатуры в металл при ЭШП осуществляли с помощью дозатора через каждые 30 с. Эффективность использования кальция при модифицировании переплавляемого металла смесью и лигатурой оценивали по содержанию CaO в неметаллических включениях в переплавленном металле. Эффективность модифицирования металла церием оценивали по усвоению церия, дисперсностью дендритной структуры (ДДС) и механическими свойствами (ударной вязкостью) переплавленного металла. Кроме того, в переплавленном металле контролировали по ГОСТ 1778-70 (метод II) содержание неметаллических включений и химическим способом - содержание кремния. Результаты исследования качества переплавленного по опытным вариантам металла приведены в таблице. Усвоение церия при введении модифицирующей смеси составило 47-57%, а при введении лигатуры 42%. Дисперсность дендритной структуры оценивали числом осей и межосных участков на единице длины. Показатели ДДС в металле, модифицированном смесью, лигатурой и без модифицирования, составили соответственно 7,6-9,3; 6,9; 5,4. Содержание неметаллических включений в металле, модифицированном смесью, составило 0,006-0,0092 об.%, в металле, модифицированно лигатурой 0,0095 об.%, а в металле без модифицирования 0,0118 об.%. Содержание CaO в неметаллических включениях составило при модифицировании смесью 30-60%, лигатурой 15%, а без модифицирования - 0%. Показатели ударной вязкости металла, модифицированного смесью, выше чем металла, модифицированного лигатурой, и металла без модифицирования. Таким образом, использование предлагаемой смеси приводит к повышению качества металла. Содержание ингредиентов в смеси в количествах за указанными пределами приводит к снижению эффективности модифицирования. (56) Авторское свидетельство СССР N 567767, кл. C 22 C 35/00, 1973. Авторское свидетельство СССР N 1100945, кл. C 21 C 5/54, 1985.

Формула изобретения

1. МОДИФИЦИРУЮЩАЯ СМЕСЬ для комплексного модифицирования стали кальцием и РЗМ в процессе электрошлакового переплава, содержащая кальций, РЗМ и кремний, отличающаяся тем, что, с целью повышения степени использования кальция и РЗМ, улучшения технико-экономических показателей и повышения эффективности модифицирования, в качестве РЗМ - содержащего материала смесь содержит окислы РЗМ, а компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:
Кальций 18 - 27
Окислы РЗМ 11 - 39
Кремний Остальное
2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве окислов РЗМ она содержит цериевый концентрат, содержащий, мас.%:
Двуокись церия 45 - 55
Окись лантана 18 - 22
Окись неодима 16 - 17
Окись празеодима Остальное.