Шлакообразующая смесь для раскисления кислой стали

 

Изобретение относится к металлургии черных металлов, а именно к выплавке стали в дуговых сталеплавильных печах с кислой футеровкой. Целью изобретения является повышение механических свойств стали и, снижение ее себестоимости за счет уменьшения расхода раскислителей и легирующих материалов. Шлакообразующая смесь для раскисления кислой стали содержит, мас.%: шамот 45-50; кварцевый песок 30- 35; графит 10-12; алюминий 8-10. Применение смеси позволяет повысить предел прочности стали на 12-16%, предел текучести 20-27%, относительное удлинение ID- 12% и ударную вязкость в 1,33-1,45 раза. При этом уменьшился расход ферросилиция на 3,1-3,4 кг/т стали и ферромарганца на 2,7-3,1 кг/т стали. 2 табл. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 21 С 7/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

f10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ на 2.7-3,1 кг/т стали. 2 табл, О

Ql (лЭ

О (21) 4811253/02 (22) 06.04,90 (46) 15,01.92. Бюл, ¹ 2 (71) Центральный научно-исследовательский институт металлургии и материалов и

Рижский вагоностроительный завод (72) С.М. Белокуров, В.В. Кривоносов, О.В.

Жуйков, И,А. Васильев, В.Н, Беловзоров, С.С. Полякова, А.К. Ларионов и С.С. Зайченко (53) 669.18,046.5(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1435612, кл. С 21 С 5/04, 1988.

Авторское свидетельство СССР № 1439130,.кл. С 21 С 5/52, 1988. (54) ШЛАКООБРАЗУЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ

РАСКИСЛЕНИЯ КИСЛОЙ СТАЛИ

Изобретение относится к металлургии черных металлов, а именно к выплавке стали в дуговых сталеплавильных печах с кислой футеровкой.

Известна смесь для наведения кислого шлака. содержащая компоненты, мас.g, Известь 5-15

Прокаленный ошлакованный кислым шлаком кварцевый песок 15 — 35

Сухой кварцевый песок Остальное

Применение указанной совокупности компонентов направлено на ускорение процесса формирования кислого шлака, сокращение продолжительности плавления шихты. снижение расхода чугуна и увеличение выхода жидкой стали, „„5U„„1705360 А1 (57) Изобретение относится к металлургии черных металлов, а именно к выплавке стали в дуговых сталеплавильных печах с кислой футеровкой. Целью изобретения является повышение механических свойств стали и, снижение ее себестоимости за счет уменьшения расхода раскислителей и легирующих материалов. Шлакообразующая смесь для раскисления кислой стали содержит, мас, ; шамот 45-50; кварцевый песок 3035; графит 10-12; алюминий 8-10. Применение смеси позволяет повысить предел прочности стали на 12-16, предел текучести 20 — 27 ф, относительное удлинение 10127(, и ударную вязкость в 1,33-1.45 раза.

При этом уменьшился расход ферросилиция на 3,1-3,4 кг/т стали и ферромарганца

Однако прокаленный ошлакованный кислым шлаком кварцевый песок вносит дополнительно оксиды железа, которые повышают степень окисленности шлаковой фазы в печи. Поэтому снижается степень усвоения раскислителей и легирующих материалов, структура металла загрязнена оксидными и зкзогенными неметаллическими включениями, сталь обладает низкими значениями механических свойств.

Наиболее близким к изобретению является состав комплексного шихтового материала, включающий, мас.7:

Шамот 2-5

Кремнийсодержащий материал 8-25

Металлиэованные окатыши 70-90

1705360

А!гОз 2AIO + Оз . ны

При этом катион AIQ разрушает круп- ни ные кремнекислородные комплексы, повышаЯ тем самым жидкотекУчесть шлака и 50 та скорость массообменных процессов. По мере разукрупнения кремнекислородных ком- ли плексов и накопления в шлаковом расплаве щ более простых кремнекислородных анионов последние начинают взаимодейство- 55 кр вать с углеродом графита и алюминием с но последующим восстановлением кремния, который вступает в реакцию предваритель- ем ного раскисления металла. Образующийся при аааимодеистеии диоксида кремния и

Состав известной смеси снижает концентрацию неметаллических (сульфидных) включений в стали, а также сокращает длительность плавки, Однако в состав металлиэованных окатышей входит до 15 )ь оксидов железа, которые повышают окислительный потенциал печного шлакового расплава. При этом ухудшаются качество. структура и механические свойства металла иэ-за увеличения в нем концентрации оксидных и экзогенных неметаллических включений, а также повышается расход раскислителей и легирующих, применяемых на плавке.

Цель изобретения — повышение качества и механических свойств металла за счет снижения концентрации неметаллических оксидных и экзогенных включений, а также снижение себестоимости стали эа счет уменьшения расхода раскислителей и легирующих материалов путем уменьшения степени окисленности и увеличения жидкоподвижности шлаковой фазы.

Поставленная цель достигается тем, что шлакообраэующая смесь для раскисления кислой стали, включающая шамот, дополнительно содержит кварцевый песок, графит и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас. :

Шамот 45-50

Кварцевый песок 30 — 35

Графит 10-12

Ал юминий 8-10

Процесс плавления кварцевого песка в момент присадки предлагаемого состава смеси связан с формированием кислого шлака, структура которого представлена сложными кремнекислородными комплексами, снижающими жидкотекучесть расплава и скорость массообменных процессов, Однако в момент формирования шлакового расплава вносимый шамотом в предлагаемом количестве оксид алюминия ведет себя как основной оксид и диссоциирует по схеме:

45 алюминия оксид алюминия также диссоциирует с образованием катионов AIQ+, которые компенсируют уже провзаимодействовавшие на стадии формирования шлакового расплава катионы AIO, источниками которых являлся оксид алюминия шамота.

Таким образом, предлагаемый состав смеси позволяет постоянно поддерживать достаточно высокую концентрацию катионов

AIO в кислом шлаке и, соответственно, его высокую жидкоподвижность и раскислительную способность. Выделяющийся газообразный оксид углерода, помимо раскислительной функции, дополнительно осуществляет перемешивание и усреднение структурных составляющих расплава. активизируя процесс формирования катионов AIO .

Таким образом, совместное использование шамота, кварцевого песка, графита и алюминия обеспечивает комплексное воздействие на качество и механические свойства металла, расход раскислителей и легирующих материалов путем повышения жидкотекучести и восстановительного потенциала кислого шлака. роста концентрации диоксида кремния в активном состоянии. На основе созданных условий процесс предварительного раскисления металла осуществляется эа счет кремния, восстановленного из диоксида кремния шлакового расплава, а не из кислой футеровки и кремния ферросплавов. Это обеспечивает снижение концентрации в металле оксидных и экзогенных(продуктов разрушения футеровки, образующихся при восстановлении из нее кремния) неметаллических включений, повышение качества и механических свойств металла и увеличение степени усвоения раскислителей и легирующих материалов.

В случае расхода шамота менее 45 мас. Ь снижается концентрация оксида алюминия (А!20з) в шлаке. При этом уменьшается жидкотекучесть кислого шлака, что гативно влияет на развитие массообменх процессов при раскислении и легираваи металла; увеличивается концентрация сидных неметаллических включений в мелле, снижаются значения механических ойств последнего. растет расход раскистелей и легирующих материалов. Расход амота свыше 50 мас. ф связан со снижение печном шлаке концентрации диоксида емния и с уменьшением скорости восставления кремния, ухудшением качества и еханических свойств металла, увеличенирасхода раскислителей и легирующих териалов. Состав шамота соответствует

1705360 требованиям ГОСТ 5040-78, 5341-69. 602475, 8691-73.

При расходе кварцевого песка менее 30 мвс.7 снижается концентрация диоксида кремния в печном шлаке, что приводит к уменьшения скорости восстановления кремния; при этом происходит насыщение шлака двуоксидом кремния до предельного значения эв счет огнеупорной футеровки, загрязняя металл экзогенными неметаллическими включениями. Увеличение расхода кварцевого песка более 35 мас.7. снижает жидкотекучесть кислого шлака, Состав и свойства кварцевого песка отвечают требованиям ГОСТ 2138-84, 4417-75, 7031-75, 22551-77.

Расход графита менее 10 мас.g снижает восстановительный потенциал шлаковой фазы и на границе раздела фаз шлак — металл. что приводит к увеличению потерь раскислителей и легирующих, повышению окисленности ванны, что ухудшает качество металла и снижает значения механических свойств. Расход графита свыше 12 мас.)(, интенсифицирует процесс насыщения металла углеродом и не способствует дальнейшему повышению качества металла, вызывает некоторое снижение значений ударной вязкости стали; кроме того. усложняет контроль за содержанием углерода в металле на выпуске, увеличивая риск непопадания в химический состав данной марки стали. Состав и свойства графита соответствует положениям ГОСТ 23463-79. 4425-72, 5279-74. 10274-79, 17022-81.

В случае расхода алюминия менее 8 мас.$ экзотермические процессы окисле, ния этого компонента смеси не обеспечивают подъема температуры шлаковой фазы в печи, а также снижают восстановительный потенциал шлака и границы раздела шлакметалл, что негативно влияет на процессы восстановления кремния из шлакового расплава и легирования стали, снижает качество металла и показатели механических свойств. При расходе алюминия более 10 мас.7ь увеличивается вероятность образования в структуре металла нитридов алюминия, снижаются механические свойства стали, повышается температура плавления шлака, снижается его жидкотекучесть, Состав алюминия соответствует требованиям

ГОСТ 11069-74, 11070 — 74.

П р и и е р, Предлагаемую шлакообразующую смесь для раскисления кислой стали использовали при выплавке стали 20ФЛ в электродуговой сталеплавильной печи с кислой футеровкой. Рри этом смесь загружали после проведения окислительного периода. Ее расход составлял 8-12 кг/т.

В табл.1 представлены варианты количественных составов предложенной смеси, которые были использованы на плавках в кислой дуговой электропечи (составы 1.2 соответствуют граничным содержаниям компонентов, 3- среднему содержанию, 4.5— отличным от предложенных, а 6-9- в составе смеси отсутствует один иэ ее компонентов), В качестве смеси по прототипу испольэовали состав, мас,)c,: шамот 3,5, кремнийсодержвщий материал 16,5, металлизованные окатыши 80, Результаты плавок стали с использованием предлагаемой смеси и смеси-прототипа приведены в табл.2.

Использование предлагаемой смеси позволяет повысить качество металла за счет снижения концентрации неметаллических включений на 32,14 — 40,71 . Положительное влияние разработанного состава смеси на чистоту структуры стали в связи с полученным снижением концентрации неметаллических включений коррелирует с данными по увеличению значений механических свойств. В результате использования предложенного состава смеси возросли; предел прочности (о,) стали на

11,76-15,69)(,, предел текучести (о,) — 20,026,77ь, относительное удлинение — 10-12 (,, ударная вязкость (ан +20 С) — в 1,33-1,45 раза. Применение разработанного состава смеси снижает расход раскислителей (ферросилиция на 3,1-3.4 кг/т, ферромарганца—

2,7-3,1 кг/т) и легирующих материалов (степень усвоения ванадия увеличилась на 2325 (,).

При этом на достижение положительного эффекта от использования предлагаемой смеси оказали физические свойства и состав шлаковой фазы. Интенсификацию массообменных процессов раскисления и легирования стали, удаление неметаллических включений, повышение восстановительного потенциала шлаковой фазы обусловили снижение температуры начала плавления шлака на 10-30 С, увеличение его жидкотекучести (вязкость по Герти) на

15-30 мм. а также уменьшение концентрации оксидов железа на 11.2-11,8%.

В случае использования смеси с отличным от заявляемых пределов расходом компонентов (варианты 4, 5, табл. 1) ухудшаются качество металла, снижаются значения механических свойств стали, возрастают расходы раскислителей и легирующих материалов, Применение вариантов 4,5 не обеспечивает формирование жидкоподt 705360

45-50

30-Э5

10.12

8-10

Таблица 1

Варианты составов шлакообразующей смеси для рвскисления кислой стали

Таблица 2

Влияние состава смеси на физические свойства кислого шлака, качество и механические свойства стали вижных шлаков с нижними значениями температуры плавления (табл. 2).

При использовании составов смеси по вариантам 6-9 (табл, 1) обьект не обладает упомянутыми свойствами, а поставленная цель не достигается (табл. 2).

Формула изобретения

Шлвкообразующая смесь для раскисления кислой стали. содержащая шамот, о тл и ч à ю щ в я с я тем, что. с целью повышения механических свойств стали и снижения ее себестоимости за счет уменьшения расхода раскислителей и легирующих материалов, ОН8 дополнительно содержит кварцевый

5 песок, графит и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.ь:

Шамот

Кварцевый песок

Графит

10 Алюминий

1705360

Продолжение абл. 2

Составитель Т.Морозова

Техред М.Моргентал Корректор М.Кучерявая

Редактор М.Келемеш

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Заказ 171 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5