Железо-кремний-алюминиевая лигатура

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к разработке комплексных сплавов для раскисления и легирования стали и чугуна. Лигатура содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: железо - 25-50; алюминий и кремний - 75-50, при этом соотношение алюминия и кремния находится в диапазоне от 1:1 до 3:2. Изобретение позволяет повысить коэффициент использования алюминия, что обеспечивает повышение экономической эффективности получения кремнистых марок стали. Заявленное соотношение алюминия и кремния является наиболее оптимальным для обеспечения получения качественных слитков за счет более глубокого раскисления стали алюминием и достаточного легирования стали кремнием.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к разработке комплексных сплавов для раскисления и легирования стали и чугуна.

Известен модификатор для чугуна, содержащий 23-25% Al, 5-7% Si, остальное - Fe. Обработка жидкого чугуна модификатором указанного состава позволяет повысить механические свойства чугуна [1].

Известен раскислитель - феросиликоалюминий, который используют для обработки кипящей стали [2]. Для обработки слитков кипящей стали в изложнице феросиликоалюминий в гранулированном виде через 0,5-1,5 мин после наполнения изложницы присаживают на зеркало слитка.

Наиболее близким аналогом изобретения является лигатура, содержащая 8-25% Al, 55-70% Si, остальное - Fe [3]. Получают лигатуру указанного состава следующим образом: в ковш загружают необходимое количество алюминия и легкоплавкого флюса, состоящего из криолита и извести в соотношении 4:1, а затем в ковш заливают ферросилиций. Флюсовая смесь и алюминий расплавляются за счет физического тепла расплава и тепла образования алюминидов железа. Во время выдержки в ковше под слоем шлака происходит выравнивание лигатуры по составу. Если лигатура содержит более 20% Al, слитковый алюминий предварительно расплавляют в ковше газовой горелкой под слоем флюса.

Предлагаемая железо-кремний-алюминиевая лигатура представляет собой трехкомпонентный сплав, который содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: железо - 25-50; алюминий и кремний (в сумме) - 75-50, при этом соотношение алюминия и кремния составляет от 1:1 до 3:2.

Задачами изобретения являются:

повышение качества слитков;

повышение коэффициента использования алюминия;

повышение экономической эффективности использования заявленной лигатуры.

Поставленные задачи достигаются в результате получения при реализации заявленной лигатуры следующих технических результатов:

более глубокой степени раскисления стали;

увеличения плотности сплава;

сокращения времени внепечной обработки за счет объединения операций раскисления алюминием и легирования кремнием.

Технические результаты достигаются тем, что заявленная лигатура содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: железо - 25-50; алюминий и кремний (в сумме) - 75-50, при этом соотношение алюминия и кремния составляет от 1:1 до 3:2.

Предлагаемое количество железа от 25 до 50 мас.% обусловливает получение сплава повышенной плотности для увеличения коэффициента использования алюминия. Обычный раскислитель - алюминий имеет плотность от 2,6 до 2,7 г/см³, поэтому значительная часть алюминия находится над поверхностью жидкой стали и окисляется кислородом воздуха. Так из 100 кг алюминия, используемого при раскислении, только 17-20 кг расходуется собственно для удаления растворенного в металле кислорода, остальные 80-83 кг сгорают на поверхности стали, взаимодействуя с кислородом атмосферы, что обусловлено малой плотностью алюминия по сравнению со сталью, так как эффективной частью раскислителя является только та, которая погружена в расплав.

Увеличение плотности лигатуры и приближение ее к плотности стали способствует большему заглублению лигатуры в расплав. Так, при увеличении содержания железа до 50 мас.% плотность лигатуры увеличивается до 5,0 г/см³, а процент усвоения алюминия увеличивается при этом в 3 раза. Поэтому для получения того же эффекта раскисления потребуется уже не 100 кг алюминия, а только 33 кг, входящего в состав лигатуры. Таким образом, содержание в заявленной лигатуре железа от 25 до 50 мас.% позволяет значительно повысить коэффициент использования алюминия.

Входящие в состав предлагаемой лигатуры алюминий и кремний, имеющиеся в сплаве-прототипе (3), в основном выполняют ту же функцию, что и в известном сплаве-прототипе. Однако соотношение алюминия и кремния в предлагаемом сплаве значительно отличается от сплава-прототипа.

Выбор граничных пределов содержания алюминия и кремния в предлагаемой лигатуре обусловлен оптимальной необходимой температурой его плавления, а также допустимыми нормами по кислороду и кремнию в стали.

Увеличение содержания алюминия в предлагаемой лигатуре, во-первых, повышает ее раскислительную способность, а во-вторых, снижает температуру ее плавления на двести градусов по сравнению со сплавом-прототипом, что облегчает применение предлагаемой лигатуры с технологической точки зрения. За счет повышенного содержания алюминия в заявленной лигатуре обеспечивается требуемое раскисление стали, а легирование - кремнием. Как показала практика, заявленное соотношение алюминия и кремния от 1:1 до 3:2 является наиболее оптимальным для получения качественных слитков за счет более глубокого раскисления стали алюминием и необходимого легирования стали кремнием. За счет объединения операций раскисления стали алюминием и легированием ее кремнием снижается время внепечной обработки стали, что обеспечивает повышение экономической эффективности применения заявленной лигатуры. Кроме того, предполагается, что стоимость заявленной лигатуры будет в полтора раза ниже традиционного, алюминиевого, раскислителя АВ 87.

Заявленную лигатуру получают в высокочастотной индукционной сталеплавильной печи из всех видов алюминиевых и алюмокремнистых отходов с массовой долей металлической части алюминия не менее 5% или в дуговой печи переменного тока любого типа из оксидов алюминия и кремния (бокситы, алуниты, нефелины, бедные алюминиевые шлаки и др.) с добавлением стального лома или железной окалины с содержанием оксида железа не менее 50 мас.%. Плавку шихты, состоящую из алюминиевых и алюмокремнистых отходов (или оксидов алюминия и кремния) и стального лома (или железной окалины), осуществляют в восстановительной среде углерода. Для получения в заявленной лигатуре необходимого количества кремния в шихту добавляют песок (SiO₂). Восстановительную среду создают добавлением углеродсодержащих материалов: уголь различных марок, антрацит, графитовый бой с содержанием углерода не менее 50 мас.%. Расчет шихты для плавки проводят из расчета содержания железа в сплаве от 25 до 50 мас.%. Расчет углеродсодержащего материала выполняют из расчета восстановления железа из оксида железа с учетом необходимого избытка по углероду. Восстановительная атмосфера плавки шихты позволяет снизить угар алюминия до 1-2%. Плотность лигатуры составляет от 3,0 до 5,0 г/см³. Примеси, которые могут быть в сплаве, не превышают значений, которые оговорены ГОСТ 295-98.

Пример получения заявленной лигатуры.

В качестве шихтовых материалов для производства 1000 кг железо-кремний-алюминиевой лигатуры с содержанием, мас.%: Fe - 50; Al - 30; Si - 20, использовали бедный алюминиевый шлак с содержанием Аl₂О₃ - 58%; SiO₂ - 9%; Fe₂O₃ - 8% в количестве 1000 кг; песок (SiO₂) с содержанием Fe ₂O₃ - 2% в количестве 330 кг; стальную стружку в количестве 440 кг; уголь марки Г с зольностью 17% и содержанием в золе Аl₂О₃ - 5%, SiO ₂ - 5% в количестве 520 кг с учетом 20% избытка.

Исходные шихтовые материалы в указанных количествах были смешанны и запрессованы на валковом прессе с удельным усилием прессования 1,5 т/см² без применения связующего. Объем одного брикета - 65 см³.

Плавку проводили в дуговой рудовосстановительной печи открытого типа. Брикеты засыпали и плавили в течении 1 ч 25 мин. Далее выдерживали 30 мин и сливали через нижнюю летку полученный сплав при температуре 1540°С в изложницы. Затем через нижнюю летку сливали шлак в шлаковню.

Применение железо-кремний-алюминиевой лигатуры заявленного состава позволяет значительно повысить коэффициент использования алюминия за счет увеличения плотности сплава. Заявленное количество алюминия и кремния - 75-50 мас.% и соотношение алюминия и кремния от 1:1 до 3:2 является наиболее оптимальным для обеспечения получения качественных слитков за счет более глубокого раскисления стали алюминием и достаточным легированием стали кремнием. При этом реализуется возможность объединения операций раскисления стали алюминием и легирование ее кремнием, что позволяет снизить время внепечной обработки стали, а тем самым обеспечить повышение экономической эффективности получения кремнистых марок стали.

Источники информации

1. А.с. СССР № 422787, С 22 с 35/00, приоритет от 04.04.1972 г.

2. А.с. СССР № 418530, С 21 с 35/00, приоритет от 08.11.1972 г.

3. А.с. СССР № 268659, С 22 с 35/00, приоритет от 28.11.1969 г.

Формула изобретения

Железо-кремний-алюминиевая лигатура, содержащая железо, кремний и алюминий, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Железо 25-50

Алюминий и кремний 75-50

при этом соотношение алюминия и кремния составляет от 1:1 до 3:2.