Глиноземистый материал для выплавки сталерафинировочного шлака

 

ОПИСАНИЕ 889718

И ЗОБРЕТЕ Н ИЯ

Союз Советскни

Соцнапнстнчесинх республик

Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)»я»«o 31,08.79 (21) 2811810/22-02 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 15.12.81. Бюллетень М 46 (51)NL. К.п.

С 21 С 5/54

3ееударствениый комитет

СССР ио делан изобретений и етирытий (53) УДК669. 18. .046.54(088.8) Дата опубликования описания 1 8 . 1 2 . 8 1 (72) Авторы изобретения

В.Г. Милюц, Г.Н. Камышев, Л.ф. Косой, С.И. Ябуров, О.А. Кузниченко, A.Ô. Ко

В.А. Новиков и Ф.Т; Мажарцев

Орско-Халиловский ордена Трудового Кр металлургический комбинат и Центральн

Красного Знамени научно-исследователь металлургии им. И.П. Бардина к ового черной (71) Заявители (54) ГЛИНОЗЕМИСТЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ

СТАЛЕРАФИНИРОВОЧНОГО ШЛАКА

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к шихтовым материалам для выплавки сталерафинировочных шлаков.

Раскисление низколегированной конструкционной стали различного назначения алюминием для придания нестареющих свойств связано с проблемой сохранения пластичности металла

° при температурах горячей пластической

10 деформации.

В металле, раскисленном алюминием, происходит выделение нитридов алюминия по границам зерен, вызывающее охрупчивание стали в области высоких

15 температур. Деформированный металл имеет плены, трещины, рванины и. т.п. дефекты. Частичное подавление процесса деформирования нитридов алюми" ния по границам зерен достигается вве" дением в сталь титана, который образует нитриды на стадиях кристаллизации. Большая часть азота связывается с титаном, нитриды которого частично удаляются из стали, а частично служат центрами кристаллизации. В результате границы зерен очищаются от нитридных включений, пластичност стали при горячей деформации повышается.

Однако при этом наряду с формированием дисперсной фазы нитридов титана образуются также и крупные нитриды титана, которые значительно снижают свойства стали.

При рафинировании стали синтетическим шлаком с добавкой в металл. титана и его сплавов происходит формирование крупных нитридов титана в основном за счет связывания с титаном азота, присутствующего в шлаке.

Более того, при обработке стали синтетическим шлаком, содержащим незначительное количество окислов титана (1-2Ф), даже без присадки в металл титана и его сплавов в стали обнаруживают крупные нитриды титана.

По-видимому, это объясняется формированием нитридов титана еще в жид ком сталерафинировочном шлаке и загрязнением стали готовыми крупными нитридами титана.

В связи с этим содержание окислов титана в синтетическом известково88

9,2

6,5

7,4

6,5

2,5 глиноземистом шлаке ограничивается

23, а в полупродукте, предназначенном для выплавки таких шлаков, — не более 34.

Кроме того, окислы титана снижают рафинирующую способность синтетического шлака. С одной стороны, это происходит вследствие снижения активности окиси кальция, а с другой - из-за вспенивания шлака при выплавке его в печи с углеродистой футеровкой частичное восстановление окислов титана углеродом).

Известен шихтовый материал для вы<. плавки синтетического шлака - шлак производства ферротитана, содержащий, вес.3:

Глинозем . 68-72

Окислы кальция и магния 8-12

Окислы титана 12-16

Случайные компоненты.и примеси 2-5

В качестве примесей в шлаке содержатся, 3: окислы железа до 3,5 и кремния до 2, а также незначительное количество соединений фосфора, серы, ванадия, хрома, марганца и др. (1) .

Недостаток этого материала состоит в том, что он способствует образованию известково-глиноземистого шлака, содержащего повышенное количество соединений титана. При выплавке в печи с углеродистой футеровкой шлак вспенивается, рафинирующая способность шлака снижается. Использование материала в шихте ограничивается 10-15 .

Наиболее близок к изобретению используемый в шихте для выплавки синтетического шлака отвальный шлак (2) алюмино-термического производства ферротитана, содержащий, вес.4:

Двуокись титана

Окись магния

Глинозем

Окись кальция

Двуокись кремния

Сопутствующие компоненты и примеси 1э3

Недостаток отвального шлака ферротитана состоит в том, что при его использовании формируются сталерафинировочные шлаки с повышенным содержа9718 нием соедин= ;-:èé титана и металл, обработанный этими шлаками„. загрязняется крупными н1 тридами титана. При выплавке в печи с углеродистой футеровкой происходит вспенивание шлака. Рафинирующая способность шлака снижается, а темп наплавки шлака (т.е. производительность шлакоплавильной печи) снижается. Технологичность металла при горячей деформации снижается, качество поверхности ухудшается, выход одной стали уменьшается.

Цель изобретения — снижение тем-. пературы плавления глиноземистого материала, уменьшение расхода электроэнергии при выплавке шлака, повышение производительности шлакоплавильного агрегата, снижение затрат на выплавку шлака и улучшение технологичности обработанной синтетическим шлаком стали при горячей пластической деформации.

Цель достигается тем, что в состав глиноземистого материала, содержащего глинозем, окись кальция, окись магния, окислы титана, дополнительно вводят окислы щелочных металлов при следующем соотношении компонентов, вес.3:

Глинозем . 60-80

Окись кальция 12-22 зо

Окись магния 1,5-5

Окислы титана 6-14

Окислы щелочных металлов 0,5-3,5

В плавленом глиноземистом материале, кроме основных компонентов, допускается наличие случайных элементов, Ф: окислов кремния до 3, хрома до 1, марганца и железа до 1 и других в количествах не изменяющихся свойств материала, выплавленного из него шлака и рафинированной стали. Суммарное количество случайных элементов и примесей не должно превышать 73.

Для получения материала используют расплавленный недовосстановленный или частично довосстановленный шлак алюминотермического производства ферротитана, s который добавляют окислы щелочных металлов. Расплав перемешиЮ вают и охлаждают.

Допускается добавка окислов щелочных металлов в шихту при довосстановлении ферротитановых шлаков.

Охлажденный материал подвергают

ss дроблению до размера кусков не крупнее 150 мм, обеспечивающих загрузку в шлакоплавильную печь бросковой или вибрационной машиной.

Содержание окислов алюминия, кальция., магния и титана в материале обусловлено составом используемого для его изготовления ферротитанового шлака °

Содержание компонентов шлака, в особенности окислов титана, связано с неэкономичностью дальнейшего извлечения из него титана.

Содержание окислов. щелочных металлов обусловлено при одинаковом составе шлака содержанием в нем окислов титана и нейтрализацией их ухудшающего влияния на свойства сталерафинировочного шлака и стали и экономичностью извлечения титана из шла ка при его довосстановлении.

В известково-глиноземистом шлаке окислы титана играют роль кислого компонента, связывающего часть окислов кальция в сложные комплексы и уменьшающие количество свободной окиси кальция. В связи с этим ухуд" шается десульфурирующая способность синтетического шлака.

С другой стороны, в процессе переплава шихты в восстановительной ать мосфере (в шлакоплавильной печй с углеродистой футеровкой подины и откосов) происходит восстановление двуокиси титана до низших окислов Т О и Т)0, а также до металлического титана.

Низшие окислы титана образуют крупные комплексы, ухудшающие жидкотекучесть шлака и снижающие их вязкость, а образующиеся газообразные продукты реакции углерода с окислами титана вспенивают шлак. В результате ухудшаются показатели работы печи: снижается интенсивность наплавки шлака, увеличивается расход электроэнергии.

Восстановление двуокиси титана до металлического титана сопровождается образованием крупных тугоплавких соединений карбонитрилов титана, загрязняющих обрабатываемую сталь.

Введение в шихтовый материал в процессе его выплавки окислов щелочных металлов позволяет в значительной ме" ре устранить эти недостатки, что обусловлено следующим. Введенные в расплавленный ферротитановый шлак окислы щелочных металлов при охлаждении образуют соединения типа гексатитанатов (Ие О ° 6TiOz) Затем при выплавке синтетического шлака соединения гексатитанатов щелочных металлов, имеющие относительно высокую термодинамичес889718 кую устойчивость и ограниченную раст воримость в известково-глиноземистом расплаве, длительное время существуют в расплаве в виде самостоятельных комплексов. В результате процессы восстановления двуокиси титана углеродом до низших окислов и металлического титана значительно замедляются, и рафинировочйые свойства шлаков не

>р ухудшаются. В значительной мере подавляется реакция вспенивания шлакового расплава, производительность печи повышается, энергетические затраты на выплавку рафинировочного шлака сокращаются.

Кроме того, при введении окислов щелочных металлов несколько снижается температура плавления глиноземистого материала.

При содержании окислов щелочных металлов в материале менее 0,53 рафинирующие свойства синтетических шлаков, полученных из этого материала, ухудшаются, сталь загрязняется крупными нитридами титана, технологичность металла при горячей деформации ухудшается.

Лри содержании окислов щелочных металлов в материале более 3,54 и введении их в шихту. алюминотермического довосстановления шлака ферротитана извлечение титана ухудшается, а . при введении в шлак ферротитана после довосстановления наблюдается значйтельный вынос их в атмосферу и ухуд3>,øeíèå санитарно-гигиенических условий на рабочих местах.

Особенность предложенного глиноземистого материала состоит в том, что он представляет собою сплавленный материал, в котором окислы титана связаны в сложные соединения с окислами щелочных металлов.

При последующем переплаве на известково-глиноземистый шлак эти соединения, по-видимому, длительное время не разрушаются и препятствуют обра зованию нитрида титана в синтетичес-. ком шлаке. Кроме того, шлак, выплав- пяемый с применением предложенного

50 материала, не пенится и обладает высокой рафинирующей способностью.

При выплавке синтетического шлака снижается расход электроэнергии на выплавку шлака, повышается производительность шлакоплавильной печи. Обра,ботанная синтетическим шлаком, полученным с использованием предложенного материала, сталь практически не

889718 имеет крупных нитридов титана, технологичность ее при горячей деформации увеличивается. Необходимость в раскислении металла. титаном отпадает.

Пример. Шлак производства ферротитана трех плавок подвергают довосстановлению с целью дополнительного извлечения титана и получения глиноземистого материала для выплавки синтетического сталерафинировочного шлака. После довосстановления в расплавленный шлак добавляют плавленую соду в количествах 10-50 и 100 кг на плавки 1,2 и 3 соответственно.

Шлаковый. расплав охлаждают, раздробляют до кусков размером не крупнее

100 мм, и полученный материал используют в качестве шихты для выплавки синтетического сталерафинировочного шлака.

В табл. 1 приведены составы предлагаемого глиноземистого материала (1-3), а также известный состав глиноземистого материала с повышенным содержанием окислов титана, но без добавки окислов щелочных металлов(4).

Глиноземистый материал с добавкой извести переплавляют в шлакоплавильной печи с углеродистой футеровкой для получения известково-глиноземистого сталерафинировочного шлака.

В табл. 2 приведены условия плавки шлака.

Как видно из табл. 2, применение предложенного глиноземистого материала способствует повышению темпа наплавки шлака, т.е. увеличению произ1 водительности печи, и снижению расхода электроэнергии.

В табл. 3 представлен состав синтетических шлаков, которыми обработана низколегированная трубная сталь, выплавленная в 400-тонных мартеновских печах.

При исходном содержании серы 0,0290,032Ф и расходе шлака 34 в готовом металле содержится 0,009-0,0104 серы. Степень десульфурации шлаками (1-3), выполненными на предложенном глиноземистом материале, и шлаком (4), выплавленном на известном материале практически одинакова и нахоУ дится на уровне 68-721. Металл плавки (4) дополнительно раскислен ферротитаном 0,2 кг/т (по титану).

Сталь разливают в слитки и прокатывают на лист толщиной 12 мм. Металл плавок (1-3) имеет меньше дефектов на поверхности лис а по сравнению с плавкой (4).

Отсортировка металла в пониженные сорта на плавках 1, 2, 3 и 4 составляет 5,8; 6,1; 5,6 и 7,93 соответственно, т.е. на плавках, обработанных синтетическим шлаком, полученным из предложенного материала, выход первосортной продукции выше на 1,8-2,3ф.

10 Зкономический эффект за счет сокращения расхода титана для раскисления стали составляет 0,2 р на 1 т слитков, а при производстве 500 тыс.т. слитков (что соответствует примерно

15 300 тыс.т. листового проката) 0,2 х

< 500 = 100 тыс. руб.

Экономический эффект за счет повышения технологичности стали и увеличения выхода металла первого сорта

io при разнице в отпускных ценах 30 р/т составляет 0,02х30 = 0,6 р. на 1 т. проката, а при годовом производстве листового проката 300 тыс. т

180 тыс. руб.

25 Увеличение пластичности стали при прокатке объясняется тем, что при обработке стали синтетическим шлаком, полученным с использованием предложенного глиноземистого материала, в стали формируются включения нитридов титана более мелких размеров и в меньшем количестве. Размер включений нитридов титана в плавках (1-3) не превышает 5 мкм, в то время как в плавке (4) наблюдаются нитриды титана раз35 мером 10-15 мкм. Объемный процент нитридов титана в плавке 1, 2, 3 и 4 составит 0,0013; 0,0008; 0,0005 и

0,0024 ", соответственно.

Кроме того, экономический эффект может быть получен за счет сокращения расхода электроэнергии, увеличения производительности шлакоплавильной печи и увеличения количества стали, обработанной синтетическим шла4S ком.

Таким образом, предложенный глиноземистый материал позволяет повысить технико-зкономические показатели

Ж при выплавке синтетического шлака: снизить расход электроэнергии на 10301, увеличить производительность шлакоплавильной печи на 0,1-2,5 т/ч, повысить технологичность металла при

55 горячей пластической деформации.

Следует отметить, что введение окислов щелочных металлов в синтетический шлак пги его выплавке не обес9 8897 печивает снижения в стали включений нитридов титана.

Изобретение просто в осуществлении. Для его внедрения не требуется капитальных затрат. Глиноземистый ма18 10 териал может быть получен на ферросплавных заводах и использован на предприятиях, имеющих оборудование для выплавки сталерафинировочных син)тетических шлаков.

Таблица 1

Содержание в составах

Компоненты

4 (известный) 17,8

12

60

72,2

7,8

Окислы магния

2,2

2,5

1,5

Окислы щелочных металлов

3,5

0,5 2,5

100

100

100

100

Всего:

"Таблица 2

Расход материалов на 1 т выплавленного синтетического шлака мер плавки

Глиноземистого материала

Извести шлака, кВт ° ч/т

5,4 1750

6,2 1720

7 5 1620

1770

0 50

0 55

0,60

0,55 ь

Таблица 3

Состав синтетического шлака, Ф

Номер плавки стали

Всего .

Глинозем Окись кальция

Окись Прочие натрия

Окись Окислы магния титана

40 55,5 0,7 3 0 3 0,5

38 53 2 2 3 4 2 1 4 0 9

36 50 115 8,4 2,1 2

38,5 55,2 1,2 4 Следы 1,1

100

100

100

100

Окись кальция

Окись алюминия

Окислы титана

0,59

0,55

0,48

0,55

15,5

69

Расход электроэнергии на выплавку

1 т синтетического

2694

2288

3307

Темп наплавки шлака, т/ч

Температура плавления, Ос

I I формула изобретения

889718 12 следующем соотношении компонентов, вес. 3:

Окись кальция 12-20

Глинозем 60-80

Окислы титана 6-14

Окись магния 1,5-5,0 . Окислы щелочных металлов 0,5-3,5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Воинов С.Г. Рафинирование стали синтетическими шлаками, И., "Металлургия", 1970, с. 133.

2. Там же, с. 177.

Глиноземистый материал для выплавки сталерафинировочного шлака, включающий окись кальция, глинозем, окись магния, окислы титана, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения температуры плавления материала, уМеньшения энергетических затрат, повышения производительности шлакоплавильного агрегата, улучшения технологичности стали при горячей пластической деформации, он дополнительно содержит окислы щелочных металлов при

Тираж 62 I Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий I13035, Москва, 8-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 10900/45 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель И. Чепикова

Редактор И. Иитровка Техред О.Легеза Корректор M. Шароши