Патент на изобретение №2310006

(54) ФЕРРОАЛЮМИНИЙ ДЛЯ РАСКИСЛЕНИЯ СТАЛИ В ВИДЕ КУСКОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для получения ферроалюминия для раскисления стали в виде кусков размером 40-80 мм и плотностью 5,0-7,0 г/см³. Сплав содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: алюминий 28-32, кремний 0,5-5,0, марганец 5, 01-8,0, углерод 0,1-0,9, медь 0,2-2,0, фосфор 0,02-0,1, сера 0,02-0,1, железо – остальное. Изобретение позволяет улучшить служебные характеристики сплава, а именно плотность, дробимость и механическую прочность в течение длительного времени с максимальным усвоением элементов за счет оптимального состава. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для получения ферроалюминия для раскисления стали в виде кусков размером 40-80 мм и плотностью 5.0-7.0 г/см³.

Известны сплавы ФА10-ФА23 для раскисления и легирования стали (ЧМТУ 5-37-71. М.И.Гасик, Б.И.Емлин. Электрометаллургия ферросплавов. Киев: Высшая школа, 1983 – 376 с.), содержащие, мас.%:

Основным недостатком этих сплавов является низкое содержание алюминия, что сокращает область их применения и затрудняет процесс производства, а также ограничение по содержанию кремния, которое не позволяет использовать многочисленные дешевые шихтовые материалы, применяемые при выплавке алюминиевых сплавов.

Основным недостатком этих сплавов являются широкие пределы содержания алюминия, что не оправдано как с позиций получения, так и с позиций хранения и транспортировки получаемых сплавов. С другой стороны, широкие пределы по содержанию кремния и особенно высокое содержание кремния (до 20%), удорожает получение указанного сплава (невозможно получить сплав указанного состава без дополнительного введения ферросплавов типа ферросилиций) и ограничивает область его применения (невозможно применение при получении безкремнистых марок стали).

Техническим результатом заявляемого изобретения является улучшение служебных характеристик получаемого сплава (плотности, дробимости и механической прочности в течение длительного времени) с максимальным усвоением элементов за счет оптимального состава ферроалюминия, полученного в виде кусков размером 40-80 мм и плотностью 5.0-7.0 г/см³.

Указанный технический результат достигается тем, что ферроалюминий для раскисления стали в виде кусков размером 40-80 мм и плотностью 5,0-7,0 г/см³, содержащий алюминий, кремний, марганец, углерод, медь, фосфор, серу и железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Предлагаемый комплексный сплав отличается оптимальными пределами содержания алюминия. Во-первых, заявляемые пределы содержания алюминия определяют оптимальную плотность сплава, которая рекомендована в пределах 5,0-7,0 г/см³, обеспечивая погружение и витание сплава в жидкой стали с максимальным усвоением элементов; во-вторых, сплав, содержащий менее 28% алюминия, будет иметь повышенную механическую прочность, что затрудняет получение кусков в пределах 40-80 мм, что требуется для эффективного проведения процесса раскисления; в-третьих, сплав, содержащий более 32% алюминия, будет обладать повышенной склонностью к саморассыпанию, что затрудняет его траспортировку и использование для обработки стали.

Содержание в сплаве менее 0,5% кремния невозможно, так как в процессе плавки он переходит в сплав как из восстанавливаемого сырья, так и из металлодобавок. Концентрация кремния в сплаве до 5% практически не сказывается на физических свойствах сплава и процессе раскисления стали, а в случае повышения содержания кремния выше 5% наблюдается уменьшение плотности сплава ниже рекомендованного предела 5,0 г/см³, т.е. снижаются служебные характеристики получаемого сплава. Кроме того, более высокое содержание кремния в сплаве (более 5,0%) значительно усложняет технологию получения и повышает стоимость сплава за счет увеличения затрат на сырье (в этом случае обязательно необходимо использовать в шихте кремнистые ферросплавы типа ферросилиция).

Содержание в сплаве марганца в интервале 5,01-8,0% улучшает служебные характеристики получаемого сплава. Указанное содержание марганца получают за счет использования марганецсодержащего стального лома, что обеспечивает механическую прочность получаемого сплава в течение длительного времени, что не достигалось в прототипе.

Содержание в сплаве углерода от 0,1 до 0,9% зависит от его концентрации в исходных рудах, металлодобавках, восстановителях и степени перехода в сплав. Нижний и верхний пределы содержания этого элемента связаны с видом шихтовых материалов и не требуют дополнительного ввода материалов. При этом углерод в заявляемых пределах либо не влияет на процесс раскисления и свойства стали, либо оказывает положительное воздействие на процесс раскисления и удаление продуктов раскисления. Содержание углерода более 0,9% потребует дополнительных затрат на получение ферроалюминия, а еще более высокое содержание углерода может вызвать нежелательное увеличение его содержания в стали.

Наличие в стали серы и фосфора неизбежны в связи с их присутствием в любой руде и стальном ломе, а меди – в алюминийсодержащем ломе, применяемом при получении ферроалюминия методом сплавления. Нижний предел содержания меди (0,2%), серы и фосфора (0,02%) обусловлен содержанием этих элементов в сырье и степенью их перехода в сплав, а верхний предел ограничен вредным воздействием этих элементов на сталь и допустимыми их концентрациями по техническим условиям. При содержании серы, фосфора и меди в сплаве выше верхнего предела они внесут в сталь (при максимальном расходе сплава 1,5 кг/т) этих элементов соответственно 0,00015; 0,00015 и 0,003%, что не может не отразиться на ее составе и качестве.

Применение ферроалюминия для раскисления стали позволяет упростить ввод алюминия в жидкую сталь, снизить затраты на раскисление за счет увеличения полезного использования алюминия (кремния) до 60-90% при обычном вводе сплава из бункеров в ковш. Однако несоблюдение при получении ферроалюминия рекомендуемых пределов содержания алюминия и кремния, приводит к ухудшению служебных характеристик получаемого сплава и, как следствие, к нестабильным результатам при раскислении стали. Таким образом, использование для раскисления стали ферроалюминия, содержащего основные компоненты в заявляемых пределах, позволит стабилизировать результаты раскисления.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

На ОАО «Курганмашзавод» проведены три компании по выплавке заявляемого сплава из металлоотходов стали и алюминия в индукционной печи ИЧТ-2,0.

В качестве стального лома применялась обрезь фасонного литья из стали марки Ст3 (со средним содержанием, %: 0,2 С; 0,6 Mn; 0,27 Si, до 0,04 Р и до 0,05 S) и стали марки 110Г13Л (со средним содержанием, %: 1,1 С; 13 Mn; 0,27 Si, до 0,04 Р и до 0,05 S). Алюминий использовали в виде брикетов и стружки, содержащих, %: не ниже 85 Al; 0,5 Mn; 1,5-8,0 Si.

Перемешанную металлошихту загружали в индукционную печь до полного заполнения и далее порциями по мере ее проплавления. Плавление велось под шлаком, образующимся в результате окисления примесей. Разливку металла производили из ковша в чугунные изложницы для получения равных по весу слитков. Температура металла на выпуске составляла 1320-1350°С.

Всего было проведено 20 опытных плавок.

Состав полученного металла находился в следующих пределах, %: 22,7-34,8 Al; 0,5-5,2 Si; 0,5-8,1 Mn; 0,03-0,08 С; содержание меди не превышало 0,2.

В таблице приведено несколько составов полученных сплавов (номера 1-9) и для сравнения составы сплавов по прототипу.

В условиях литейного цеха ОАО «Курганмашзавод» были выполнены опытные плавки стали Ст40 с раскислением ее сплавами, приведенными в таблице. Сталь выплавляли в печах ДСВ-6 и на выпуске в ковш на струю металла вводили ферроалюминий различного состава из расчета получения в стали содержания остаточного алюминия не ниже 0,02%. Результаты по технологическим свойствам ферроалюминия и полезному использованию алюминия приведены в таблице.

Результаты оценки технологических свойств показали, что содержание алюминия в сплаве должно быть в пределах 28-32%, кремния от 0,5 до 5%, а марганца 0,5-8,0%. Сплавы, содержащие алюминий ниже указанных пределов, обладали повышенной плотностью и твердостью, что затрудняло их применение в качестве раскислителя и не позволяло получать стабильные результаты. Сплавы, содержащие алюминий выше указанных пределов, хотя и отвечали требованиям по плотности и температуре плавления, однако были подвержены саморассыпанию.

Опыты по раскислению стали показали, что у сплава, содержащего ведущие элементы в соотвествии с прототипом более низкие технологические показатели и соответственно полезное использование алюминия. Наиболее пригоден для обработки стали сплав, содержащий компоненты в пределах, заявляемых о данном изобретении.

Практические результаты показали принципиальную возможность получения ферроалюминия с содержанием алюминия в среднем 30% из металлоотходов в индукционной печи, возможность его использования для эффективного раскисления стали при повышенном коэффициенте полезного использования алюминия и кремния предлагаемого сплава.

Формула изобретения

Ферроалюминий для раскисления стали в виде кусков размером 40-80 мм и плотностью 5,0-7,0 г/см³, содержащий алюминий, кремний, марганец, углерод, медь, фосфор, серу и железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%: