раскислитель

Формула изобретения

1. Раскислитель, содержащий алюминий и сплав на основе железа, отличающийся тем, что он выполнен в виде композита, в котором алюминий содержится в качестве легкоплавкого матричного компонента, а сплав на основе железа - в качестве тугоплавкого армирующего компонента при отношении массовых долей матричного и армирующего компонентов в пределах 25/75~ 50/50.

2. Раскислитель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве тугоплавкого армирующего компонента используют сталь и/или чугун в виде частиц размером 0,5-10,0 мм.

3. Раскислитель по п. 2, отличающийся тем, что в качестве частиц тугоплавкого армирующего компонента используют стальную и/или чугунную дробь.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству ферросплавов и лигатур для раскисления и легирования сталей.

Известен раскислитель в виде ферроалюминия - сплава на основе железа, содержащего до 30% алюминия [1]. Достоинством ферроалюминия является его высокая плотность, которая приближается к плотности жидкой стали и заметно выше, чем у шлака. Это предупреждает всплывание раскислителя в шлак и способствует более полному усвоению алюминия. Однако ферроалюминий имеет относительно высокую температуру плавления. Кроме того, алюминий в нем присутствует частично или полностью в виде алюминидов железа Fe₃Аl и FeAl, растворение которых протекает с поглощением тепла. Это отрицательно влияет на процесс усвоения алюминия, снижая скорость растворения раскислителя и удлиняя продолжительность равномерного распределения его в объеме жидкой стали.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является алюминесодержащий раскислитель в виде трехслойного блока - комбинированной отливки с алюминиевым ядром, промежуточной стальной обечайкой и чугунной оболочкой при соотношении алюминия к массе железосодержащей (стальной и чугунной) составляющей как 1/13-1/9 (7-9%) [2]. Достоинством данного раскислителя является содержание в нем алюминия в исходном легкоплавком состоянии. Кроме того, утяжеление алюминия чугуном и сталью предупреждает всплывание раскислителя в шлак, способствует лучшему его усвоению в расплаве и обеспечивает более стабильное раскисление стали. Недостатком прототипа является нерациональное строение раскислителя, обусловленное тем, что весь алюминий размещен внутри стальной обечайки и чугунной оболочки. Вследствие этого при обработке жидкой стали таким раскислителем растворение алюминия происходит только после проплавления чугунной оболочки и стальной обечайки. Это значительно удлиняет процесс усвоения алюминия жидкой сталью. Другим недостатком прототипа является формирование из алюминиевого ядра больших капель жидкого алюминия. При этом процесс растворения алюминия в жидкой стали локализуется в местах нахождения указанных капель. Такая локализация не способствует быстрому распределению алюминия в объеме расплава и достижению однородности его раскисленности.

Задачей изобретения является оптимизация строения и состава алюминесодержащего раскислителя.

Указанная задача решается тем, что раскислитель, содержащий алюминий и сплав на основе железа, выполнен в виде композита, в котором алюминий содержится в виде легкоплавкого матричного компонента, а сплав на основе железа - в качестве тугоплавкого армирующего компонента при соотношении массовых долей матричного и армирующего компонентов 25/75~50/50. При этом в качестве тугоплавкого армирующего компонента из сплава на основе железа раскислитель содержит сталь или/и чугун в виде частиц размером 0,5 ~ 10,0 мм. В частности, в качестве таких частиц раскислитель содержит стальную или/и чугунную дробь.

Получение раскислителя в виде композита обеспечивает равномерное распределение алюминия в объеме раскислителя и сохранение при этом алюминия в его исходном легкоплавком состоянии. Вследствие этого растворение алюминия в жидкой стали начинается сразу по расплавлении намороженной твердой корки стали на поверхности раскислителя и заканчивается до полного расплавления и растворения армирующего компонента. То есть в композитном раскислителе, в отличие от прототипа, сначала растворяется алюминий, а железосодержащий компонент расплавляется и растворяется в жидкой стали после растворения алюминия. Кроме того, равномерное распределение алюминия в объеме композитного раскислителя исключает формирование большой капли жидкого алюминия как в прототипе. После расплавления намороженной твердой корки стали фрагмент композитного раскислителя с твердыми частицами армирующего компонента и жидкой алюминиевой матрицей диспергирует в расплаве под воздействием его конвекционных потоков на более мелкие фрагменты. Поэтому точки растворения алюминия рассредоточиваются равномерно по объему расплава. Это обеспечивает быстрое и качественное усвоение алюминия жидкой сталью. Таким образом, выполнение раскислителя в виде композита способствует быстрому растворению алюминия в расплаве, лучшему его усвоению и равномерному распределению в объеме жидкой стали.

Использование в качестве матричного компонента алюминия обусловлено тем, что он является основным раскислителем для большинства марок сталей. При этом алюминий легкоплавок и хорошо совмещается со сплавами на основе железа. Кроме того, получение композита с алюминиевой матрицей требует минимальных энергозатрат.

Использование в качестве армирующего компонента сплава или сплавов на основе железа обусловлено тем, что последние обеспечивают необходимое утяжеление раскислителя. При этом они содержат такие же базовые элементы как и раскисляемые стали и потому практически не приводят к существенному изменению их химического состава.

Соотношение массовых долей матричного и армирующего компонентов в пределах 25/75~50/50 обусловлено необходимостью обеспечения в раскислителе сочетания повышенного содержания алюминия с высокой плотностью. При заявленных пределах содержания компонентов плотность раскислителя (4000-5300 кг/м³) заметно превышает плотность шлака. Поэтому фрагменты композитного раскислителя не пересекают границу раздела сталь - шлак и не запутываются в шлаке, а вовлекаются в циркуляционный поток жидкой стали. Этому способствует и то, что ввиду первоочередного растворения алюминия плотность композитного раскислителя в процессе его усвоения возрастает, постепенно приближаясь к плотности жидкой стали. При отношении массовых долей компонентов ниже 25/75 сильно снижается содержание алюминия в раскислителе при одновременном увеличении содержания железосодержащего компонента. При этом возрастают потери теплоты жидкой стали на расплавление железосодержащего компонента. Кроме того, ухудшаются технологические свойства композита, катастрофически падает его текучесть и получение композитного раскислителя становится затруднительным. А при значениях рассматриваемого отношения свыше 50/50 плотность композитного раскислителя снижается и становится близкой к плотности шлака (2800-3200 кг/м³). При этом увеличивается его ошлакование, а усвоение алюминия ухудшается.

Регламентация размеров частиц армирующего компонента в пределах 0,5 ~ 10,0 мм обусловлено тем, что при меньших размерах усиливается окисленность частиц, а при больших размерах больше времени требуется на их расплавление и последующее растворение в жидкой стали.

Композитный раскислитель получают методом жидкофазного совмещения. В качестве армирующего компонента используют стальную или/и чугунную дробь (ГОСТ 11964-81), стальную высечку, стальную или/и чугунную стружку. В качестве матричного компонента используют алюминий первичный марки А0 (ГОСТ 11069-74) или алюминий вторичный марки АВ92 (ГОСТ 295-73). Сначала в индукционной печи расплавляют алюминий. В полученный расплав после рафинирования хлористым марганцем порциями замешивают расчетное количество частиц армирующего компонента. В результате получают гетерогенный суспензированный расплав. Его разливают в изложницы и получают композитный раскислитель в виде чушек. Он состоит из алюминиевой матрицы и хаотично, но равномерно размещенных в ней частиц армирующего компонента.

В таблице приведены составы и характеристики заявленного композитного и известного комбинированного раскислителей.

Заявленный раскислитель (составы 1~9), благодаря композитному строению имеет благоприятное равномерно-рассредоточенное распределение алюминия по всему объему раскислителя. В то же время известный раскислитель (по прототипу) имеет локально-сосредоточенное распределение алюминия (состав 10). Кроме того, композитный раскислитель имеет и более благоприятную последовательность растворения компонентов в сравнении с прототипом.

Компонентный состав композитного раскислителя обеспечивает сочетание высокого содержания алюминия при уровнях плотности, исключающей всплывание раскислителя в шлак, и технологической текучести, достаточной для приготовления раскислителя. Заявленная размерная характеристика частиц армирующего компонента обеспечивает умеренное окисление частиц и достаточно хорошее замешивание их в жидком алюминии и относительно быстрое растворение в жидкой стали.

В лабораторных условиях сравнивали эффективность раскисления жидкой стали 20 композитным (состав 5) и комбинированным (состав 10) раскислителями. Сталь выплавляли в индукционной печи, раскисляли в печи марганцем и кремнием, а на выпуске из печи в ковш в расплав присаживали композитный или комбинированный раскислители из расчета введения 0,1% алюминия. При раскислении стали заявленным композитным раскислителем содержание кислорода в ней составляет 0,005-0,006%. При этом остаточное содержание алюминия составляет 0,020-0,025%. В той же стали, раскисленной эквивалентным количеством известного комбинированного раскислителя (по прототипу), содержание кислорода составляет 0,007-0,008%, а остаточное содержание алюминия - 0,015-0,017%.

Применение предложенного композитного раскислителя обеспечивает увеличение усвояемости алюминия в жидкой стали на 20-40% и улучшение качества стали за счет повышения стабильности процесса раскисления.

Источники информации

1. Гасик Л.Н., Игнатьев В.С., Гасик М.И. Структура и качество промышленных ферросплавов и лигатур. Киев: Техника. 1975. Стр.64-65.

2. Известия вузов. Черная металлургия. 1999. 3. Стр.28-29 (Анашкин Н.С. и др. Технология микролегирования рельсовой стали алюминием в мартеновских печах).