способ обработки стали

Формула изобретения

1. Способ обработки жидкой стали алюминием, включающий предварительное получение раскислителя из алюминия и сплава на основе железа, ввод его в печь или в ковш с расплавом и растворение в нем, отличающийся тем, что раскислитель получают в виде композита с алюминием в качестве легкоплавкого матричного компонента и частицами сплава на основе железа в качестве тугоплавкого армирующего компонента, а растворение композитного раскислителя в жидкой стали начинают при отношении их плотностей не менее 0,5, продолжают при непрерывном его повышении до 1,0-1,1 и заканчивают при 0,9-1,0, причем растворение алюминия начинается и завершается раньше растворения сплава на основе железа, а в процессе растворения алюминия композитный раскислитель диспергирует на отдельные фрагменты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что композитный раскислитель получают со стальными или/и чугунными частицами в качестве тугоплавкого армирующего компонента из сплава на основе железа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам раскисления и легирования стали алюминием.

Известен способ обработки жидкой стали алюминием в ковше путем погружения брусков алюминия в глубину расплава [1]. Достоинством способа является легкоплавкость и дешевизна используемого раскислителя. Недостаток способа - необходимость принудительного погружения алюминия в расплав в связи с его низкой плотностью и обеспечения вращательно-колебательного движения для улучшения его усвоения. Кроме того, расплавление алюминия происходит внутри оболочки из намороженной твердой корки стали, а растворение начинается после расплавления твердой корки. При этом расплавленный алюминий образует большие капли, которые быстро всплывают, имеют малую удельную поверхность взаимодействия с расплавом и потому плохо усваиваются жидкой сталью. Дополнительно к этому большие капли расплавленного алюминия становятся центрами локализации процесса растворения алюминия и соответственно процесса раскисления, что не способствует равномерному распределению алюминия в расплаве и достижению однородной раскисленности всего объема обрабатываемой жидкой стали.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ обработки жидкой стали алюминием, включающий предварительное приготовление раскислителя из алюминия и стали путем их сплавления в ферроалюминий, ввод полученного сплава в печь или ковш и последующее растворение в жидкой стали [2]. Высокая плотность ферроалюминия, которая больше, чем у шлака, но близка к плотности жидкой стали, препятствует всплыванию его в шлак и обеспечивает повышение степени усвоения алюминия. Однако высокая температура плавления используемого ферроалюминия (свыше 1400^oС) и наличие в нем интерметаллидов Fe₃Al и FeAl, растворение которых протекает с поглощением тепла, не способствует быстрому его растворению и достижению высокой степени усвоения алюминия.

Задачей изобретения является синтез нового способа обработки жидкой стали алюминием, в котором сочетаются достоинства указанных выше способов при минимизации их недостатков и обеспечивается высокая эффективность усвоения алюминия.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе обработки стали, включающем предварительное получение раскислителя из алюминия и сплава на основе железа, ввод его в печь или ковш и растворение в жидкой стали, раскислитель получают в виде композита с алюминием в качестве легкоплавкого матричного компонента и частицами сплава на основе железа в качестве тугоплавкого армирующего компонента, а растворение композитного раскислителя в жидкой стали начинают при отношении их плотностей не менее 0,5, продолжают при непрерывном его увеличении до 1,0-1,1 и заканчивают при 0,95-1,0. При этом композитный раскислитель получают со стальными или/и чугунными частицами в качестве тугоплавкого армирующего компонента из сплава на основе железа.

Получение раскислителя в виде композита с алюминием в качестве матричного компонента обеспечивает сохранение алюминия в исходном легкоплавком состоянии и равномерное распределение его по всему объему композитного раскислителя. А получение его с частицами сплава на основе железа в качестве тугоплавкого армирующего компонента обеспечивает необходимое утяжеление раскислителя, повышение его плотности без изменения физического состояния алюминия в раскислителе.

При относительной плотности композитного раскислителя не менее 0,5 от плотности жидкой стали он не всплывает в шлак, а вовлекается в циркуляционный поток расплава при его перемешивании. Ввиду большой разницы температур плавления матричного и армирующего компонентов композитного раскислителя сначала в жидкой стали растворяется только алюминий. По мере растворения алюминия плотность композитного раскислителя возрастает и приближается к плотности жидкой стали, затем становится равной и даже больше нее. Последнее имеет место к моменту завершения растворения алюминия, когда плотность остатка от исходного раскислителя становится равной плотности армирующего компонента, т.е. плотности частиц твердой стали или твердого чугуна. При этом отношение их плотностей к плотности жидкой стали равно 1,0 и 1,1 соответственно для случаев обработки расплава композитным раскислителем с чугунным и стальным армирующим компонентом. После расплавления армирующего компонента и до его полного ассимилирования в жидкой стали эти отношения снижаются соответственно до 0,9 и 1,0. Повышение плотности композитного раскислителя в процессе его растворения в жидкой стали способствует более глубокому погружению в расплав и более полному усвоению алюминия. Кроме того, при обработке жидкой стали композитным раскислителем в расплаве не формируются большие капли раскислителя и соответственно центры раскисления. После расплавления алюминия фрагменты (куски) композитного раскислителя диспергируют на более мелкие фрагменты, которые быстро рассредоточиваются по всему объему расплава. При этом жидкий алюминий удерживается на поверхности частиц армирующего компонента, не всплывая к границе раздела металл-шлак, а мигрируя вместе с армирующими частицами под действием конвективных потоков и обеспечивая равномерное распределение алюминия в расплаве.

Пример выполнения способа

Композитный раскислитель получают из чушкового алюминия и частиц армирующего компонента из чугуна и стали. В индукционной печи расплавляют алюминий и в полученный расплав замешивают частицы армирующего компонента, тщательно перемешивают и разливают в изложницы. Раскислитель по прототипу (ферроалюминий) получают смешением жидкой стали с жидким алюминием в ковше и также разливают в изложницы.

Раскисляемую сталь 20 выплавляют в 6-т дуговой электропечи и выпускают в ковш при 1600^oС. После наполнения ковша расплавом на 1/5-1/4 высоты в него забрасывают куски композитного раскислителя или ферроалюминия из расчета введения в расплав 0,10% алюминия. Варианты способа обработки жидкой стали композитным раскислителем (варианты 1-5) и ферроалюминием (вариант 6) приведены в таблице.

При обработке жидкой стали композитным раскислителем куски его увлекаются падающей струей и замешиваются в расплав. При этом они сразу же покрываются коркой затвердевшей стали. Под этой коркой композитный раскислителъ сначала прогревается, затем алюминий расплавляется, но частицы армирующего компонента остаются в твердом состоянии. После расплавления твердой корки начинается растворение алюминия. К этому моменту относительная плотность композитного раскислителя с начальных значений 0,55-0,75 снижается вследствие расплавления алюминия до 0,50-0,70. По мере растворения она повышается до 1,0-1,1 и затем к моменту полного расплавления частиц армирующего компонента вновь снижается до 0,9-1,0. Процесс растворения алюминия сопровождается диспергированием крупных фрагментов композитного раскислителя на более мелкие фрагменты и рассредоточением их по всему объему расплава в ковше. Такая динамика изменения плотности обеспечивает длительное блуждание мелких фрагменов композитного раскислителя в объеме жидкой стали до момента полной ассимиляции в ней.

При обработке стали по прототипу при такой же начальной относительной плотности раскислителя (0,76) растворение алюминия начинается при относительной его плотности 0,66, продолжается при постепенном ее понижении и заканчивается при относительной плотности 0,63. При этом растворение алюминия происходит одновременно с растворением железа, причем протекает с поглощением тепла и заторможенно из-за связанности алюминия в интерметаллиды и относительно высокой температуры плавления. Кроме того, из каждого куска ферроалюминия формируется отдельная капля раскислителя, поэтому процесс раскисления жидкой стали по прототипу локализуется в местах миграции этих капель, затрудняя быстрое и равномерное распределение раскислителя по объему расплава.

Сравнительное сопоставление данных показывает, что при обработке жидкой стали по заявленному способу сначала растворяется алюминий, а затем железосодержащая часть композита. При обработке жидкой стали по прототипу все компоненты раскислителя растворяются вместе. Поэтому растворение алюминия из композитного раскислителя завершается раньше, чем из ферроалюминия. Кроме того, в первом случае процесс растворения алюминия в жидкой стали сопровождается диспергированием композитного раскислителя на фрагменты и измельчением и рассредоточением центров раскисления. Поэтому степень локализации центров раскисления в этом случае мало зависит от начальных размеров кусков раскислителя. Во втором случае степень локализации центров раскисления целиком зависит от начальных размеров кусков раскислителя. Наконец при обработке жидкой стали композитным раскислителем растворение алюминия сопровождается существенным (в 1,5-2 раза) увеличением плотности раскислителя. При обработке жидкой стали по прототипу при одинаковой начальной плотности раскислителя растворение алюминия сопровождается незначительным ее снижением. Поэтому при обработке жидкой стали по заявленному способу раскислитель лучше замешивается в расплаве и алюминий быстрее и полнее усваивается, равномернее распределяется.

Таким образом, применение изобретения обеспечивает повышение эффективности обработки жидкой стали алюминием за счет более быстрого растворения алюминия, лучшего его усвоения и равномерного распределения.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР 1025731, С 21 С 7/00, 1983.

2.Мчедлишвили В.А. Термодинамика и кинетика раскисления стали. - М.: Металлургия, 1978, с.204-205.