способ рафинирования флюса

Формула изобретения

Способ рафинирования флюса, включающий загрузку флюса или механической смеси его составляющих в водоохлаждаемый кристаллизатор, расплавление флюса или его компонентов, отличающийся тем, что расплавление флюса проводят стальным электродом, причем при суммарном содержании в компонентах флюса или во флюсе фосфора 0,02-0,07 мас.% на 1 кг флюса сплавляют 0,8-1,0 кг электродного металла, а при содержании фосфора 0,071-0,13 мас.% - 1,1-1,3 кг металла электрода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к специальной электрометаллургии и может быть использовано в технологии производства флюсов на основе фторидов щелочно-земельных элементов, применяемых при электрошлаковом переплаве сталей и сплавов.

Известен способ выплавки флюсов на основе фтористых соединений щелочно-земельных элементов, включающий загрузку шихты и рафинирование ее в атмосфере фтористого водорода (а.с. СССР №529221, МПК С 21 С 5/54, 25.09.76.).

Недостатком известного способа выплавки флюсов является потребность в специальной флюсоплавильной печи и наличие в нем фосфора в пределах 0,02-0,03 мас.%, загрязняющего металл при ЭШП на 0,004-0,006 мас.%.

Наиболее близким к предлагаемому является способ выплавки флюса, включающий загрузку механической смеси компонентов флюса в водоохлаждаемый кристаллизатор электрошлаковой печи и расплавление его графитовым электродом (Технологические инструкции ЗМК-ЭШП "Электрошлаковый переплав стали и сплавов", г.Златоуст, 2001 г. с.13 п.2.4.5).

Недостатком известного способа выплавки флюса является наличие в нем фосфора до 0,13 мас.% и насыщение его углеродом из графитового электрода. При электрошлаковом переплаве сталей и сплавов по известному способу в нижней части наплавляемого слитка содержание фосфора возрастает на 0,004-0,012 мас.%, а содержание углерода - до 0,03 мас.% за счет перехода их из флюса.

Задачей изобретения является снижение во флюсе содержания фосфора и углерода и, как следствие, избежание увеличения содержания последних в металле ЭШП.

Поставленная задача решается путем загрузки механической смеси компонентов флюса или самого нерафинированного флюса в водоохлаждаемый кристаллизатор электрошлаковой печи и расплавление их стальным электродом. При суммарном содержании в компонентах флюса или во флюсе фосфора 0,02-0,07 мас.% на 1 кг флюса сплавляют 0,8-1,0 кг электродного металла, а при содержании фосфора 0,071-0,130 мас.% - 1,1-1,3 кг.

В рафинированном флюсе содержание фосфора должно быть менее 0,02 мас.%, в противном случае в процессе электрошлакового переплава качественной и высококачественной стали фосфор будет из шлака переходить в сталь.

При содержании фосфора в нерафинированном флюсе или в компонентах флюса 0,02-0,07 мас.%, для получения фосфора в рафинированном флюсе менее 0,02% необходимо на 1 кг флюса сплавить 0,8-1,0 кг металла электрода. При сплавлении менее 0,8 кг на 1 кг флюса степень дефосфорации недостаточна, а при сплавлении более 1 кг флюса степень дефосфорации не увеличивается, но увеличивается расход электроэнергии и стального электрода. При содержании фосфора в исходном флюсе или его компонентах 0,071-0,130 мас.%, для получения в рафинированном флюсе фосфора менее 0,02 мас.% необходимо на 1 кг флюса сплавить 1,1-1,3 кг стального электрода, при сплавлении менее 1,1 кг степень дефосфорации недостаточна, а при сплавлении более 1,3 кг степень дефосфорации не увеличивается, при этом экономически неоправданно возрастает расход электроэнергии и стального электрода.

На ОАО "Златоустовский металлургический завод" провели работу, в которой опытным путем было установлено, что кинетика процесса дефосфорации флюса описывается уравнением первого порядка с коэффициентом массопереноса, равным 0,0023 1/с. Коэффициент распределения фосфора между флюсом и металлом равен 0,95. На основании установленных зависимостей и был разработан предлагаемый способ.

Опробование проводили по рафинированию опытного флюса марки АНФ6. Смесь компонентов флюса - фтористый кальций (CaF₂) и глинозем (Al ₂O₃) загружали в медный водоохлаждаемый кристаллизатор электрошлаковой печи ОКБ 905. Расплавление флюса производили металлическим электродом из технического железа. После расплавления флюса сплавили часть электрода. Металл электрода, проходя через флюс, рафинирует его от фосфора. Содержание фосфора увеличивается с 0,008-0,011 мас.% в электроде до 0,03-0,13 мас.% в сплавленном металле. Переплавленную часть металла передавали в шихту. Флюс охлаждали, дробили и использовали для электрошлакового переплава.

Результаты опробования приведены в таблицах 1 и 2, из которых видно, что заявленные пределы массы сплавляемого стального электрода в зависимости от содержания фосфора в компонентах флюса позволяют получить содержание фосфора в рафинированном флюсе не более 0,02 мас.% (табл.1). ЭШП сталей и сплавов на рафинированном флюсе не приводит к повышению содержания Р и С в металле ЭШП относительно исходного металла (табл.2).

Таким образом, предлагаемая технология рафинирования флюса позволяет получать рафинированные флюсы с содержанием фосфора менее 0,02 мас.%, которые можно использовать при производстве качественных и высококачественных сталей и сплавов способом электрошлакового переплава. Для снижения себестоимости в качестве стальных электродов можно использовать технологические отходы с обжимных станов.

Таблица 1.
№п/п	Содержание фосфора, мас.%			Масса сплавленного электрода, кг	Масса флюса (кг)	Масса сплавляемого электрода на 1 кг флюса, кг
	в электроде	в компонентах флюса до рафинирования	в рафинированном флюсе
1	0,008	0,016	0,015	120	200	0,6
2	0,008	0,02	0,019	120	200	0,6
3	0,008	0,02	0,012	160	200	0,8
4	0,008	0,055	0,013	180	200	0,9
5	0,008	0,07	0,013	200	200	1
6	0,008	0,07	0,013	250	200	1,25
7	0,008	0,072	0,013	110	100	1,1
8	0,008	0,11	0,014	120	100	1,2
9	0,008	0,13	0,016	130	100	1,3
10	0,008	0,13	0,016	150	100	1,5
11	0,008	0,136	0,017	150	100	1,5

Таблица 2.
№п/п	Марка стали	Содержание фосфора в рафинированном флюсе, %	Содержание фосфора, мас.%		Содержание углерода, мас.%
			в электроде	в металле ЭШП	в электроде	в металле ЭШП
1	18×2нва-ш	0,008	0,007	0,006	0,16	0,16
2	12×н3а-ш	0,008	0,007	0,007	0,14	0,13
3	Эи835-ш	0,01	0,022	0,02	0,09	0,09
4	40×н2ма-ш	0,01	0,009	0,009	0,4	0,41
5	О×н3ма-ш	0,01	0,011	0,1	0,36	0,36