брикет для раскисления стали

Формула изобретения

1. Брикет для раскисления стали, полученный прессованием алюминиевой стружки с частицами добавки, отличающийся тем, что в качестве добавки использован хлоридно-фторидный флюс в количестве 2-5 мас.%.

2. Брикет по п.1, отличающийся тем, что использован хлоридно-фторидный флюс, содержащий NaCl-KCl-Na ₃AlF₆ при соотношении компонентов, мас.%:

NaCl	40-45
KCl	40-45
Na3AlF6	10-20

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве различных марок стали для ее раскисления как в процессе выплавки стали, так и при ее внепечной обработке.

Известно раскисление жидкой стали брикетом, выполненным в виде спрессованных алюминиевых частиц, состоящих из алюминия и оксида алюминия [1]. Образующие брикет частицы представляют собой алюминиевую стружку толщиной 1-2 мм, покрытую оболочкой из оксида алюминия.

Недостатком данного процесса является то, что присадка алюминия в виде брикета с целью раскисления жидкого металла сопровождается большим нерегулируемым угаром алюминия при взаимодействии его с оксидами шлака и кислородом воздуха и соответственно широкими колебаниями его содержания в готовой стали, неравномерным распределением алюминия в расплаве.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является брикет для раскисления стали, выполненный из алюминия и частиц сплава на основе железа [2]. Указанный брикет позволяет повысить эффективность усвоения алюминия.

Однако данному брикету присущи следующие недостатки:

- трудоемкость его изготовления, поскольку для его получения необходима дополнительная операция дробления стального и/или чугунного лома;

- удельное содержание раскислителя в брикете составляет всего 25-32% от массы брикета;

- значительный угар алюминия при взаимодействии его с кислородом воздуха.

- часть окислившегося алюминия остается в стали, что приводит к загрязнению металла глиноземом. Вероятность образования скоплений глинозема в металле возрастает с увеличением угла смачивания ( ) в системе «металл-оксид». Для «глинозема-расплав железа» составляет 140-145°. Для разрыва слипшихся частиц глинозема потоком стали скорость потока должна составлять для частиц размером 5 мкм около 1350 см/с, а для частиц размером 50 мкм около 600 см/с.Такие скорости не достигаются при разливке стали, и следовательно частицы, которые однажды столкнулись и слиплись под действием сил поверхностного натяжения, в жидкой стали уже больше не разделяются.

- снижение эффективности процесса раскисления стали, т.е. снижение содержания растворенного кислорода объясняется задержкой гомогенизации раскисленного металла под действием пленки, богатой мелкими частицами глинозема, которая тормозит диффузию введенного раскислителя. На поверхности раздела «расплавленный алюминий - нераскисленная сталь» образуется пленка оксида алюминия. Пленка глинозема толщиной даже 0,0002 мм очень плотная и может препятствовать проникновению кислорода, а также расплавленного алюминия.

В основу изобретения поставлена задача получить брикет для раскисления стали, который был бы лишен указанных выше недостатков и обеспечивал эффективное раскисление стали.

Задача изобретения - снижение затрат на производство брикета за счет простоты его изготовления и утилизации алюминиевых отходов, повышение качества стали за счет увеличения степени усвоения алюминия расплавом стали и его равномерного распределения в объеме жидкой стали.

Задача достигается тем, что известный брикет для раскисления стали, получается прессованием алюминиевой стружки с дополнительным компонентом, в качестве которого применяется хлоридно-фторидный флюс.

Хлоридно-фторидный флюс содержится в количестве 2-5% (по массе). Состав хлоридно-фторидного флюса - NaCl-KCl-Na₃AlF₆ в соотношении компонентов, % (по массе):

NaCl	40-45,
KCl	40-45,
Na3AlF6	20-10.

Алюминий раскисляет жидкую сталь, то есть связывает кислород, содержащийся в стали. Брикет содержит алюминиевую стружку и хлоридно-фторидный флюс. Добавка флюса позволяет:

- очистить поверхность алюминия от его оксида и тем самым повысить раскисляющую способность алюминия, так как флюс оказывает влияние на величину поверхностных натяжений на границе раздела фаз алюминий - расплав и оксид алюминия - расплав. Флюс смачивает оксид алюминия лучше, чем алюминий металл, и тем самым отделяет его от жидкого алюминия. Таким образом, алюминий, входящий в состав заявленного брикета, более быстро и полнее растворяется и усваивается сталью;

- значительно снизить угар алюминия, который возникает при взаимодействии алюминия с оксидами шлака и кислородом воздуха, так как алюминий покрывается защитной пленкой флюса;

- повысить эффект диспергирования брикета на фрагменты и рассредоточить центры раскисления в расплаве, так как между контактирующими поверхностями алюминиевой стружки и частицами хлоридно-фторидного флюса имеются микроскопические зазоры, образованные при формировании брикета методом прессования, которые позволяют алюминию равномернее распределяться в объеме жидкой стали.

Введение хлоридно-фторидного флюса обусловлено тем, что расплав флюса данного состава хорошо смачивает оксид алюминия. Таким образом, частички глинозема переходят во флюс и всплывают вместе с ними вверх. Флюс покрывая алюминий защищает его от окисления кислородом воздуха и шлаком, с одной стороны, и способствует очищению от глинозема поверхности контакта «алюминий - нераскисленная сталь», с другой стороны. Причем хлоридно-фторидная система действует на глинозем как силами поверхностного натяжения, так и его растворением в криолите, что очень важно при наличии плотных пленок оксида алюминия.

Снижение содержания в брикете хлоридно-фторидного флюса ниже 2% приведет к увеличению неметаллических включений в стали, в частности глинозема, т.к. количества солевой фазы не хватает, чтобы адсорбировать весь оксид алюминия во флюсе. Нехватка флюса приведет и к значительному увеличению угара алюминия, т.к. перенасыщенный оксидом алюминия флюс будет вязким и плохо растекается по поверхности жидкого металла, не защищая его от окисления. Все это приведет к понижению раскисляющей способности брикета.

Увеличение содержания в брикете хлоридно-фторидного флюса выше 5% заметного влияния на процесс раскисления не оказывает. В свою очередь, при увеличении содержания хлоридно-фторидного флюса в брикете выше 5% прессованный брикет получается рыхлым, за счет этого при соприкосновении с жидким высокотемпературным расплавом он быстро распадается на частицы, которые остаются на поверхности ванны раскисляемого металла и переходят в шлак. Таким образом, равномерное распределение алюминия в объеме металла не достигается.

Снижение содержания в хлоридно-фторидном флюсе ниже 40% (как NaCl, так и KCl) приведет к увеличению угла смачиваемости в системе «оксид - флюс» и соответственно к уменьшению удаленного глинозема из зоны реакции раскисления. Увеличение содержания в хлоридно-фторидном флюсе выше 45% (как NaCl, так и KCl) также увеличивает угол смачивания в системе «оксид-флюс», т.к. только при 40-45% (как NaCl, так и KCl) образуется жидкотекучая эвтектика NaCl-KCl, которая обладает минимальным углом смачивания в системе «оксид-флюс».

Снижение содержания в хлоридно-фторидном флюсе количества KCl ниже 40% приведет к ухудшению поверхностных свойств флюса, что, в свою очередь, приведет к уменьшению степени растворения алюминия, его усвоения и равномерного распределения в объеме жидкой стали. Увеличение содержания в хлоридно-фторидном флюсе количества KCl выше 45% не улучшает поверхностно-активных свойств флюса.

Снижение содержания в хлоридно-фторидном флюсе количества Na₃AlF ₆ ниже 10% приведет к снижению растворимости глинозема. Увеличение содержания в хлоридно-фторидном флюсе количества Na ₃AlF₆ выше 20% вызывает значительное ухудшение поверхностно-активных свойств самой хлоридно-фторидной системы, что влечет за собой увеличение вязкости флюса и, следовательно, увеличение угла смачиваемости системы «оксид-флюс».

Введение в состав брикета алюминиевой стружки позволяет снизить себестоимость брикета за счет утилизации отходов металлургического производства. Предлагаемый брикет достаточно прост в изготовлении, так как не требует дорогостоящего исходного сырья.

Примеры выполнения предложенного брикета для раскисления стали:

Пример 1

Предварительно взяли 4,90 кг алюминиевой стружки и 0,10 кг флюса NaCl-KCl-Na₃AlF₆ в соотношении компонентов: NaCl - 0,04 кг, KCl - 0,04 кг, Na ₃AlF₆ - 0,02 кг, тщательно перемешали до гомогенного состояния и спрессовали. Полученный брикет имеет цилиндрическую форму диаметром 70 мм и высотой 30 мм.

Провели испытание полученного прессованного брикета с хлоридно-фторидным флюсом для определения эффективности раскисления полупродукта стали, выпущенного из ДСВ-5, в сталеразливочном ковше. Усвоение алюминия при использовании предлагаемого брикета (по содержанию остаточного алюминия) составило 64%.

Пример 2

Предварительно взяли 4,75 кг алюминиевой стружки и 0,25 кг флюса NaCl-KCl-Na ₃AlF₆ в соотношении компонентов: NaCl - 0,113 кг, KCl - 0,113 кг, Na₃AlF ₆ - 0,025 кг, тщательно перемешали до гомогенного состояния и спрессовали. Полученный брикет имеет цилиндрическую форму диаметром 70 мм и высотой 30 мм.

Провели испытание полученного прессованного брикета с хлоридно-фторидным флюсом для определения эффективности раскисления полупродукта стали, выпущенного из ДСВ-5, в сталеразливочном ковше. Усвоение алюминия при использовании предлагаемого брикета (по содержанию остаточного алюминия) составило 65%.

Пример 3

Предварительно взяли 4,95 кг алюминиевой стружки и 0,05 кг флюса NaCl-KCl-Na₃AlF ₆ в соотношении компонентов: NaCl - 0,018 кг, KCl - 0,018 кг, Na₃AlF₆ - 0,015 кг, тщательно перемешали до гомогенного состояния и спрессовали. Полученный брикет имеет цилиндрическую форму диаметром 70 мм и высотой 30 мм.

Провели испытание полученного прессованного брикета с хлоридно-фторидным флюсом для определения эффективности раскисления полупродукта стали, выпущенного из ДСВ-5, в сталеразливочном ковше. Усвоение алюминия при использовании предлагаемого брикета (по содержанию остаточного алюминия) составило 58%.

Пример 4

Предварительно взяли 4,70 кг алюминиевой стружки и 0,30 кг флюса в соотношении компонентов: NaCl - 0,143 кг, KCl - 0,143 кг, Na₃AlF₆ - 0,015 кг, тщательно перемешали до гомогенного состояния и спрессовали. Полученный брикет имеет цилиндрическую форму диаметром 70 мм и высотой 30 мм.

Провели испытание полученного прессованного брикета с хлоридно-фторидным флюсом для определения эффективности раскисления полупродукта стали, выпущенного из ДСВ-5, в сталеразливочном ковше. Усвоение алюминия при использовании предлагаемого брикета (по содержанию остаточного алюминия) составило 54%.

Пример 5

Предварительно взяли 4,825 кг алюминиевой стружки и 0,175 кг флюса NaCl-KCl-Na₃AlF ₆ в соотношении компонентов: NaCl - 0,074 кг, KCl - 0,074 кг, Na₃AlF₆ - 0,026 кг, тщательно перемешали до гомогенного состояния и спрессовали. Полученный брикет имеет цилиндрическую форму диаметром 70 мм и высотой 30 мм.

Провели испытание полученного прессованного брикета с хлоридно-фторидным флюсом для определения эффективности раскисления полупродукта стали, выпущенного из ДСВ-5, в сталеразливочном ковше. Усвоение алюминия при использовании предлагаемого брикета (по содержанию остаточного алюминия) составило 69%.

Проведенные испытания полученного прессованного брикета с хлоридно-фторидным флюсом показали, что усвоение алюминия при использовании предлагаемых брикетов составило 64-69%, что выше прототипа на 3-8% (см. таблицу)

№ примера	Содержание, % (по массе)				Усвоение алюминия, %
	NaCl, %	KCl, %	Na3AlF6,%	Флюс, %
Пример 1	40,00	40,00	20,00	2,00	64,00
Пример 2	45,00	45,00	10,00	5,00	65,00
Пример 3	35,00	35,00	30,00	1,00	58,00
Пример 4	47,50	47,50	5,00	6,00	54,00
Пример 5	42,50	42,50	15,00	3,50	69,00
Прототип					61,00

Источники информации

1. RU 2226556 С2, С21С 7/06, 04.10.2004.

2. RU 2259405 С1, С21С 7/06, 27.10.2004.