сплав для раскисления и химической закупорки жидкой стали

Формула изобретения

1. Сплав для раскисления и химической закупорки жидкой стали, содержащий железо, кремний, алюминий, медь и углерод, отличающийся тем, что он дополнительно содержит марганец, хром, титан, серу, фосфор, цинк, олово, свинец, сурьму, висмут и мышьяк при следующем содержании ингредиентов, мас.%:

Железо	5,0-50,0
Кремний	5,0-15,0
Алюминий	40,0-60,0
Углерод, марганец, хром и титан	8,0-10,0
Сера, фосфор	0,05-0,10
Медь, цинк, олово, свинец, сурьма, висмут и мышьяк	5,0-8,0,

при этом сплав содержит последовательный ряд тройных стабильных интерметаллидов на основе алюминия, содержащих железо и кремний.

2. Сплав по п.1, отличающийся тем, что каждый тройной стабильный интерметаллид на основе алюминия, входящий в последовательный ряд, имеет следующее соотношение компонентов:

Fe:Si:Al=(2-4):1:(4-6).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству ферросплавов и лигатур для обработки жидкой стали.

Известно, что ООО «Фирма «Уникон» организовала промышленное производство сплавов вторичного силикоалюминия, содержащих 10-30% Si, 30-75% Al для раскисления полу- и спокойных сталей и химической закупорки слитков кипящих сталей (патент Украины 60931 А, МПК С21С 7/06, опубл. 15.10.2003).

Кроме того, известно изобретение по патенту Китайской Народной Республики CN1049528, МПК С21С 7/06, опубл. 1991-02-07, в котором сплавы ферросиликоалюминия регламентируются по железу 5-45%, кремнию 15-30% и алюминию 40-75%.

Также известны промышленные сплавы ферросиликоалюминия для комплексного раскисления стали, содержащие основные легирующие элементы 30-75% Si и 10-45% Al, регламентируются суммой Si+Al, равной содержанию кремния в марочном составе ферросилиция, под названием фералсит [1], принятый за наиболее близкий аналог.

Итак, в качестве наиболее близкого аналога выбран сплав для раскисления и химической закупорки жидкой стали, содержащий железо, кремний, алюминий, медь и углерод [1].)

Технология рафинирования стали предусматривает последовательный ряд операций по обработке жидкого металла: предварительное и окончательное раскисление металла, раскисление покровного шлака и отдельная операция - химическая закупорка слитков кипящей стали. На каждой операции применяют различные марки сплавов: высококремнистые сплавы для предварительного раскисления, высокоалюминиевые - для раскисления шлака и химзакупоривания, унифицированные сплавы (Si Al) - для окончательного раскисления. Кроме того, плотность сплавов для обработки стали должна быть выше плотности жидкого шлака (3,0-3,5 г/см³) и равна или меньше - для раскисления шлака.

В связи с этим промышленные сплавы ферросиликоалюминия пригодны только для раскисления металла, как сплавы аналога и наиболее близкого аналога.

Общим недостатком аналогов и наиболее близкого аналога является также и отсутствие строгой регламентации состава по маркам сплава, которая должна учитывать не только вышеперечисленные требования, но и отвечать определенному структурно-химическому состоянию, обеспечивающему стабильность жидких и твердых сплавов и, следовательно, эффективность при обработке стали.

В основу изобретения поставлена задача повышения эффективности обработки жидкой стали при раскислении и химической закупорки сплавом для раскисления и химической закупорки жидкой стали путем оптимизации его состава, удовлетворяющего требованиям необходимости (заданной плотности) и достаточности (стабильности в жидком и твердом состояниях). Оптимизация состава сплавов основана на структурно-химическом анализе металлургических фаз в жидком и твердом состоянии [2] с помощью полигональной диаграммы состояния системы железо-кремний-алюминий, построенной новым графо-аналитическим методом [3]. На основании проведенного анализа оптимальные сплавы для раскисления и химической закупорки жидкой стали на основе алюминия отвечают области гомогенности тройных стехиометрических интерметаллидов при заданных соотношениях Fe:Si:Al.

Поставленная задача решается тем, что в сплав для раскисления и химической закупорки жидкой стали, содержащий железо, кремний, алюминий, медь и углерод, согласно изобретению, дополнительно содержит марганец, хром титан, серу, фосфор, цинк, олово, свинец, сурьму, висмут и мышьяк при следующем содержании ингредиентов, мас.%:

Железо	5,0-50,0
Кремний	5,0-15,0
Алюминий	40,0-60,0
Углерод, марганец, хром и титан	8,0-10,0
Сера и фосфор	0,05-0,10
Медь, цинк, олово, свинец, сурьма, висмут и мышьяк	5,0-8,0,

при этом сплав содержит последовательный ряд тройных стабильных интерметаллидов на основе алюминия, содержащих железо и кремний.

Кроме того, каждый тройной стабильный интерметаллид на основе алюминия, входящий в последовательный ряд, имеет следующее соотношение компонентов:

Fe:Si:Al=(2-4):1:(4-6).

Таким образом, новая совокупность ограничительных и отличительных признаков обеспечивает достижение нового технического результата - выбор оптимального состава сплава для раскисления и химической закупорки жидкой стали, удовлетворяющего требованиям необходимости (заданной плотности) и достаточности (стабильности в жидком и твердом состояниях), что обеспечивает повышение эффективности обработки жидкой стали при раскислении и химической закупорке сплавами для раскисления и химической закупорки жидкой стали.

Последовательный ряд таких интерметаллидов имеет вид: FeSiAl ₆(ФC10A65) FeSiAl₄(ФC15A55) Fe₂SiAl₆(ФC10A50) Fe₂SiAl₄(ФC10A40) - в скобках указана условная маркировка сплавов, допускающая предельные интервалы концентраций легирующих элементов ±3,0-5%.

В таблице 1 приведены состав и свойства сплавов-аналогов, наиболее близкого аналога и сифераля, сопоставительный анализ которых свидетельствует о более узких пределах колебаний плотности (3,83-4,97 г/см³ против 2,88-5,49 г/см ³) и температур плавления (900-1150°С против 830-1310°С), что способствует повышению технологической эффективности сплавов для раскисления и химической закупорки жидкой стали.

Таким образом, оптимальные составы стабильных сплавов для раскисления и химической закупорки жидкой стали отвечают требованиям необходимости и достаточности новой совокупности признаков для повышения эффективности использования заявленного изобретения.

Таблица 1. Состав и физико-химические свойства сплавов
Марка сплава	Тип интерметаллидов	Химический состав, мас.%				% S, P	Cu, Zn, Sn, Pb, Sb, Bi, As	Fe:Si:Al	, г/см3	Т пл, °С
		Fe	Si	Al	С, Mn, Cr, Ti
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Силикоалюминий
СА 12-30	-	Ост.	10-15	30-35	-	-	-	-	5,49	1310
СА 12-35	-	Ост.	10-15	35-40	-	-	_		5,25	1270
СА 12-40	-	Ост.	10-15	40-45	-	-	-	-	4,98	1270
СА 18-45	-	Ост.	15-20	45-50	-	-	-	-	4,46	1130
СА 18-50	-	Ост.	15-20	50-55	-	-	-	-	4,12	1060
СА 18-55	-	Ост.	15-20	55-60	-	-		-	3,87	980
СА 25-60	-	Ост.	20-30	60-65	-	-	-	-	3,29	910
СА 25-65	-	Ост.	20-30	65-70	-	-	-	-	3,02	870
СА 25-70	-	Ост.	20-30	70-75	-	-	-	-	2,88	830
Ферросиликоалюминий	-	5-45	15-30	40-75	-	-	-	-	-	-
Фералсит	-	Ост.	10-30	30-75	С не больше 2,0	-	Cu не больше 2,5	-	-	-
Сплав для
раскис. и
хим.закупорки жид. стали *)
ФС15А55	FeSiAl 4	29,2	14,6	56,2	8,5	0,07	5,5	2:1:4	4,15	1000
ФС10А55	Fe 2SiAl6	37,1	9,3	53,6	8,7	0,08	7,0	4:1:6	4,56	1100
ФС10А40	Fe 2SiAl4	45,2	11,3	43,5	10,0	0,10	8,0	4:1:4	4,97	1150
*) Интервал предельных концентраций составляет 3-5%.

Литература

1. Гасик М.И., Лякишев Н.П., Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов. - М.: Металлургия, 1988 - 522 с.

2. Белов Б.Ф., Троцан А.И., Харлашин П.С. Структуризация металлургических фаз в жидком и твердом состояниях. Изв. ВУЗов, 4М. 2002, №4, с.70-75.

3. Белов Б.Ф., Троцан A.I., Харлашин П.С. та iн. Свiдоцтво про державну ре страцiю прав автора на твip. ПА №2825 вiд 29.02.2002 р. Методика побудови полiгональних дiаграм стану бiнарних металургiйних систем.