смесь для раскисления и модифицирования стали

Формула изобретения

1. Смесь для раскисления и модифицирования стали, содержащая оксиды редкоземельных металлов и фторидсодержащий материал, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит низкофосфористый марганецсодержащий оксидный материал и сплав алюминия, магния и кальция, а в качестве фторидсодержащего материала содержит фториды редкоземельных металлов при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Оксиды редкоземельных металлов 10 - 50

Низкофосфористый марганецсодержащий

оксидный материал 5 - 20

Фториды редкоземельных металлов 5 - 10

Сплав алюминия, магния и кальция Остальное

2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве оксидов и фторидов редкоземельных металлов введен полирит или отходы полирита.

3. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что сплав алюминия, магния и кальция содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Алюминий 60 - 65

Магний 20 - 25

Кальций Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам смесей для раскисления и модифицирования стали.

Известна смесь для легирования и модифицирования стали (А.с. СССР №1546507, кл. С 22 С 35/00, опубл. 28.02.1990 г.), содержащая алюминий, ванадиевый шлак, кокс, ферросилиций, оксиды редкоземельных металлов (РЗМ) цериевой группы и известняк при следующем содержании компонентов, мас.%:

Алюминий 5 - 20

Ванадиевый шлак 10 - 30

Ферросилиций 5 - 10

Оксиды редкоземельных

металлов цериевой группы 2 - 10

Известняк Остальное

Низкая степень восстановимости легирующих элементов из оксидов редкоземельных металлов цериевой группы при использовании известной смеси в сталеплавильном производстве, которая обусловлена образованием гетерогенного шлака с низкими ассимилирующими свойствами из-за высокой температуры плавления смеси, приводит к образованию значительного количества трудно удаляемых неметаллических включений, что ухудшает качество стали. Наличие в составе смеси ферросилиция и ванадиевого шлака ограничивает использование смеси для производства сталей с низким содержанием кремния в отсутствии ванадия.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является смесь для получения брикетов для модифицирования сталей и сплавов (Патент РФ №2017583, кл. В 22 F 3/12, С 22 С 35/00, опубл. 15.08.1994 г.), содержащая порошок оксидов редкоземельных металлов, порошок силикокальция и порошок фторида кальция, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Порошок оксидов

редкоземельных металлов 10 - 50

Порошок силикокальция 20 - 80

Порошок фторида кальция Остальное

Признаки ближайшего аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: наличие в смеси оксидов редкоземельных металлов и фторидсодержащего материала.

Наличие в смеси кремнийсодержащего материала - силикокальция - ограничивает использование брикетов, полученных из смеси, в частности при производстве низкокремнистых марок стали, поскольку повышает содержание в металле хрупких силикатов, ухудшая процесс десульфурации, что приводит к ухудшению качества стали. Оксиды кремния, образующиеся в результате взаимодействия силикокальция с кислородом, не обеспечивают достаточной температуры плавления компонентов, входящих в состав смеси, а именно оксидов редкоземельных металлов, способствующих образованию гетерогенного шлака с низкой ассимилирующей способностью, что приводит к низкой степени восстановимости из него редкоземельных элементов, снижению их модифицирующей способности, снижению десульфурации, повышению содержания неметаллических включений и ухудшению качества стали.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования смеси для раскисления и модифицирования стали путем оптимизации подбора компонентов и их содержания. Ожидаемый технический результат - повышение восстановимости легирующих элементов и их модифицирующей способности, повышение десульфурации, что обеспечивает улучшение качества стали.

Технический результат достигается тем, что смесь для раскисления и модифицирования стали, содержащая оксиды редкоземельных металлов и фторидсодержащий материал, по изобретению дополнительно содержит низкофосфористый марганецсодержащий оксидный материал и сплав алюминия, магния и кальция, а в качестве фторидсодержащего материала содержит фториды редкоземельных металлов, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Оксиды редкоземельных

металлов 10 - 50

Низкофосфористый марганецсодержащий

оксидный материал 5 - 20

Фториды редкоземельных

металлов 5 - 10

Сплав алюминия, магния и кальция Остальное

Целесообразно в качестве оксидов и фторидов редкоземельных металлов введение полирита или отходов полирита.

Целесообразно в сплаве алюминия, магния и кальция содержание компонентов в следующем соотношении, мас.%:

Алюминий 60 - 65

Магний 20 - 25

Кальций Остальное

В процессе обработки стали предлагаемой смесью в результате восстановления марганца из низкофосфористого марганецсодержащего оксидного материала элементами, входящими в сплав, образуются продукты реакции: оксиды алюминия, кальция, магния, которые в совокупности с непрореагировавшими оксидами марганца (MnO₂) способствуют интенсивному плавлению оксидов РЗМ с образованием гомогенной фазы в плавящемся материале. Гомогенная фаза способствует высокой восстановимости РЗМ из их оксидов при дальнейшем восстановлении марганца и обладает высокой ассимилирующей способностью по отношению к оксидным продуктам реакций восстановления и неметаллическим включениям в стали. Восстановленные РЗМ совместно с кальцием и магнием, входящими в состав сплава, раскисляют сталь, десульфурируют, модифицируют неметаллические включения и глобуляризируют оксидные продукты восстановления алюминием с образованием крупных неметаллических включений, легко ассимилируемых шлаком, а также мелких неметаллических включений, равномерно распределенных в объеме металла, что способствует снижению загрязненности стали неметаллическими включениями, улучшая качество стали.

Выбор граничных пределов содержания компонентов в предложенной смеси обусловлен следующим.

Содержание оксидов редкоземельных металлов в смеси в количестве 10-50 мас.% обеспечивает высокую степень восстановления легирующих элементов - РЗМ и марганца, что дает возможность более точного попадания в требуемые пределы по легирующим элементам, снижает их расход и повышает качество стали. Содержание оксидов РЗМ ниже 10 мас.% недостаточно для полного модифицирования неметаллических включений, высокое содержание оксидов РЗМ (более 50 мас.%) приводит к неоправданному перерасходу материала, повышает гетерогенность шлака, снижая его ассимилирующую способность, что увеличивает количество неметаллических включений и ухудшает качество стали.

Низкофосфористый марганецсодержащий оксидный материал в количестве 5-20 мас.% обеспечивает ускорение плавления тугоплавких оксидов РЗМ. Содержание марганецсодержащего оксидного материала в смеси менее 5 мас.% недостаточно для образования достаточного количества MgO, ускоряющего совместно с МnО₂ процесс плавления оксидов РЗМ. Повышение содержания марганецсодержащего оксидного материала в смеси более 20 мас.% приводит к повышенному расходу восстановителей, входящих в сплав в составе смеси, на восстановление марганца, снижению восстановления РЗМ, а значит, их модифицирующей способности и ухудшению качества стали.

Присутствие в смеси фторидов редкоземельных металлов в количестве 5-10 мас.% обеспечивает снижение температуры плавления оксидов РЗМ, повышение гомогенности и ассимилирующей способности шлака, снижение неметаллических включений и улучшение качества стали. Низкое содержание в смеси фторидов РЗМ (ниже 5 мас.%) приводит к повышению гетерогенности шлака и снижению его ассимилирующей способности. Высокое содержание (более 10 мас.%) вызывает также повышение гетерогенности шлака и снижение его ассимилирующей способности из-за несбалансированности доли тугоплавких компонентов - оксидов и фторидов РЗМ и "разжижителей" оксидов магния и марганца.

Сплав алюминия, магния и кальция, входящий в состав смеси и содержащий в своем составе, мас.%: алюминий - 60-65; магний - 20-25; кальций - остальное, обеспечивает интенсивное раскисление металла прежде всего алюминием, ввиду его превалирующего количества в составе сплава, создавая тем самым благоприятные условия для глубокой десульфурации, которая осуществляется присутствующими в сплаве кальцием и магнием. Кроме того, преимущественно магний и алюминий восстанавливают в начальный момент марганец из его оксидов, образуя оксидные продукты реакции Аl₂О₃ и MgO, последний из которых в совокупности с оксидами марганца способствует ускорению плавления тугоплавких материалов, содержащих РЗМ, после чего происходит их восстановление при взаимодействии со всеми компонентами сплава. Магний и кальций модифицируют ранее образовавшиеся сульфидные и оксисульфидные включения, а также глобуляризируют оксиды алюминия. Все это приводит к снижению количества неметаллических включений и повышению качества стали.

Пример.

Известная и предложенная смеси изготавливались следующим образом.

Предлагаемую смесь изготавливали из следующих материалов:

Порошок оксидов РЗМ следующего химического состава, мас.%: La₂O₃ - 5; Pr₂O₃ - 15; Nd₂O₃ – 3-5; СеO₂ - остальное.

Низкофосфористый марганецсодержащий оксидный материал фракцией -500А следующего химического состава, мас.%: МnO₂ - 98; Аl - 0,03; Ni - 0,02; (Na+К) - 0,03; Cr - 0,02; Са - 0,03; С - 0,007; Ti - 0,04; Mg - 0,03; Si - 0,015; Со - 0,014; Р - 0,01.

Порошок фторидов РЗМ в пересчете на суммарное содержание оксидов РЗМ - 88,7%.

Жидкий сплав Аl, Mg и Са следующего химического состава, мас.%: Аl - 63,2; Mg - 23,5; Са - 13,3, который подвергали дроблению в токе аргона до получения фракции 0,2-1,2 мм.

Полученные компоненты смеси смешивали и в токе аргона через погружную фурму вводили в 350-тонный ковш с расплавом стали марки 14Г2АФ на установке по доводке стали.

Известную смесь для получения брикетов по ближайшему аналогу изготавливали смешиванием порошков оксидов редкоземельных металлов, силикокальция и фторида кальция. Затем осуществляли прессование смеси и последующее спекание, причем 75% полученной смеси спекали при температуре 400С, 15% - при температуре 1000С и 10% - при температуре 1200С. После спекания заготовки объединяли для получения брикета. Полученный брикет вводили в струю металла в 350-тонный ковш для обработки стали марки 14Г2АФ.

После обработки стали предложенной и известной смесями осуществляли разливку в изложницы для получения слитков 16 т, прокатывали на лист 12 мм, отбирали пробы и из них изготавливали образцы для исследований по существующим стандартам.

В таблице 1 приведены составы предложенной (варианты №№1-3) и известной (вариант №4) смеси, в таблице 2 приведены технологические показатели плавок, уровень загрязненности стали и механические свойства стали, обработанной этими смесями.

Анализ полученных результатов исследований, приведенных в таблице 2, позволяет сделать вывод, что предлагаемый состав смеси существенно превосходит известную смесь для раскисления и модифицирования стали по всему комплексу исследуемых свойств, а именно: в 10-12 раз повышена степень восстановимости РЗМ, температура плавления смеси снижена на 100-150С, степень десульфурации повышена в 2-3 раза. Модифицирующий эффект РЗМ в совокупности с кальцием и магнием снижает общий уровень загрязненности стали неметаллическими включениями в среднем в 2 раза, а по содержанию силикатов в 15-30 раз. Предлагаемые составы №№1-3 по сравнению с составом №4 повышают механические свойства стали 14Г2АФ.