ферроалюминий для раскисления стали в виде кусков

Формула изобретения

Ферроалюминий для раскисления стали в виде кусков размером 40-80 мм и плотностью 5,0-7,0 г/см³, содержащий алюминий, кремний, марганец, углерод, медь, фосфор, серу и железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алюминий	28,0-32,0
Кремний	0,5-5,0
Марганец	5,01-8,0
Углерод	0,1-0,9
Медь	0,2-2,0
Фосфор	0,02-0,1
Сера	0,02-0,1
Железо	Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для получения ферроалюминия для раскисления стали в виде кусков размером 40-80 мм и плотностью 5.0-7.0 г/см³ .

Известны сплавы ФА10-ФА23 для раскисления и легирования стали (ЧМТУ 5-37-71. М.И.Гасик, Б.И.Емлин. Электрометаллургия ферросплавов. Киев: Высшая школа, 1983 - 376 с.), содержащие, мас.%:

Алюминий	8,0-24
Кремний	До 4
Углерод	До 4
Фосфор	До 0,06
Сера	До 0,06
Железо	Остальное

Основным недостатком этих сплавов является низкое содержание алюминия, что сокращает область их применения и затрудняет процесс производства, а также ограничение по содержанию кремния, которое не позволяет использовать многочисленные дешевые шихтовые материалы, применяемые при выплавке алюминиевых сплавов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является сплав (Патент РФ №2214473, МПК 7 С22С 35/00. Сплав для раскисления стали / Костарев В.Г., Почивалов О.В., Теляшов Н.В., Шешуков О.Ю. // Изобретения. 2003. №29 (II ч.). С.370) для получения стали, содержащий, мас.%:

Алюминий	20-40
Кремний	0,5-20
Марганец	0,5-5
Углерод	0,1-0,9
Медь	0,2-2,0
Фосфор	0,02-0,1
Сера	0,02-0,1
Железо	Остальное

Основным недостатком этих сплавов являются широкие пределы содержания алюминия, что не оправдано как с позиций получения, так и с позиций хранения и транспортировки получаемых сплавов. С другой стороны, широкие пределы по содержанию кремния и особенно высокое содержание кремния (до 20%), удорожает получение указанного сплава (невозможно получить сплав указанного состава без дополнительного введения ферросплавов типа ферросилиций) и ограничивает область его применения (невозможно применение при получении безкремнистых марок стали).

Техническим результатом заявляемого изобретения является улучшение служебных характеристик получаемого сплава (плотности, дробимости и механической прочности в течение длительного времени) с максимальным усвоением элементов за счет оптимального состава ферроалюминия, полученного в виде кусков размером 40-80 мм и плотностью 5.0-7.0 г/см³.

Указанный технический результат достигается тем, что ферроалюминий для раскисления стали в виде кусков размером 40-80 мм и плотностью 5,0-7,0 г/см³, содержащий алюминий, кремний, марганец, углерод, медь, фосфор, серу и железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алюминий	28-32
Кремний	0,5-5,0
Марганец	5,01-8,0
Углерод	0,1-0,9
Медь	0,2-2,0
Фосфор	0,02-0,1
Сера	0,02-0,1
Железо	Остальное

Предлагаемый комплексный сплав отличается оптимальными пределами содержания алюминия. Во-первых, заявляемые пределы содержания алюминия определяют оптимальную плотность сплава, которая рекомендована в пределах 5,0-7,0 г/см ³, обеспечивая погружение и витание сплава в жидкой стали с максимальным усвоением элементов; во-вторых, сплав, содержащий менее 28% алюминия, будет иметь повышенную механическую прочность, что затрудняет получение кусков в пределах 40-80 мм, что требуется для эффективного проведения процесса раскисления; в-третьих, сплав, содержащий более 32% алюминия, будет обладать повышенной склонностью к саморассыпанию, что затрудняет его траспортировку и использование для обработки стали.

Содержание в сплаве менее 0,5% кремния невозможно, так как в процессе плавки он переходит в сплав как из восстанавливаемого сырья, так и из металлодобавок. Концентрация кремния в сплаве до 5% практически не сказывается на физических свойствах сплава и процессе раскисления стали, а в случае повышения содержания кремния выше 5% наблюдается уменьшение плотности сплава ниже рекомендованного предела 5,0 г/см ³, т.е. снижаются служебные характеристики получаемого сплава. Кроме того, более высокое содержание кремния в сплаве (более 5,0%) значительно усложняет технологию получения и повышает стоимость сплава за счет увеличения затрат на сырье (в этом случае обязательно необходимо использовать в шихте кремнистые ферросплавы типа ферросилиция).

Содержание в сплаве марганца в интервале 5,01-8,0% улучшает служебные характеристики получаемого сплава. Указанное содержание марганца получают за счет использования марганецсодержащего стального лома, что обеспечивает механическую прочность получаемого сплава в течение длительного времени, что не достигалось в прототипе.

Содержание в сплаве углерода от 0,1 до 0,9% зависит от его концентрации в исходных рудах, металлодобавках, восстановителях и степени перехода в сплав. Нижний и верхний пределы содержания этого элемента связаны с видом шихтовых материалов и не требуют дополнительного ввода материалов. При этом углерод в заявляемых пределах либо не влияет на процесс раскисления и свойства стали, либо оказывает положительное воздействие на процесс раскисления и удаление продуктов раскисления. Содержание углерода более 0,9% потребует дополнительных затрат на получение ферроалюминия, а еще более высокое содержание углерода может вызвать нежелательное увеличение его содержания в стали.

Наличие в стали серы и фосфора неизбежны в связи с их присутствием в любой руде и стальном ломе, а меди - в алюминийсодержащем ломе, применяемом при получении ферроалюминия методом сплавления. Нижний предел содержания меди (0,2%), серы и фосфора (0,02%) обусловлен содержанием этих элементов в сырье и степенью их перехода в сплав, а верхний предел ограничен вредным воздействием этих элементов на сталь и допустимыми их концентрациями по техническим условиям. При содержании серы, фосфора и меди в сплаве выше верхнего предела они внесут в сталь (при максимальном расходе сплава 1,5 кг/т) этих элементов соответственно 0,00015; 0,00015 и 0,003%, что не может не отразиться на ее составе и качестве.

Применение ферроалюминия для раскисления стали позволяет упростить ввод алюминия в жидкую сталь, снизить затраты на раскисление за счет увеличения полезного использования алюминия (кремния) до 60-90% при обычном вводе сплава из бункеров в ковш. Однако несоблюдение при получении ферроалюминия рекомендуемых пределов содержания алюминия и кремния, приводит к ухудшению служебных характеристик получаемого сплава и, как следствие, к нестабильным результатам при раскислении стали. Таким образом, использование для раскисления стали ферроалюминия, содержащего основные компоненты в заявляемых пределах, позволит стабилизировать результаты раскисления.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

На ОАО «Курганмашзавод» проведены три компании по выплавке заявляемого сплава из металлоотходов стали и алюминия в индукционной печи ИЧТ-2,0.

В качестве стального лома применялась обрезь фасонного литья из стали марки Ст3 (со средним содержанием, %: 0,2 С; 0,6 Mn; 0,27 Si, до 0,04 Р и до 0,05 S) и стали марки 110Г13Л (со средним содержанием, %: 1,1 С; 13 Mn; 0,27 Si, до 0,04 Р и до 0,05 S). Алюминий использовали в виде брикетов и стружки, содержащих, %: не ниже 85 Al; 0,5 Mn; 1,5-8,0 Si.

Перемешанную металлошихту загружали в индукционную печь до полного заполнения и далее порциями по мере ее проплавления. Плавление велось под шлаком, образующимся в результате окисления примесей. Разливку металла производили из ковша в чугунные изложницы для получения равных по весу слитков. Температура металла на выпуске составляла 1320-1350°С.

Всего было проведено 20 опытных плавок.

Состав полученного металла находился в следующих пределах, %: 22,7-34,8 Al; 0,5-5,2 Si; 0,5-8,1 Mn; 0,03-0,08 С; содержание меди не превышало 0,2.

В таблице приведено несколько составов полученных сплавов (номера 1-9) и для сравнения составы сплавов по прототипу.

В условиях литейного цеха ОАО «Курганмашзавод» были выполнены опытные плавки стали Ст40 с раскислением ее сплавами, приведенными в таблице. Сталь выплавляли в печах ДСВ-6 и на выпуске в ковш на струю металла вводили ферроалюминий различного состава из расчета получения в стали содержания остаточного алюминия не ниже 0,02%. Результаты по технологическим свойствам ферроалюминия и полезному использованию алюминия приведены в таблице.

Результаты оценки технологических свойств показали, что содержание алюминия в сплаве должно быть в пределах 28-32%, кремния от 0,5 до 5%, а марганца 0,5-8,0%. Сплавы, содержащие алюминий ниже указанных пределов, обладали повышенной плотностью и твердостью, что затрудняло их применение в качестве раскислителя и не позволяло получать стабильные результаты. Сплавы, содержащие алюминий выше указанных пределов, хотя и отвечали требованиям по плотности и температуре плавления, однако были подвержены саморассыпанию.

Опыты по раскислению стали показали, что у сплава, содержащего ведущие элементы в соотвествии с прототипом более низкие технологические показатели и соответственно полезное использование алюминия. Наиболее пригоден для обработки стали сплав, содержащий компоненты в пределах, заявляемых о данном изобретении.

Практические результаты показали принципиальную возможность получения ферроалюминия с содержанием алюминия в среднем 30% из металлоотходов в индукционной печи, возможность его использования для эффективного раскисления стали при повышенном коэффициенте полезного использования алюминия и кремния предлагаемого сплава.

Таблица
Состав комплексного ферроалюминия и его полезное использование при раскислении стали
№ сплава	Химический состав, мас.%							Плотность, г/м3	Дробимость	Срок рассыпания	Полезное использование алюминия, %
	Al	Si	Mn	С	Р	S	Fe
1	28,0	4,2	0,8	0,06	0,026	0,010	ост.	5,31	удовл.	не менее 3 месяцев	83,2
2	27,9	1,80	0,5	0,07	0,009	0,009	ост.	5,56	плохая	не менее 3 месяцев	82,6
3	30,1	0,6	0,7	0,04	0,010	0,010	ост.	5,54	удовл.	не менее 3 месяцев	87,3
4	32,0	0,5	0,7	0,04	0,010	0,010	ост.	5,30	хорошая	не менее 3 месяцев	86,5
5	32,6	0,5	0,5	0,03	0,010	0,010	ост.	5,42	хорошая	1 месяц	86,2
6	34,8	0,92	0,5	0,03	0,012	0,005	ост.	5,37	хорошая	2 недели	84,5
7	22,7	5,0	0,6	0,08	0,011	0,006	ост.	5,77	не дробится	не менее 3 месяцев	74,7
8	28,7	0,8	8,0	0,65	0,010	0,007	ост.	6,01	хорошая	не менее 3 месяцев	84,7
9	29,6	5,2	0,8	0,06	0,012	0,010	ост.	4,86	хорошая	не менее 3 месяцев	76,4
Прототип	20,2	1,0	0,7	0,14	0,03	0,06	ост.	6,12	не дробится	не менее 3 месяцев	70,8
	39,4	0,84	0,5	0,8	0,05	0,04	ост.	4,53	хорошая	1 неделя	64,3
	30,2	15,4	0,5	0,6	0,05	0,06	ост.	4,66	хорошая	не менее 3 месяцев	67,9