сплав для раскисления и химической закупорки жидкой стали
Классы МПК: | C22C21/00 Сплавы на основе алюминия C22C21/04 модифицированные алюминиево-кремниевые сплавы C22C21/10 с цинком в качестве следующего основного компонента C22C21/14 с кремнием |
Автор(ы): | Климанчук Владислав Владиславович (UA), Ларионов Александр Алексеевич (UA), Семенченко Петр Михайлович (UA), Белов Борис Федорович (UA), Троцан Анатолий Иванович (UA), Паренчук Игорь Валерьевич (UA), Шепель Виктор Данилович (UA), Синельников Владимир Петрович (UA), Ватлецов Александр Васильевич (UA), Небога Борис Владимирович (UA), Харлашин Петр Петрович (UA) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Мариупольский металлургический комбинат имени Ильича" (UA) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2006-06-13 публикация патента:
20.10.2008 |
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к ферросплавному производству. Сплав содержит следующие ингредиенты, 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 при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Fe:Si:Al=(2-4):1:(4-6). Повышают эффективность обработки жидкой стали при раскислении и химической закупорки сплавом для раскисления и химической закупорки жидкой стали путем оптимизации его состава. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
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.
Класс C22C21/00 Сплавы на основе алюминия
Класс C22C21/04 модифицированные алюминиево-кремниевые сплавы
Класс C22C21/10 с цинком в качестве следующего основного компонента