EA012637B1

EA012637B1 - Смесь для рафинирования и модифицирования стали и чугуна

Info

Publication number: EA012637B1
Application number: EA200801032A
Authority: EA
Inventors: Иван Васильевич Рябчиков; Алексей Геннадьевич Панов
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью «Промышленная Компания "Новые Перспективные Продукты"»
Priority date: 2005-11-08
Filing date: 2005-11-08
Publication date: 2009-12-30
Also published as: WO2007055609A1; EA200801032A1

Abstract

Изобретение относится к металлургии, а именно к внепечной обработке стали и чугуна. Технический эффект при использовании изобретения заключается в создании реакционной смеси, обеспечивающей высокую степень извлечения щелочно-земельных и редкоземельных металлов при восстановлении их из карбонатов и оксидов преимущественно алюминием, последующем образовании устойчивых соединений с кремнием, формировании жидкоподвижного синтетического шлака из алюмината кальция. Смесь для рафинирования и модифицирования стали и чугуна включает полиметаллическую руду, содержащую карбонаты и/или оксиды щелочно-земельных металлов, оксиды редкоземельных металлов, алюминий, кремний или его сплавы, содержащие менее 25% железа, и датолитовую руду в количестве, мас.%: 30-80, 0,001-15, 5-30, 5-25 и 1-5. Смесь дополнительно может содержать 5-15 мас.% хотя бы одного оксида из группы TiO, NbO, VO, MoO, NiO. Смесь позволяет исключить обжиг основного компонента, изготовление брикетов и их сушку, и при ее введении в железоуглеродистый расплав получить сплав, содержащий особо активные элементы, жидкоподвижный высокоосновной шлак, и осуществить одновременно рафинирование, модифицирование и микролегирование стали и чугуна.

Description

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию рафинирующей и модифицирующей смеси для обработки стали и чугуна. Разработанная смесь может быть использована на металлургических и машиностроительных предприятиях для внепечной обработки стали и чугуна с целью по вышения их качества.

Известна рафинирующая и модифицирующая смесь, содержащая 50-70% оксидов и/или карбонатов бария, кальция, магния, 1-10% оксидов редкоземельных металлов, 2-5% боратовой руды, 5-20% алюминия и 20-35% кремния [1]. При введении указанной смеси в металлический железоуглеродистый расплав вследствие протекания реакций достигается одновременное образование модифицирующего сплава, содержащего активные элементы, и рафинирующего шлака.

Недостатком смеси является токсичность и высокая стоимость оксидов и карбонатов бария, получаемых из природных сульфатных руд путём сложной химической переработки. Кроме того, введение смеси в жидкую сталь сопровождается значительным пироэффектом вследствие образования парообразного магния, давление пара которого при температуре 1600°С превышает 2 МПа (20 атм).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является брикет для раскисления и модифицирования стали и чугуна [2], содержащий продукт обжига витеритстронцианитового концентрата, алюминий, ферросилиций ФС65, плавиковый шпат и связующее при следующем содержании компонентов, мас.%:

Продукт обжига витеритстронцианитового концентрата53-55

Порошок алюминия7-12

Порошок ферросилиция ФС6529-32

Плавиковый шпат2-3

Связующее2-4

Недостатком брикета является низкая эффективность использования бария и стронция, восстанавливаемых из витеритстронцианитового концентрата, вследствие наличия в смеси ферросилиция ФС65, содержащего до 35% железа. Такое большое содержание железа увеличивает потери этих металлов испарением из-за крайне низкой их растворимости в образующемся ферросплаве. Низкая эффективность смеси обусловлена также отсутствием в ней кальцийсодержащего компонента, так как наибольшая эффективность бария и стронция при обработке жидкой стали проявляется только при наличии в модификаторе кальция - растворителя бария и стронция.

Целью изобретения является повышение рафинирующей и модифицирующей способности смеси.

Поставленная цель достигается тем, что в смесь для раскисления и модифицирования стали и чугуна, содержащую алюминий, барийстронцийсодержащий и кремнийсодержащий материал согласно изобретению дополнительно вводят оксиды редкоземельных металлов и датолитовую руду в виде оксидов и карбонатов, а в качестве барийстронцийсодержащего и кремнийсодержащего материалов используют соответственно полиметаллическую руду, содержащую щелочно-земельные металлы в виде карбонатов и/или оксидов, и кремний, или его сплавы, содержащие менее 25% железа, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полиметаллическая руда30-80

Алюминий5-30

Кремний, или его сплавы, содержащие менее 25 % железа 5-25

Оксиды редкоземельных металлов 0,001 -15

Датолитовая руда1-5

Полиметаллическая руда в виде карбонатов и/или оксидов содержит барий, стронций, кальций, магний, кремний, калий, натрий, железо, марганец, алюминий и титан при следующем содержании компонентов, мас.%: 10-18 Ва, 2-7 8г, 10-20 Са, 0,4-0,7 Мд, 10-16 δί, 2-3 К, 0,7-1,5 Ыа, 1,5-7,0 Ре, 0,1-0,3 Мп, 1-4 А1 и 0,4-0,8 Τί.

Датолитовая руда в виде оксидов и/или карбонатов содержит бор, алюминий, магний, кальций, кремний, железо, марганец, калий и натрий при следующем соотношении компонентов, мас.%: 2-4 В, 0,3-1,0 А1, 0,2-0,4 Мд, 20-30 Са, 15-25 δί, 2-5 Ре, 0,2-2,5 Мп, 0,04-0,06 (К+Ыа).

Кроме того, смесь для раскисления и модифицирования стали и чугуна может содержать 5-15 мас.% хотя бы одного оксида из группы ΤίΟ₂, ЫЪ₂О₅, ν₂Ο₅, МоО₃, N10.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в том, что разработанный состав смеси обеспечивает высокую степень извлечения щелочно-земельных и редкоземельных металлов при восстановлении их из карбонатов и оксидов преимущественно алюминием, последующее образование устойчивых соединений с кремнием, формирование жидкоподвижного синтетического шлака из алюминатов кальция. При дополнительном введении в смесь хотя бы одного из оксидов ΤίΟ₂, ЫЪ₂О₅, ν₂Ο₅, МоО₃, ΝίΟ она позволяет осуществить одновременно рафинирование, модифицирование и микролегиро вание стали и чугуна.

Щелочно-земельные металлы кальций, барий и стронций способствуют получению наиболее благоприятного типа неметаллических включений в стали - оксидов в сульфидной оболочке. При совмест

- 1 012637 ном введении в жидкую сталь щелочно-земельных и редкоземельных металлов, в связи с низкой температурой кипения и малой растворимостью кальция, бария и стронция в жидком железе, эти металлы расходуются в большей степени, чем редкоземельные металлы, температура кипения которых превышает 3000°С. Эти металлы хорошо растворяются в железе и сохраняются для последующего взаимодействия с вредными примесями, в том числе азотом, водородом и цветными металлами, переводят их в пассивные формы и очищают границы зерен при охлаждении и кристаллизации металла.

Уменьшение количества полиметаллической руды в смеси ниже нижнего предела (30%) приведет к снижению ее рафинирующей и модифицирующей способности. Увеличение ее содержания более 80% не приведет к возрастанию модифицирующего воздействия щелочно-земельных металлов на расплав из-за крайне ограниченной их растворимости в жидком железе. Кроме того, в этом случае образуется тугоплавкий шлак с низкой рафинирующей способностью.

Увеличение количества алюминия в смеси более 30% приведет к чрезмерно высокому содержанию в образующемся из смеси шлаке оксида алюминия, повышению температуры плавления шлака и снижению его рафинирующей способности. Уменьшение количества алюминия в смеси менее 5% приведет к недостаточному восстановлению из смеси щелочно-земельных и редкоземельных металлов и, как следствие, снижению модифицирующего эффекта.

В случае превышения в смеси верхнего предела (более 25%) количества кремния снижается рафинирующая способность образующегося из смеси шлака вследствие чрезмерно высокого содержания в нем диоксида кремния. Уменьшение количества кремния в смеси менее 5% снизит ее модифицирующую способность из-за неудовлетворительного восстановления активных элементов.

Нижний предел содержания оксидов редкоземельных металлов в смеси (0,001%) обусловлен тем, что в ряде случаев необходимый модифицирующий эффект достигается практически без участия редкоземельных металлов. Кроме того, оксиды редкоземельных металлов дефицитны и имеют высокую стоимость. Увеличение количества оксидов редкоземельных металлов более 15% нецелесообразно вследствие возможности образования дефекта макроструктуры стали - цериевой неоднородности.

В случае превышения в смеси верхнего предела (5%) количества датолитовой руды возможно нежелательное чрезмерное микролегирование бором, так как максимальный эффект от микролегирования бором имеет ярко выраженный концентрационный пик (0,003-0,005%). Уменьшение количества датолитовой руды в смеси менее 1% не обеспечит получение жидкоподвижного шлака с высокой рафинирующей способностью.

Дополнительное введение в смесь хотя бы одного оксида из группы ΤίΟ₂, ΝΒ₂Ο₅, ν₂Ο₅, МоО₃, N10 в количестве 5% в присутствии алюминия и восстановленных химически активных элементов приведет к полному восстановлению металлов из оксидов указанной группы и микролегированию ими стали и чугуна. При содержании одного или нескольких оксидов в смеси менее 5% содержания микролегирующих элементов в стали будет недостаточно. Увеличение количества указанных оксидов в смеси более 15% нецелесообразно в связи с тем, что дальнейшее улучшение свойств обрабатываемого металла мало заметно.

Пример 1. Моделирование процессов, происходящих со смесью при ее нагреве до рабочей температуры и выдержке.

Компоненты смеси крупностью менее 2 мм после перемешивания загружают в графитовый тигель, который с шихтой нагревают в печи Таммана при температуре 1450°С в течение 5 мин. Продукты плавки взвешивают и подвергают химическому анализу. Результаты опытов приведены в таблице.

Показатели	Номер опыта	Прототип
	2	3	4	5
Состав смеси, масс. %
Полиметаллическая руда	85	80	55	30	28	-
Алюминии	33	30	17	5	3	10
Кристаллический кремний	4	-	15	20	-
Ферросилиций ФС75		5			30
Оксиды редкоземельных металлов	0,001	4	7	15	8
Датолитовая руда	2	2	3	5	4
Рутиловый концентрат (98% ТЮ₂)	-	5	10	-	-
Продукт обжига витеритстронцианитового концентрата	-	-	-	-	-	54
Ферросилиций ФС65	-					30,5
Плавиковый шпат	-	-	-	-	-	2,5
Связующее	-	-	-	-	-	3,0
Выход сплава, %	Неудовлетворительное разделение металла и шлака	45,7	48,5	49,3	44,0	42,7
Извлечение, %
бария	52,5	59,7	55,1	51,8	48,5
стронция	41,8	45,3	43,0	41,1	40,0
кальция	20,5	19,6	18,0	15,8	-
редкоземельных металлов	79,4	82,5	80,1	76,3	-
титана	94	90	-	-	-

- 2 012637

Как видно из приведенных данных, предлагаемая смесь позволяет увеличить выход годного сплава, извлечение из него бария и стронция на 3-6%, дополнительно извлечь кальций, редкоземельные металлы и титан.

Применение предлагаемой смеси в сравнении с известной позволяет исключить обжиг рудного компонента, брикетирование смеси и сушку брикетов;

получить сплав, содержащий высокоактивные щелочно-земельные металлы, в том числе кальций, редкоземельные и легирующие металлы, а также жидкоподвижный синтетический шлак на основе алюминатов кальция;

проводить эффективную и безопасную обработку железоуглеродистого расплава, осуществлять одновременно рафинирование, модифицирование и микролегирование стали и чугуна;

заменить дорогие и дефицитные ферросплавы исходными шихтовыми материалами.

Источники информации:

1. Патент РФ 2192479, МПК С21С 1/00, 1/06. Бюл. № 31, 2002.

2. Патент РФ2023044, 15.11.2001. Бюл. № 21.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Смесь для рафинирования и модифицирования стали и чугуна, содержащая алюминий, барийстронцийсодержащий и кремнийсодержащий материал, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит оксиды редкоземельных металлов и датолитовую руду в виде оксидов и карбонатов, а в качестве барийстронцийсодержащего и кремнийсодержащего материалов используют соответственно полиметаллическую руду, содержащую щелочно-земельные металлы в виде карбонатов и/или оксидов, и кремний или его сплавы, содержащие менее 25% железа, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полиметаллическая руда30-80

Алюминий5-30

Кремний или его сплавы, содержащие менее 25 % железа5-25

Оксиды редкоземельных металлов 0,001-15

Датолитовая руда1-5

2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что полиметаллическая руда в виде карбонатов и/или оксидов содержит барий, стронций, кальций, магний, кремний, калий, натрий, железо, марганец, алюминий и титан при следующем содержании компонентов, мас.%: 10-18 Ва, 2-7 8т, 10-20 Са, 0,4-0,7 Мд, 10-16 δί, 2-3 К, 0,7-1,5 Ыа, 1,5-7,0 Бе, 0,1-0,3 Мп, 1-4 А1 и 0,4-0,8 Τί.

3. Смесь по п.1, отличающийся тем, что датолитовая руда в виде оксидов и/или карбонатов содержит бор, алюминий, магний, кальций, кремний, железо, марганец, калий и натрий при следующем соотношении компонентов, мас.%: 2-4 В, 0,3-1,0 А1, 0,2-0,4 Мд, 20-30 Са, 15-25 81, 2-5 Бе, 0,2-2,5 Мп, 0,040,06 (К+Ыа).

4. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит 5-15 мас.% хотя бы одного оксида из группы Τ1Ο2, ЫЪзОя. УзОя. МоО₃. N10.