HU194947B - Desulphurizing alloy containing magnesium foriron r iron-base melts - Google Patents

Description

A találmány tárgya vasalapú olvadékok kéntartalmának csökkentésére alkalmas, magnéziumot, alumíniumot, szilíciumot és báriumot — mint főalkotókat — tartalmazó komplex ötvözet.

A minőségi acélgyártás megköveteli, hogy a nyersvas kéntartalma bizonyos határt ne lépjen túl és lehetőleg minél alacsonyabb legyen. A kén rontja az acél szívósságát, hidegalakíthatóságát, mélyhúzhatóságát, növeli a ridegtörési érzékenységét és melegrepedést okoz. Sok esetben 0,015 t%, sőt ez alatti kéntartalmat is megkívánnak a minőségi acélgyártásra szánt nyersvastól.

A nyersvas kéntartalmának csökkentésére a kohóban és a kohón kívül van lehetőség. A kohón kívüli kéntelenítés az előnyösebb, mert megköhhyíti a kohók üzemvitelét és javítja a nyersvasgyártás műszaki-gazdasági mutatóit. A salak bázicitása csökkenthető, ez kisebb koksz felhasználást és nagyobb teljesítményt biztosít. A kéntartalom viszont megnő, ezért szükséges a nyersvas kohón kívüli kéntelenítése.

A kohón kívüli nyersvas kéntelenítésére hagyományosan a szódát, az égetett meszet és a kalciumkarbidot használják. Mindhárom anyagot poralakú, aprószemcsés állapotban adagolják a folyékony nyersvasba, a kéntelenítés műveletét pedig Calling-rotorral, vagy üstkezelés esetén injektálással, illetve mechanikus keverőlapátos szerkezetekkel végzik. A hagyományos kéntelenítő anyagok közös hátránya a hosszú, 20-25 perces kezelési időtartam, a nagy fajlagos kezelőanyag-szükséglet (pl. 0,011% kéncsökkentéshez 3-4 kg/t égetett mészpor szükséges, valamint a kéntelenítés alatti jelentős füst és/vagy gázképződés, amely költséges munka- és balesetvédelmi berendezések létesítését és üzemeltetését igényli. A hagyományos kéntelenítő anyagok további hátránya, hogy kéncsökkentő hatásukat rendkívül befolyásolja a folyékony nyersvas hőmérséklete és mennyisége, valamint a szállítóüstbe csapolt nyersvas felületén úszó kohósalak összetétele és mennnyisége. Mindezekből következik, hogy ezekkel az anyagokkal a kéncsökkentés bizonytalan, a nyersvasak kezelése utáni kéntartalmak még azonos kiinduló kéntartalmak mellett is rendkívül szórnak.

Példaként említünk egy kohómüben égetett mész-szóda keverékekkel végzett kéntelenítést, ahol azonos kémiai összetételű, menynyiségű és hőmérsékletű nyersvas 0,050 t% kiinduló kéntartalma 10 kg/t keverék injektálásakor 0,010-0,030 t% határok közé csökkent, ami 40-80 % kéntelenítési hatásfoknak felel meg, tehát rendkívül ingadozó.

A nagy fajlagos anyagszükséglet, a körülményes kezelési technológia és a bizonytalan Kéntelenítési hatásfok megjavítására az utóbbi években a hagyományos kéntelenítő anyagokat egyre inkább magnézium alapú kéntelenítő anyagok váltják fel.

A magnézium és a folyékony nyersvasban oldott kén közötti reakció lefolyását a magnézium fizikai tulajdonságai, elsősorban kis forrpontja (1107°C) határozzák meg. A folyékony nyersvasban a magnézium gőz halmazállapotba kerül. A képződő gőzbuborékok parciális nyomása, valamint érintkezési felületük reakcióképessége mindvégig megmarad. E tulajdonságai miatt a magnézium előnyösebb az égetett mésznél és a kalciumkarbidnál, amelyek a nyersvas olvadékban szilárd halmazállapotban találhatók, és a szemcsék felületén kialakuló reakció zóna a kéntelenítés folyamatát gátolja. A magnézium felhasználás hatásfoka ezért sokszorosan meghaladja az égetett mészét és a kalciumkarbidét, fajlagos felhasználása 8-15ször kisebb azoknál.

A képződő magnézium-oxid és szulfid kis fajsúlya elősegíti az olvadékból való kiválásukat, különösen a magnézium gőzképződés időszakában.

A fémes magnézium a felsorolt tulajdonságai következtében képes a folyékony nyersvas nagyfokú kéntelenítésére, de alkalmazását a folyékony nyersvasba való adagolás nehézsége akadályozza.

A magnéziumtömb vagy cipó folyékony nyersvasba adagolására kidolgozott számos eljárás, mint pl. merülőharang használata, nem vezetett eredményre, mert a hirtelen fellépő magnézium gőzképződést nem lehetett irányítani, s ez tetemes magnézium-kiégést, a folyékony nyersvas fröccsenését, fény- és füstképződést okozott.

A magnézium gőzképződés hevességének csökkentésére, s egyben a nyersvas-kéntelenítő reakció időtartamának meghosszabítására szolgál a magnéziummal impregált koksz használata. A magnéziummal impregnált koksz 43 t% magnéziumot tartalmaz. 1-2 kg súlyú darabokból áll, amelyeket speciális kiképzésű tűzálló harangba töltve, bemerítik a folyékony nyersvasba. A nyersvasba merülő kokszdarabok pórusaiból a magnéziumgőzök az átmelegedés sebességétől függően folyamatosan távoznak, s így nyugodtabb Mg kigőzölgési reakció alakul ki, mivel az időegység alatt kisebb mennyiségben képződnek a magnéziumgőzök.

A magnéziummal impregnált koksz technológiai hátrányai a koksz rossz hővezetőképességéből adódó hosszú kezelési időtartam, amely a gyakorlatban 15-40 percet tesz ki, a tűzálló harang rövid élettartama, továbbá a kéntelenítési folyamat bizonytalansága, amely abból adódik, hogy a kokszdarabok átmelegedése s ezáltal a koksz pórusait kitöltő magnézium reakcióba lépése, tehát a vas-magnézium érintkezési felület a kéntelenítés során fordítottan arányos az idővel, így a magnézium gőzképződés kezdetben igen heves, majd fokozottan lassuló intenzitással megy végbe, s gyakran le is áll.

Ezért a magnéziummal impregnált koksz fajlagos felhasználása elég számottevő, pl.

-2194947

0,05-0,06 t% kiinduló kéntartalmú folyékony nyersvas 0,01 t% körüli végső kéntartalmának biztosítására 1,5-1,8 kg/t szükséges belőle. Ennek következtében a magnézium hasznosulási foka kicsi, 45-55 % közötti. Mivel a magnéziummal impregnált koksz világpiaci ára magas, az eljárás technológiai hátrányai és költségessége miatt csak korlátozott mértékben terjedt el.

A magnézium folamatos adagolását biztosító másik eljárás a granulált magnézium folyékony nyersvasba való injektálása. A kéntelenítő reagens 0,5-1,5 mm szemnagyságú magnézium granália, amelyet speciális eljárással állítanak elő. összetétele kb. 90 t% magnézium és 10 t% alkálifémsó keverék.

A granulált magnéziumot a kohászatban ismert injektáló szerkezetek bármelyikével adagolhatják a folyékony nyersvasba, hordozógázként nitrogén vagy száraz levegő használatos. Fajlagos felhasználása kisebb a magnéziummal impregnált kokszénál, pl. 0,050,06 t% kiinduló kéntartalmú folyékony nyersvas 0,01 t% körüli végső kéntartalmának biztosítására 0,8-1,0 kg/t szükséges belőle. A magnézium hasznosulási foka 40-70 % közötti.

Hátrányai a körülményes gyártástechnológia, amely tömeges méretű előállítását ma még nehezen teszi lehetővé, továbbá a nagy magnéziumtartalmat kisérő erőteljes vasfröccsenés, füst- és fényképződés, amely még folyamatos injektálás esetén is oly mértékben fellép, hogy a kéntelenítő kezelést csak 60-70 %-os üsttelítés mellett lehet lefolytani. Ez a kentelenítés műveletét technológiailag szétaprózza és a kohó-keverőcsarnok közötti nyersvas szállítás ütemességét megszakítja. Ezért ez a módszer tömeges nyersvas kéntelenítésére ma még nem terjedt el.

Űjabban magnéziumpor és égetett mészpor keverékét használják, amelyet a folyékony nyersvasba injektálnak (pl. a 3 998 625 sz. USA szabadalom). A magnéziumpor és az égetett mészpor keverék tömegaránya 1:7-10szeres. A módszer előnye a fuvatás alatti nyugodtabb vas-magnézium reakció, hátránya a nagy mennyiségű égetett mészhányad, amely az eljárást nehézkessé teszi, továbbá a salakmennyiséget rendkívül megnöveli. Ezenkívül a nagy mennyiségű mészpor használata költséges munka- és környezetvédelmi berendezések létesítését és üzemeltetését igényli.

A magnézium felhasználásának további új módja a magnézium, alumínium, szilícium főalkotókat tartalmazó ötvözet alkalmazása folyékony nyersvas kéntelenítésére (pl. a 171 849 sz. magyar szabadalom). Az ötvözetet 0,5-5,0 mm szemnagyságban injektálással juttatják a folyékony nyersvasba. Előnyei közé tartozik az egyszerű és biztonságos gyárthatóság, valamint a szabályozható adagolás, hátránya a közepes magnézium hasznosulás a kéntelenítés során.

A kéntartalom csökkentésére és a , kedvező nemfémes zárványok kiküszöbölésére olyan eljárásban, amikor a vasalapú olvadék szerkezetét kívánták modifikálni ötvözéssel annak érdekében, hogy szerkezete gömbgrafitossá váljék, a 2 034 900 ljsz. NSZK szabadalom leírása szerint a Ca-Si főötvözőket tartalmazó ötvözetben legfeljebb 10 tömeg% Mg tartalom mellett, nem kötelezően már alkalmaztak legfeljebb 12 tömeg% báriumot is, a kötelező ritkaföldfém jelentős mennyisége mellett; de a kéntartalom a tized t% nagyságrendben maradt.

Találmányunk lényege az a felismerés, hogy a magnéziumot, alumíniumot és szilíciumot tartalmazó ötvözethez 3,0-20,0 tömeg% báriumot ötvözve, a magnézium hasznosulási foka tovább növelhető nyersvas kéntelenítésénél.

A találmány tehát magnézium-, alumínium-, vas-, szilíciumalapú ötvözet vasalapú olvadékhoz, amely ötvözet 10-60 tömeg% magnéziumot, 0,5-50 tömeg% alumíniumot,

5-60 tömeg% szilíciumnak megfelelő ferroszilíciumot és 3,0-20,0 tömeg%-nak megfelelő bárium-szilicidet tartalmaz.

A találmány szerinti összetételű, magnéziumot, alumíniumot, szilíciumot és báriumot — mint főalkotókat — tartalmazó komplex kéntelenítő ötvözet használata vasalapú olvadékok kéntelenítésekor tehát azzal az előnnyel jár elsősorban, hogy a magnézium hasznosulás megnövekedése következményeként ugyanazon mennyiségű magnézium felhasználásával alacsonyabb kéntartalmakat kapunk, vagy ugyanazt a kéntelenítő hatást kevesebb magnézium felhasználásával érhetjük el.

A találmány szerinti ötvözet további előnye, hogy a magnézium és a bárium az ötvözetalkotók összeolvasztása során komplex MgBaSi és MgBaAl alakban stabil vegyületeket képez, ennek következtében az ötvözet gyártása védőgáz, pl. argon, vagy védő sótakaró használatát nem igényli. Az ötvözet a 171374 lajstromszámú magyar szabadalommal védett eljárással elektromos (indukciós vagy ellenállásfűtésű) kemencében állítható elő. Ugyanezen okból a lecsapolt ötvözet lehűlése, majd aprítása során sem lép fel a nagy magnéziumtartalmú ötvözetekre jellemző öngyulladás, ezért az ötvözet különleges védőberendezések nélkül egyszerűen és biztonságosan gyártható.

Az új ötvözet további előnye még, hogy a folyékony nyersvasba juttatásakor a magnézium-bárium végyületek bomlása időt vesz igénybe és hőfogyasztó endoterm reakcióként játszódik le, ezért a vasalapú olvadékban a magnézium gőzképződés és a bá'ium oldódás nagy térfogati eloszlásban, kés’eltetve indul meg. További következményeként a kéntelenítési reakciót kísérő zavarójelenségek, mint a vasfröccsenés, fény- és füstképződés elmarad, vagy jelentősen csökken,

-3194947 ennek következtében az üsttelítettség 80% fölé emelhető.

A találmány szerinti komplex ötvözetet célszerűen injektálással juttatják a vasalapú olvadékba. Hordozógázként nitrogén, száraz 5 levegő, argon vagy földgáz egyaránt használható. Az injektálás időtartama rövid, pl.

100 t folyékony nyérsvas kéntelenítésekor

5-10 percet tesz ki. A kéntelenítéshez szükséges ötvözetmennyiséget az ötvözet mag- 10 nézium és bárium tartalma határozza meg, kísérleteink szerint pl.(0,05-0,06 t% kiinduló kéntartalmú nyersvas 0,01 t% körüli kéntartalomra való csökkentésére 0,04-0,05 t% fém magnézium és 0,004-0,005 t% bárium ₁₅ szükséges, ami 50% magnézium és 0,5 t% báriumtartalmú ötvözet esetén 0,08-0,10 t%, azaz 0,8-1,0 kg/t komplex ötvözet mennyiségnek felel meg.

Az ismertetésre kerülő példákban a kén- ²⁰ tartalom csökkenés és a magnézium kihozatal jellemző értékeit a következő összefüggések alapján számítottuk:

Abszolút kéntartalom csökkenés:

ς,ο/ _ c 0/ ahol S*% a kiinduló kéntartalmat,

S„% a kéntelenítés utáni végső kéntaltalmat jelenti.

A kéntelenítés hatásfoka.

^s*% — _<1θθ%

Z>k/o

A magnézium hasznosulási foka:

0,76> (S*% — S_o%) _Inno/

-Mg%--^100/o ahol 0,76 a stöchiometriai állandó,

Mg% az adagolt magnézium mennyisége.

Találmányunkat közelebbről konkrétan az alábbi kiviteli példákon keresztül mutatjuk be:

1. példa öntőüstben 1320°C hőmérsékletű C= =4,08 tömeg%, Si=0,82 tömeg%, Mn= =0,56 tömeg%, P=0,046 tömeg% összetételű nyersvasat kéntelenítettünk 1,0 kg/t mennyiségű, 0,6-2,5 mm szemcsenagyságú hagyományos (Mg=39,6 tömeg%, Si=36,3 tömeg%, A1=12,8 tömeg%, Fe=ll,3 tömeg% összetételű) kéntelenítő ötvözettel és a találmány szerinti (Mg=39,5 tömeg%, Si= ==24,9 tömeg%, Al=12,6 tömeg%, Fe=l 1,4 tömeg%, Ba=ll,6 tömeg% összetételű) kéntelenítő ötvözettel, amikor is az alábbi eredményeket kaptuk az összehasonlító kísérlet során:

Megnevezés	Hagyományos Találmány szeötvözet rínti ötvözet
A nyersvas-kéntattalom kéntelenítés előtt /Sfc %/	0,046 tömeg% 0,046 tömeg%
A nyersvas-kéntartalom kéntelenítés után /S %/ V	0,018 tömeg% 0,010 tömeg%
Az abszolút kéntartalom csökkenés /S, % - S %/ k v	0,028 tömeg% 0,036 tötneg%

A kéntelenítés hatásfoka

S % - S 7,

---- 100/ 60,86% 78,26%

O, /0 k

A magnézium hasznosulási foka /0,76/S % - S %

-------£—7-------100/ 53,73% 69,27%

2. példa öntőüstben 1340°C hőmérsékletű C=4,01 tömeg%, Si=0,92 tömeg%, Mn=0,63 tömeg^. P=0,126 tömeg%, S=0,05 tömeg% összetételű nyersvasat kéntelenítettünk

3,5 kg/t mennyiségű, 0,6-2,5 mm szemcsenagyságú hagyományos (Mg= 10,26 tömeg%, 4

Si=60,14 tömeg%, Al=0,50 tömeg%, Fe= 60 =29,10 tömeg% összetételű) kéntelenítő ötvözettel és a találmány szerinti (Mg= 10,25 tömeg%, Si=59,93 tömeg%, Al=0,51 tömeg%,

Fe=9,30 tömeg%, Ba=20,01 tömeg% öszszetételű) kéntelenítő ötvözettel, amikor is ₆₅ az alábbi eredményeket kaptuk az összehasonlító kísérlet során:

-4194947

Megnevezés

Hagyományos Találmány szeötvözet rinti ötvözet

A nyersvas-kéntartalom kéntelenítés előtt /S %/ 0,050 tömegé 0,050 tömeg%

K.

A nyersvas-kéntartalom kéntelenítés után /S %/ 0,020 tömeg% 0,010 tömeg%

Az abszolút kéntartalom csökkenés /S % - S %/ 0,030 tömeg% 0,040 tömeg%

K V

A kéntelenítés hatásfoka /S % - S % —--z—=-----100/ 60,00% 80,00%

Ű, Λ>

k

A magnézium hasznosulás! foka /0,76/S % - S %

-----------—-100/ 63,49% 84,73%

3. példa öntőüstben 1300°C hőmérsékletű C= =3,95 tömeg%, Si=0,98 tömeg%, Mn=0,61 tömeg%, P=0,122 tömeg%, S=0,06 tömeg% összetételű nyersvasat kéntelenítettünk 1 kg/t mennyiségű 0,6-2,5 mm szemcsenagyságú hagyományos (Mg=60,02 tömeg%,

Si==6,16 tömeg%, Al=32,43 tömeg%, Fe= =2,39 tőmeg% összetételű) kéntelenítő ötvözettel és a találmány szerinti (Mg=60,03 tömeg%, Si=9,24 tömeg%, Al=25,08 tömeg%, Fe=2,36 tömeg%, Ba=3,02 tömeg% öszszetételű) kéntelenítő ötvözettel, amikor is az alábbi eredményeket kaptuk:

Megnevezés

Hagyományos Találmány szeötvözet rinti ötvözet

A nyersvas-kéntartalom kéntelenítés előtt /S %/ 0,082 tömeg% 0,082 tömeg%

K

A nyersvas-kéntartalom kéntelenítés után /S %/ 0,051 tömeg 0,040 tömeg%

Az abszolút kéntartalom csökkenés /S % - S . %/ 0,031 tömeg% 0,042 tömeg%

K V

A kéntelenítés hatásfoka /S % - S %

----=----100/ 37,80% 51,22% ^bk ^Z

A magnézium hasznosulás! fo/0,76/S % - S %

-------£ _ϊ__._100/ 65,60% 88,97%

Mg % ’ ’

-5194947

A kísérletek során vasfröccsenés, fény- és füstképződés nem volt tapasztalható, az ötvözetek injektálását csupán a vasalapú olvadék fürdőmozgása kísérte.

A bemutatott példák eredményeiből kitűnik, hogy a találmány szerinti komplex ötvözeteknél a kéntelenítés hatásfoka a magnézium és a bárium tartalommal összefüggésben kiváló, a magnézium hasznosulás! foka 70-90% közötti és átlagosan 20-26 abszolút %-kal jobb, mint a hagyományos, mag10 nézium, alumínium, szilícium tartalmú kéntelenítő ötvözetek hasonló értékei.

Claims (1)

1. SZABADALMI IGÉNYPONT

   Magnéziumos kéntelenítő ötvözet vasalapú olvadékokhoz magnézium, alumínium, vas, szilícium alapon, azzal jellemezve, hogy az ötvözet 10-60 tömeg% magnéziumot, 0,5-50 tömeg% alumíniumot, 510 60 tömeg% szilíciumnak megfelelő ferroszilíciumot és 3,0-20,0 tömeg% báriumnak megfelelő bárium-szilicidet tartalmaz.