RU2208053C2

RU2208053C2 - Steel processing method

Info

Publication number: RU2208053C2
Application number: RU2000115609/02A
Authority: RU
Inventors: Э.Б. Тен
Original assignee: Тен Эдис Борисович
Priority date: 2000-06-20
Filing date: 2000-06-20
Publication date: 2003-07-10

Abstract

FIELD: metallurgy, in particular, liquid steel reduction and alloying with aluminum. SUBSTANCE: method involves obtaining reducer from aluminum and iron-base alloy; introducing obtained reducer into furnace or ladle with melt and solving therein; according to method, obtaining reducer in the form of composite with aluminum as low-melting point component and iron-base melt particles used as high-melting point reinforcing component; initiating diffusion of composite reducer in liquid steel at their density ratio of at least 0.5, continuing process while continuously increasing said ratio to 1.0-1.1 and stopping process at the ratio of 0.9-1.0. Aluminum diffusion is initiated and stopped before diffusion of iron-base melt particles, and aluminum diffusion process is accompanied with dispersion of composite reducer particles into separate fragments. Composite reducer is produced with steel or/and cast iron particles as high-melting point reinforcing component produced from iron-base melt. EFFECT: increased efficiency in processing of liquid steel by intensified aluminum diffusion, improved assimilation and uniform distribution thereof. 2 cl, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам раскисления и легирования стали алюминием. The invention relates to metallurgy, in particular to methods for the deoxidation and alloying of steel with aluminum.

Известен способ обработки жидкой стали алюминием в ковше путем погружения брусков алюминия в глубину расплава [1]. Достоинством способа является легкоплавкость и дешевизна используемого раскислителя. Недостаток способа - необходимость принудительного погружения алюминия в расплав в связи с его низкой плотностью и обеспечения вращательно-колебательного движения для улучшения его усвоения. Кроме того, расплавление алюминия происходит внутри оболочки из намороженной твердой корки стали, а растворение начинается после расплавления твердой корки. При этом расплавленный алюминий образует большие капли, которые быстро всплывают, имеют малую удельную поверхность взаимодействия с расплавом и потому плохо усваиваются жидкой сталью. Дополнительно к этому большие капли расплавленного алюминия становятся центрами локализации процесса растворения алюминия и соответственно процесса раскисления, что не способствует равномерному распределению алюминия в расплаве и достижению однородной раскисленности всего объема обрабатываемой жидкой стали. A known method of processing liquid steel with aluminum in a ladle by immersing aluminum bars in the depth of the melt [1]. The advantage of this method is the fusibility and low cost of the deoxidizer used. The disadvantage of this method is the need for forced immersion of aluminum in the melt due to its low density and the provision of rotational-vibrational motion to improve its absorption. In addition, the melting of aluminum occurs inside the shell of the frozen hard crust of steel, and dissolution begins after the melting of the hard crust. In this case, molten aluminum forms large droplets that quickly float, have a small specific surface for interaction with the melt, and therefore are poorly absorbed by liquid steel. In addition, large drops of molten aluminum become centers of localization of the dissolution of aluminum and, accordingly, of the deoxidation process, which does not contribute to a uniform distribution of aluminum in the melt and to achieve uniform deoxidation of the entire volume of processed liquid steel.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ обработки жидкой стали алюминием, включающий предварительное приготовление раскислителя из алюминия и стали путем их сплавления в ферроалюминий, ввод полученного сплава в печь или ковш и последующее растворение в жидкой стали [2]. Высокая плотность ферроалюминия, которая больше, чем у шлака, но близка к плотности жидкой стали, препятствует всплыванию его в шлак и обеспечивает повышение степени усвоения алюминия. Однако высокая температура плавления используемого ферроалюминия (свыше 1400^oС) и наличие в нем интерметаллидов Fe₃Al и FeAl, растворение которых протекает с поглощением тепла, не способствует быстрому его растворению и достижению высокой степени усвоения алюминия.The closest to this invention in terms of technical nature and the achieved result is a method of treating liquid steel with aluminum, including preliminary preparation of a deoxidizer from aluminum and steel by alloying them in ferroaluminium, introducing the resulting alloy into a furnace or ladle and then dissolving it in liquid steel [2]. The high density of ferroaluminium, which is greater than that of slag, but close to the density of liquid steel, prevents it from floating into the slag and provides an increase in the degree of assimilation of aluminum. However, the high melting point of the ferroaluminium used (above 1400 ^o C) and the presence of Fe ₃ Al and FeAl intermetallic compounds in it, the dissolution of which proceeds with the absorption of heat, does not contribute to its rapid dissolution and achievement of a high degree of aluminum absorption.

Задачей изобретения является синтез нового способа обработки жидкой стали алюминием, в котором сочетаются достоинства указанных выше способов при минимизации их недостатков и обеспечивается высокая эффективность усвоения алюминия. The objective of the invention is the synthesis of a new method of processing liquid steel with aluminum, which combines the advantages of the above methods while minimizing their disadvantages and ensures high efficiency of aluminum absorption.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе обработки стали, включающем предварительное получение раскислителя из алюминия и сплава на основе железа, ввод его в печь или ковш и растворение в жидкой стали, раскислитель получают в виде композита с алюминием в качестве легкоплавкого матричного компонента и частицами сплава на основе железа в качестве тугоплавкого армирующего компонента, а растворение композитного раскислителя в жидкой стали начинают при отношении их плотностей не менее 0,5, продолжают при непрерывном его увеличении до 1,0-1,1 и заканчивают при 0,95-1,0. При этом композитный раскислитель получают со стальными или/и чугунными частицами в качестве тугоплавкого армирующего компонента из сплава на основе железа. The essence of the invention lies in the fact that in the method of processing steel, which includes the preliminary preparation of a deoxidizer from aluminum and an alloy based on iron, its introduction into a furnace or ladle and dissolution in liquid steel, the deoxidizer is obtained in the form of a composite with aluminum as a low-melting matrix component and particles an iron-based alloy as a refractory reinforcing component, and the dissolution of the composite deoxidizer in liquid steel begins with a ratio of their densities of at least 0.5, and continues with continuous increase AI to 1.0-1.1 and finish at 0,95-1,0. In this case, a composite deoxidizer is obtained with steel and / or cast-iron particles as a refractory reinforcing component of an iron-based alloy.

Получение раскислителя в виде композита с алюминием в качестве матричного компонента обеспечивает сохранение алюминия в исходном легкоплавком состоянии и равномерное распределение его по всему объему композитного раскислителя. А получение его с частицами сплава на основе железа в качестве тугоплавкого армирующего компонента обеспечивает необходимое утяжеление раскислителя, повышение его плотности без изменения физического состояния алюминия в раскислителе. Obtaining a deoxidizer in the form of a composite with aluminum as a matrix component ensures the preservation of aluminum in its initial low-melting state and its uniform distribution over the entire volume of the composite deoxidizer. And obtaining it with particles of an alloy based on iron as a refractory reinforcing component provides the necessary weighting of the deoxidizing agent, increasing its density without changing the physical state of aluminum in the deoxidizing agent.

При относительной плотности композитного раскислителя не менее 0,5 от плотности жидкой стали он не всплывает в шлак, а вовлекается в циркуляционный поток расплава при его перемешивании. Ввиду большой разницы температур плавления матричного и армирующего компонентов композитного раскислителя сначала в жидкой стали растворяется только алюминий. По мере растворения алюминия плотность композитного раскислителя возрастает и приближается к плотности жидкой стали, затем становится равной и даже больше нее. Последнее имеет место к моменту завершения растворения алюминия, когда плотность остатка от исходного раскислителя становится равной плотности армирующего компонента, т.е. плотности частиц твердой стали или твердого чугуна. При этом отношение их плотностей к плотности жидкой стали равно 1,0 и 1,1 соответственно для случаев обработки расплава композитным раскислителем с чугунным и стальным армирующим компонентом. После расплавления армирующего компонента и до его полного ассимилирования в жидкой стали эти отношения снижаются соответственно до 0,9 и 1,0. Повышение плотности композитного раскислителя в процессе его растворения в жидкой стали способствует более глубокому погружению в расплав и более полному усвоению алюминия. Кроме того, при обработке жидкой стали композитным раскислителем в расплаве не формируются большие капли раскислителя и соответственно центры раскисления. После расплавления алюминия фрагменты (куски) композитного раскислителя диспергируют на более мелкие фрагменты, которые быстро рассредоточиваются по всему объему расплава. При этом жидкий алюминий удерживается на поверхности частиц армирующего компонента, не всплывая к границе раздела металл-шлак, а мигрируя вместе с армирующими частицами под действием конвективных потоков и обеспечивая равномерное распределение алюминия в расплаве. When the relative density of the composite deoxidizing agent is not less than 0.5 of the density of liquid steel, it does not float into the slag, but is drawn into the melt circulation stream when it is mixed. Due to the large difference in the melting temperatures of the matrix and reinforcing components of the composite deoxidizer, only aluminum is first dissolved in the liquid steel. As aluminum dissolves, the density of the composite deoxidizer increases and approaches the density of liquid steel, then becomes equal to and even greater than that. The latter takes place at the moment of completion of the dissolution of aluminum, when the density of the residue from the initial deoxidizer becomes equal to the density of the reinforcing component, i.e. particle density of solid steel or solid iron. At the same time, the ratio of their densities to the density of liquid steel is 1.0 and 1.1, respectively, for cases of processing the melt with a composite deoxidizer with a cast iron and steel reinforcing component. After the reinforcing component is melted and until it is completely assimilated in liquid steel, these ratios decrease to 0.9 and 1.0, respectively. An increase in the density of the composite deoxidizer during its dissolution in liquid steel promotes deeper immersion in the melt and a more complete assimilation of aluminum. In addition, when treating liquid steel with a composite deoxidizer, large drops of deoxidizer and, accordingly, deoxidation centers are not formed in the melt. After the aluminum is melted, the fragments (pieces) of the composite deoxidizer are dispersed into smaller fragments, which quickly disperse throughout the entire volume of the melt. In this case, liquid aluminum is retained on the surface of the particles of the reinforcing component, not floating up to the metal-slag interface, but migrating together with the reinforcing particles under the action of convective flows and ensuring a uniform distribution of aluminum in the melt.

Пример выполнения способа
Композитный раскислитель получают из чушкового алюминия и частиц армирующего компонента из чугуна и стали. В индукционной печи расплавляют алюминий и в полученный расплав замешивают частицы армирующего компонента, тщательно перемешивают и разливают в изложницы. Раскислитель по прототипу (ферроалюминий) получают смешением жидкой стали с жидким алюминием в ковше и также разливают в изложницы.An example of the method
A composite deoxidizer is obtained from pig aluminum and particles of a reinforcing component of cast iron and steel. In an induction furnace, aluminum is melted and the particles of the reinforcing component are mixed into the obtained melt, mixed thoroughly and poured into molds. The prototype deoxidizer (ferroaluminium) is obtained by mixing liquid steel with liquid aluminum in a ladle and is also poured into molds.

Раскисляемую сталь 20 выплавляют в 6-т дуговой электропечи и выпускают в ковш при 1600^oС. После наполнения ковша расплавом на 1/5-1/4 высоты в него забрасывают куски композитного раскислителя или ферроалюминия из расчета введения в расплав 0,10% алюминия. Варианты способа обработки жидкой стали композитным раскислителем (варианты 1-5) и ферроалюминием (вариант 6) приведены в таблице.The deoxidized steel 20 is smelted in a 6-arc electric furnace and released into the ladle at 1600 ^o C. After filling the ladle with melt at 1 / 5-1 / 4 heights, pieces of a composite deoxidizer or ferroaluminum are thrown into it at the rate of introducing 0.10% aluminum into the melt . Variants of the method for processing liquid steel with a composite deoxidizer (options 1-5) and ferroaluminium (option 6) are given in the table.

При обработке жидкой стали композитным раскислителем куски его увлекаются падающей струей и замешиваются в расплав. При этом они сразу же покрываются коркой затвердевшей стали. Под этой коркой композитный раскислителъ сначала прогревается, затем алюминий расплавляется, но частицы армирующего компонента остаются в твердом состоянии. После расплавления твердой корки начинается растворение алюминия. К этому моменту относительная плотность композитного раскислителя с начальных значений 0,55-0,75 снижается вследствие расплавления алюминия до 0,50-0,70. По мере растворения она повышается до 1,0-1,1 и затем к моменту полного расплавления частиц армирующего компонента вновь снижается до 0,9-1,0. Процесс растворения алюминия сопровождается диспергированием крупных фрагментов композитного раскислителя на более мелкие фрагменты и рассредоточением их по всему объему расплава в ковше. Такая динамика изменения плотности обеспечивает длительное блуждание мелких фрагменов композитного раскислителя в объеме жидкой стали до момента полной ассимиляции в ней. When processing liquid steel with a composite deoxidizer, its pieces are carried away by a falling stream and kneaded into the melt. At the same time, they immediately become covered with a crust of hardened steel. Under this crust, the composite deoxidizer first heats up, then the aluminum melts, but the particles of the reinforcing component remain in the solid state. After melting the hard crust, dissolution of aluminum begins. At this point, the relative density of the composite deoxidizer from the initial values of 0.55-0.75 is reduced due to the melting of aluminum to 0.50-0.70. As it dissolves, it rises to 1.0-1.1 and then, by the time the particles of the reinforcing component are completely melted, it again decreases to 0.9-1.0. The process of dissolution of aluminum is accompanied by dispersion of large fragments of the composite deoxidizer into smaller fragments and their dispersion throughout the entire volume of the melt in the ladle. This dynamics of density changes provides a long wandering of small fragments of a composite deoxidizer in the volume of liquid steel until complete assimilation in it.

При обработке стали по прототипу при такой же начальной относительной плотности раскислителя (0,76) растворение алюминия начинается при относительной его плотности 0,66, продолжается при постепенном ее понижении и заканчивается при относительной плотности 0,63. При этом растворение алюминия происходит одновременно с растворением железа, причем протекает с поглощением тепла и заторможенно из-за связанности алюминия в интерметаллиды и относительно высокой температуры плавления. Кроме того, из каждого куска ферроалюминия формируется отдельная капля раскислителя, поэтому процесс раскисления жидкой стали по прототипу локализуется в местах миграции этих капель, затрудняя быстрое и равномерное распределение раскислителя по объему расплава. When processing steel according to the prototype with the same initial relative density of a deoxidizer (0.76), the dissolution of aluminum begins at a relative density of 0.66, continues with a gradual decrease in density, and ends at a relative density of 0.63. In this case, the dissolution of aluminum occurs simultaneously with the dissolution of iron, and proceeds with the absorption of heat and is inhibited due to the binding of aluminum to intermetallic compounds and a relatively high melting point. In addition, a separate drop of a deoxidizer is formed from each piece of ferroaluminium, therefore, the process of deoxidation of liquid steel according to the prototype is localized in the places of migration of these drops, making it difficult to quickly and uniformly distribute the deoxidizer throughout the melt volume.

Сравнительное сопоставление данных показывает, что при обработке жидкой стали по заявленному способу сначала растворяется алюминий, а затем железосодержащая часть композита. При обработке жидкой стали по прототипу все компоненты раскислителя растворяются вместе. Поэтому растворение алюминия из композитного раскислителя завершается раньше, чем из ферроалюминия. Кроме того, в первом случае процесс растворения алюминия в жидкой стали сопровождается диспергированием композитного раскислителя на фрагменты и измельчением и рассредоточением центров раскисления. Поэтому степень локализации центров раскисления в этом случае мало зависит от начальных размеров кусков раскислителя. Во втором случае степень локализации центров раскисления целиком зависит от начальных размеров кусков раскислителя. Наконец при обработке жидкой стали композитным раскислителем растворение алюминия сопровождается существенным (в 1,5-2 раза) увеличением плотности раскислителя. При обработке жидкой стали по прототипу при одинаковой начальной плотности раскислителя растворение алюминия сопровождается незначительным ее снижением. Поэтому при обработке жидкой стали по заявленному способу раскислитель лучше замешивается в расплаве и алюминий быстрее и полнее усваивается, равномернее распределяется. A comparative comparison of the data shows that when processing liquid steel according to the claimed method, aluminum is first dissolved, and then the iron-containing part of the composite. When processing liquid steel according to the prototype, all deoxidizing components dissolve together. Therefore, the dissolution of aluminum from a composite deoxidizer is completed earlier than from ferroaluminium. In addition, in the first case, the process of dissolution of aluminum in liquid steel is accompanied by dispersion of the composite deoxidizer into fragments and grinding and dispersion of deoxidation centers. Therefore, the degree of localization of deoxidation centers in this case depends little on the initial sizes of pieces of deoxidizer. In the second case, the degree of localization of deoxidation centers depends entirely on the initial sizes of pieces of deoxidizing agent. Finally, when treating liquid steel with a composite deoxidizer, the dissolution of aluminum is accompanied by a significant (1.5–2 times) increase in the deoxidizer density. When processing liquid steel according to the prototype, at the same initial deoxidizer density, the dissolution of aluminum is accompanied by a slight decrease. Therefore, when processing liquid steel according to the claimed method, the deoxidizer is better kneaded in the melt and aluminum is more quickly and more fully absorbed, more evenly distributed.

Таким образом, применение изобретения обеспечивает повышение эффективности обработки жидкой стали алюминием за счет более быстрого растворения алюминия, лучшего его усвоения и равномерного распределения. Thus, the application of the invention provides an increase in the efficiency of processing liquid steel with aluminum due to faster dissolution of aluminum, better absorption and uniform distribution.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1025731, С 21 С 7/00, 1983.Sources of information
1. USSR author's certificate 1025731, C 21 C 7/00, 1983.

2.Мчедлишвили В.А. Термодинамика и кинетика раскисления стали. - М.: Металлургия, 1978, с.204-205. 2.Mchedlishvili V.A. Thermodynamics and kinetics of steel deoxidation. - M.: Metallurgy, 1978, p.204-205.

Claims

1. A method of treating liquid steel with aluminum, including the preliminary preparation of a deoxidizer of aluminum and an iron-based alloy, its introduction into a furnace or a ladle with a melt and dissolution in it, characterized in that the deoxidizer is obtained in the form of a composite with aluminum as a low-melting matrix component and particles of an alloy based on iron as a refractory reinforcing component, and the dissolution of the composite deoxidizer in liquid steel begins with a ratio of their densities of at least 0.5, continue with a continuous increase to 1.0-1.1 and end at 0.9-1.0, and the dissolution of aluminum begins and ends before the dissolution of the alloy based on iron, and in the process of dissolution of aluminum, the composite deoxidizer disperses into individual fragments.

2. The method according to claim 1, characterized in that the composite deoxidizer is obtained with steel and / or cast-iron particles as a refractory reinforcing component of an alloy based on iron.