SU1585342A1 - Шлакообразующа смесь - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к черной металлургии, а именно к шлакообразующим смес м дл  защиты зеркала металла от окислени , и может быть использовано при легировании и раскислении стали в ковше, особенно автоматной и повышенной обрабатываемости резанием. Целью изобретени   вл етс  экономи  легирующих и раскислителей при обработке стали в ковше. Шлакообразующа  смесь содержит, мас.%: оксид кремни  32-55

оксид железа 0,2-12,0

оксид кальци  2-9

оксид магни  1-4

сумму оксидов натри  и кали  0,7-4,0

оксид марганца 0,2-5,0

оксид алюмини  10-26

углерод 4-28

серу 0,1-3,0 и селен 0,003-0,3. Применение смеси позвол ет снизить угар легирующих из стали при разливке: кремни  на 2-12%

алюмини  на 2-30%

кальци  на 2-10%

серы на 15-60% и марганца на 4-10%. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Description

Изобретение относитс  к черной металлургии, а именно к шлакообразующим смес м дл  защиты зеркала металла от окислени , и может быть использовано при легировании и раскислении-стали в ковше, особенно, автоматной и повышенной обрабатьшаемости резанием.

Цель изобретени  - экономи  легирующих и раскислителей при обработке стали в ковше.

Предлагаема  шлакообразующа  смесь содержит оксид кремни , оксид алюмини , оксид железа, оксид кальци , оксид магни , оксид натри , оксид кали , углерод, оксид марганца, селен и серу при следующем соотношении

компонентов, мас.%:

Оксид кремни  32-55

Оксид железа . 0,2-12,0

Оксид кальци  2-9

Оксид магни 1-4

Оксиды щелочных

металлов

Оксид марганца

Оксид алюмини 

Углерод

0,7-4,0

0,2-5,0

10-26

4-28

0,1-3,0

0,003-0,3

Сера

Селен

В качестве оксидов щелочных металлов используют оксиды натри  и кали .

, При содержании в смеси двуокиси кремни  менее 32%.сталь загр зн етс  силикатами из-за высокой адгезии шлака к металлу. При содержании более 55% наблюдаетс  интенсивный износ основной футеровки ковшей. Аналогично при содержании СаО менее 2% шлак получаетс  слишком кислым и энергично взаимодействующим с футе- ровкой. При СаО более 9% сталь загр зн етс  силикатами из-за высокой адгезии шлака к металлу, а также в результате повьш1ени  основности шлака увеличиваетс  коэффициент ак тивности оксидов железа в шлаке, что приводит к снижению степени усвоени  раскислителей. Содержание оксида алюмини  вьйрано в пределах от 10 до 26 а оксида магни  от 1 до 4% с целью обеспечени  оптимальной температуры плавлени  смеси. При содержании указанных окислов ниже нижних пределов смесь получаетс  тугоплавкой и в ковше не расплавл етс , поэтому шлако- вый покров не образуетс , металл подвергаетс  интенсивному окислению кислородом воздуха. С увеличением содержани  оксидов алюмини  и магни  температура плавлени  смеси становит с  ниже, чем температура стали в ковше . Однако при содержании оксида алюмин1   Bbmie 26% шлак получаетс  слишком густьм, период формировани  шлака зат гиваетс , усвоение легиру- ющих и раскислителей получаетс  низким . Оксид магни  оказьшает, наобо- poTj разжижающее действие. При содержании оксида магни  более 4% шлак получаетс  слишком жидкоподвижным, что приводит к повышению скорости взаимодействи  шлака с металлом и, следовательно, к снижению степени усвоени  легирующих и раскислителей.

Оксиды натри  и кали  способству- ют благодар  своей легкоплавкости, быстрому расплавлению смеси и формированию гомогенного, обладающего оптимальными физико-химическими свойствами шлака,. При их суммарном содержании менее 0,7% процесс наведени  шлака недопустимо зат гиваетс , что приводит к окислению металла кислородом воздуха. При суммарном содержании оксидов натри  и кали  более 4,0% шлак получаетс  излишне жидкоподвижным, что приводит к снижению степени усвоени  раскислителей и легирующих. Поскольку оксиды же

Q - Q

0

леза оказьшают большое вли ние на физико-х имические характеристики щлака, содержание оксида железа регламентируетс  в пределах от 0,2 до 12,0%. При содержании оксида железа менее О,2% шлак получаетс  недостаточно жидкоподвижным, из-за чего его формирование зат гиваетс  на длительный период, что приводит к окислению металла кислородом воздуха в начальный период выпуска металла из печи. При содержании оксида .железа более 12,0% шлак приобретает недопустимо высокий окислительный потенциал из-за высокой активности оксидов железа в шлаке, окисл ющих легирующие элементы и раскислители и тем самым снижающих степень их усвоени , а также происходит запутывание шлака в металле, из-за чего его механические свойства ухудшаютс . Содержание углерода ниже 4% не обеспечивает восстановительную атмосферу вблизи зеркала металла в достаточной степени. Увеличение содержани  углерода более 28% при применении смеси дл  защиты зеркала металла в ковше фактически не способствует дальнейшему понижению окислительного воздействи  смеси и повьшзению степени защиты жидкого металла от окислени  воздушной атмосферой , но неоправданно удорожает смесь.

Дополнительное введение серы и селена вызвано необходимостью снижени  окислительного воздействи  шлака на металл за счет уменьшени  коэффициента активности кислорода в шлаке. Сера и селен в шлаковых расплавах  вл ютс  поверхностно-активными элементами и концентрируютс  в поверхностном слое шлака, тем самьм вытесн   ионы кислорода из зоны реакционного взаимодействи  шлака с другими фазами - воздухом и жидким металлом, в результате чего активность кислорода в шлаке и скорость взаимодействи  .шлака с металлом резко снижаютс , а степень усвоени  . легирующих и раскислителей значительно возрастает.

Снижение активности кислорода в шлаке предлагаемого состава про вл етс  при содержании серы более 0,1%.

При дальнейшем увеличении содержани  серы происходит разжижение шла ка, в результате чего скорость взаимодействи  шлака с металлсад возрастает , что снижает положительное воздействие серы по снижению коэффициента активности кислорода в шлаке.

При повышении содержани  серы в .шлаке более 3% прирост скорости реакции окислени  металла шлаком в св зи с увеличением его жидкоподвижности превалирует над ее замедлением от снижени  активности кислорода в поверхностном слое шлака за счет добавки серы, поэтому увеличение содержани  серы вьше 3% приводит к снижению степени усвоени  легирующих и раскислителей.

В св зи с возможностью частичного перехода серы из шлака в металл применение смесей с высоким содержанием серы рекомендуетс  дл  производства сталей повьш1енной обрабатьшаемости резанием типа селенистых кальций- содержащих и евилцовистых. Смеси с низким содержанием серы могут широко использоватьс  дл  производства р довых и качественных сталей.

Однако за счет дополнительного введени  только серы не удаетс  достигнуть в достаточной степени снижени  активности кислорода, поэтому в данную смесь дополнительно введен еще более поверхностно-активный элемент - селен. В св зи с высокой ток сичностью селена верхний предел его содержани  (0,3%) ограничен на уровне, при котором присутствие в воздухе рабочей зоны двуокиси селена не превышает предельно допустимых концентраций. При более высоких содержани х селена в смеси (0,35%) концентраци  двуокиси селена в воздухе рабочей зоны подручного сталевара превышает предельно допустимую концентрацию (0,1 мг/м). При содержании селена в смеси менее 0,003% не обеспечиваетс  в достаточной степени эффект по снижению активности кислорода в поверхностном слое шлака и усвоение легирующих и раскисл ющих эле

5

0

5

0

5

0

5

оксид железа и оксид марганца. В св зи с высоким содержанием двуокиси кремни  п смеси предлагаемого состава при ее расплавлении в ковше наводитс  шлак, состо щий из сложных алюмокремнекислородных анионов, замыкающихс  и соединенных друг с другом катионами кальци , магни , марганца , кали  и натри . В таких комплексных единичных элементах расплава ионы кислорода имеют тесную взаимосв зь с кремнием и алюминием. Свободных ионов кислорода, а следовательно , и катионов в таких расплавах очень мало. Катионы железа при металлургических процессах способствуют переносу кислорода из окислительной атмосферы в металл по следующему механизму. Двухвалентные катионы железа при контакте шлака, например, с воздушной атмосферой, взаимодейству  и присоедин   к себе кислород воздуха, переход т в трехвалентные. В результате этого в шлаковом покрове возникает градиент концентрации катионов трехвалентного железа, что обуславливает их перемещение в спой, контактирующий с жидким металлом, где они восстанавливаютс  легирующими элe eнтaми и раскислител ми с одновременным окислением и переходом в шлак последних, т.е. с угаром легирующих элементов и раскислителей. Поскольку концентраци  двухвалентных катионов железа в сло х, контактирующих с металлом, низка , а в сло х, контактирующих с в оздушной атмосфе- .рой, высока , то одновременно происходит массоперенос двухвалентных катионов железа из слоев, контакти- р- тощих с металлом в слои, контактирующие с воздухом., где они снова ОКИСЛ5ПОТСЯ, и затем оп ть поступают в слон, контактирующие с металлом.

, Двухвалентный катион марганца имеет примерно такие же размеры, электрической зар д, атомНую массу и т.д. как у двухвалентного катиона

ментов получаетс  относительно низким,gQ железа.

Положительное воздействие селенаПоверхностный слой шлака, получаи серы на усвоение и снижение расхода легирующих и раскислителей резко ус.и- ливаетс  при наличии в смеси марганца по следу1ощему механизму.

Наименее устойчивыми окислами в шлаках предлагаемого состава и, следовательно , окислител ми легирующих элементов и раскислителей  вл ютс 

55

ющегос  при расплавлении предлагаемой смеси, обогащен ионами серы и селена. Значительное сродство к сер е и селену из вход щих в состав смеси ионов имеют катионы кальци , магни , железа (II), марганца, натри  и кали . Однако, катионы кальци , магни , натри  и кали  практически

полностью св заны с алюмокремнекислородными комплексами, про вл ющими  рко выраженные кислотные свойства, поэтому вместе с серой и селеном в поверхностных сло х шлака и первые моменты после расплавлени  смеси концентрируютс  катионы марганца и железа (II) .Концентраци  катионов марганца и железа в поверхност- ном слое определ ютс  их активностью в шлаке, а также сродством к сере и селену, которые при температуре стали в ковше (1500-1600 с) у марганца значительно вьше, чем у железа поэтому концентраци  марганца в поверхностном слое шлака, получающегос  при расплавлении предлагаемой смеси, на один-два порк дка вьш1е, чем железа (при соблюдении пред- лагаёмого отношени  содержаний оксида железа к оксиду марганца). Таким образом, благодар  наличное в шлаке серы и селена,  вл ющихс  поверхностно-активными элементами, а также марганца резко ограничиваетс  поступление в поверхностный слой шлака не только анионов кислорода, что выражаетс  в снижении скорости его окислительного взаимодействи  с метал- лом, но и катионов железа, в результате чего сн ижаетс  скорость взаимодействи  шлака с кислородом воздуха, т.е. скорость переноса кислорода из воздуха в металл,

I

Экспериментально установлено, что при содержании МпО менее 0,2% металл энергично взаимодействует со шлаком, массоперенос кислорода из воздуха в в металл происходит в недопустимой степени, что приводит к дополнительному расходу раскислителей и угару легирующих элементов. Взаимодействие шлака с металлом и кислородом воздуха в достаточной мере притормаживаетс  при массовой доле оксида марганца, равной 0,2%..С повьппением содержани  оксида марганца происходит дальнейшее снижение скорости окислени  легирующих элементов и раскислителей за счет кислорода воздуха . Однако при увеличении массовой доли оксида марганца вьше 5% получаетс  чрезмерно жидкоподвижный шлак и скорость реакции окислени  легирующих элементов и раскислителей возрастает, т.е. их степень полезног использовани  снижаетс .

Пример. Сталь марки АЦ-45 выплавл ли в индукционной печи с предварительным раскислением силико марганцем в печи и окончательные раскислением кремнием, алюминием и силикокальцием в ковше. Дл  обеспечни  марочного содержани  серы в ков присаживали также серный колчедан. Перед началом выпуска металла из печи на дно ковша помещали предлагаемую или известную шлакообразующие смеси. Расход смесей составл л 2 кг/т стали. Кроме того, проводились плавки по общеприн той технологии , т.е. без применени  шлакообра- зующих дл  защиты зеркала металл от атмосферы (базовый вариант).

Химический состав опробованных смесей приведен в табл. 1.

Эффективность применени  смеси определ лась по степени усвоени  кремни , .алюмини , кальци , серы и марганца. Дл  оценки загр зненности стали шлаковыми включени ми за счет запутьгоани  в металле частичек смеси определ ли содержание в стали кислорода, неметаллических включе- НИИ, а также ударную в зкость стали в поперечном направлении,  вл ющейс  из механических характеристик наиболее чувствительной к наличию неметаллических включений. Кроме того, оценивалось вли ние смеси на санитарно-гигиеническую ситуацию при легировании стали серой (по содержанию сернистого ангидрида). Оценивалась также,дополнительна  загр зненность воздуха селенистым ангидридом из-за применени  смеси, содержащей селен.

Результаты испытаний представлены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, при применении предлагаемой смеси содержание двуокиси серы в воздухе снижаетс  в 20-100 раз (благодар  повьш1енному усвоению серы металлом), концентраци  селенистого ангидрида не превышает предельно допустимой концентрации (ПДК 0,1 мг/м. При содержании селена в смеси более 0,3% концентраци  селенистого ангидрида в воздухе рабочей зоны превьшает ПДК.

Применение предлагаемой смеси обеспечивает содержание кислорода и неметаллических включений в стали не вьш1е, а механические свойства, в частности ударна  в зкость, не ниже, чем в случае использовани  известной

шлакообразующей смеси. Угар раскисл , тедей и серы на плавках, обработан- иых предлагаемой смесью (1,2,4,5) и особенно смесью 3, имеющей оптимальный состав, ниже, чем при применении известной смеси (по кремнию на 2-12, алюминию на 2-30, кальцию на 2-10, сере по 15-60, марганцу на 4-10%). Еще больша  экономи  легирующих и раскислителей вы вл етс  при сравнении с базовым вариантом (без применени  смеси). Угар кремни  ниже на 20-30, алюмини  6-34, серы 25-70, марганца 7-13 и кальци  на 2-10%.

Экономи  ферросилици , ферромарганца , силикокальци , серы и алюмини  при применении предлагаемой смеси (в сравнении с базовым вариантом) составит:

23 4%:;2 2 кг/т

100% 5

. . , .

100% - - 0,12 кг/т;

iiiP%. , , Т00% ° кг/т -1,0 кг/т „ . .

----- ----- г П Sa кт /т

100% .и.з кг/т,

кг/т .. . .

100% 0,15 кг/т.

где 23,4; 12,4; 11,0; 54; 5% - средн разница между степен ми угара кремни , алюмини , марганца, серы и кальци  соответственно при применении предлагаемой смеси и при выплавке без применени  смеси дл  защиты зер- кала металла;

2,2; 1,0; 8,5; 1,П и 3,0 кг/т - расход ферросилици , алюмини  вторичного , ферромарганца, серы и силикокальци  на тонну стали.

Применение смеси дл  защиты зеркала металла в ковше способствует почти полному предотвращению испарени  железа и марганца с зеркала металла в ковше, т.е. улучшению сани- тарно-гигиенической ситуации при легировании стали в сталеразливочном ковше. В случае производства стали.

5

легированной серой, содержание сернистого ангидрида в воздухе рабочей зоны при применении смеси в 20-100 - раз ниже, чем при вьплавке без применени  смеси. Еще более значительный зффект получаетс  по снижению загр зненности воздуха селенистьм ангидридом при выплавке селеносодер- 10 жащих сталей, так как давление паров селена над железоуглеродистым расплавом в 1 00 раз выше, чем у серЫа Но при выплавке селенсодержащих сталей пpшv eн ют смеси с низким содержа- t5 нием селена (0,003-0,02%), из которых селен практически не поступает в атмосферу. Несмотр  на некоторое i поступление частичек смеси в воздух

во врем  начала выпуска стали из пе- 20 чи, пьшесодержание в воздухе рабочей зоны сталевара снижаетс  в 6 раз благодар  снижению интенсивности испарени  железа, марганца и др. и последующего образовани  их аэрозолей.

35

0

30

5

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   I. Шлакообразующа  смесь, содержаща  оксид кремни , оксид алюмини , оксид железа, оксид кальци , оксид магни , оксиды щелочных металлов, углерод, отличающа с  тем, что, с целью экономии легирующих и раскислителей при обработке стали в ковше, она дополнительно содержит оксид марганца, селен и серу при следующем соотношении компонентов , мас.%:

   Оксид кремни 32-55

   Оксид железа0,2-12,0

   Оксид кальци 2-9

   Оксид магни 1 -4

   Оксид алюмини  0-26

   Оксиды щелочных металлов0 ,7-4,0 Оксид марганца 0,2-5,0 . Углерод4-28 Сера 0,1-350 Селен 0,003-0,300
2. 2. Шлакообразующа  смесь по п. 1, отличающа с  тем, что в качестве оксидов щелочных металлов используют оксиды натри  и кали .