РАСКИСЛИТЕЛЬНАЯ СМЕСЬ
DEOXIDISING MIXTURE

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству высококачественной стали.
Известен раскислитель для стали в виде металлического алюминия (Григорян В.А., Белянчиков Л.Н., Стомахин А.Я. Теоретические основы электросталеплавильных процессов. М.: Металлургия, 1987. 272 с.).
2
3
Алюминий наиболее часто применяют в качестве раскислителя, так как он является наиболее сильным раскислителем. Но продуктами раскисления являются неметаллические включения в виде АlО твердой и остроугольной формы, что оказывает на сталь вредное воздействие, в процесс разливки забивает сталевыпускной канал стальковша, что может привести даже к остановке разливки. Кроме того, алюминий не способствует десульфурации стали и снижению оксидов железа в конечном шлаке.
2
3
Известен раскислитель стали, содержащий алюминий в качестве легкоплавкого матричного компонента, а сплав на основе железа - в качестве тугоплавкого экранирующего компонента при отношении массовых долей матричного и армирующего компонента в пределах 25/75 - 50/50, причем тугоплавкий компонент используют в виде частиц 0,5-10,0 мм, а тугоплавкий компонент в виде дроби из стали или чугуна(патент РФ №2192495). Недостатком этого изобретения является наличие фактически одного раскислителя - алюминия, который образует неметаллические включения в виде АlО твердой и остроугольной формы, что оказывает на сталь вредное воздействие, в процесс разливки забивает сталевыпускной канал стальковша, что может привести даже к остановке разливки. Кроме того, алюминий не способствует десульфурации стали и снижению оксидов железа в конечном шлаке. Кроме того, присутствие тугоплавких элементов существенно повысит температуру плавления раскислиеля, что приведет к снижению раскислительной способности смеси - сложности удаления оксидов железа из рафинируемого шлака и остаточного содержания кислорода в выпускаемой стали.
Известен брикет для раскисления стали, полученный прессованием алюминиевой стружки с частицами добавки, отличающийся тем, что в качестве добавки использован хлоридно-фторидный флюс в количестве 2-5 мас. %.
3
6
2. Брикет по п. 1, отличающийся тем, что использован хлоридно-фторидный флюс, содержащий NaCl-KCl-NaAlF при соотношении компонентов, мас. %:
NaCl
40-45
КС1
40-45
Na<sub>3</sub>AlF<sub>6</sub>
10-20
(патент РФ №2336313)
Недостатком этого раскислителя является малое количество алюминия -основного раскислителя, поэтому заявленный раскислитель не будет удалять необходимое количество оксидов железа и кислорода, тем самым снизит качество выпускаемой стали.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту по технической сущности и достигаемому результату является, брикет раскислитель-модификатор для стали и чугуна, в корпусе которого в качестве связующего материала введен порошок алюминия и железосодержащая измельченная лигатура типа ФС 30, РЗМ 30, а в качестве активного элемента насыщена дискретно распределенными ультрадисперсного порошка нитрида титана (BY 9521$ U 2013.08.30).
Недостатком такого брикета является невысокая прочность из-за слабого связующего материала - алюминия и сложности брикетирования, кроме того, малого количества алюминия, что не будет способствовать удалению необходимое количество оксидов железа и кислорода, тем самым снизит качество выпускаемой стали. Наличие железосодержащего материал с большим количеством кремния в виде ФС 30, также не способствует удалению оксидов железа из раскисляемого шлака.
Задача, решаемая изобретением, заключается в получение раскислительной смеси в виде брикета с высокой степенью раскисления обрабатываемого раскисляемого шлака, с возможностью повышенного удаления оксидов железа из него и снижения содержания кислорода в металле, что приведет к повышению его качества.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, достигается полной заменой дорогостоящих в качестве связующих алюминия, РЗМ и нитридов титана, порошка стали или чугуна отходами производства стали и/или чугуна, вместо ФС 30 отходами от производства кремния, содержащих от 18 до 38% оксидов алюминия, в качестве связующего применить коксовый остаток, способствующий восстановлению оксидов железа из шлака и снижению кислорода в металле
Поставленная задача решается тем, что известная раскислительно-модифицирующей смеси для стали и чугуна в виде брикета, в корпусе которого в качестве связующего материала введен порошок алюминия и железосодержащая измельченная лигатура типа ФС 30, РЗМ 30, а в качеств активного элемента насыщена дискретно распределенными ультрадисперсного порошка нитрида титана смесь, согласно изобретению, вместо связующего компонента введен органический материал с количеством углерода в механической смеси более 10% больше стехиометрического к имеющимся оксидам, а вместо порошка железа и чугуна отходы от производства стали и/или чугуна в соотношении, мас. %:
Связующий компонент
9-23;
Отходы от производства стали и/или чугуна
10-25;
Отходы от производства кремния
остальное.
Связующий компонент - органический материал с суммарным коксовым остатком 30-50% с количеством углерода в механической смеси и связующем на 1-10% больше стехиометрически необходимого для восстановления оксидов железа, кремния, алюминия и кальция, содержащихся в раскисляемом шлаке.
Отходы производства стали и/или чугуна, образующиеся в результате механической обработки различных деталей, проката и др., переработанные в измельченный продукт до размеров 1-2 мм.
Отходы производства кремния (МКС) ТУ 24.10. 12-01-16174179-2017, имеет химический состав, мас. %: кремний не менее 65; алюминий 5,0; марганец 1,5; хром 1,0; углерод 2,0; сера 0,1; фосфор 0,1; оксиды алюминия, кремния, кальция, железа, марганца; влага не более 2,0. Выпускается в виде порошка или брикетов.
Готовят раскислительную смесь следующим образом. Так как все смеси находятся в виде порошков, то их измельчают до необходимой равномерной кондиции, отмеряют необходимое количество каждого ингредиента, тщательно перемешивают и на специальном прессе прессуют в брикеты подушкообразной формы с прочностью 0,5 кН (50 кг) и помещают в тарированные полипропиленовые мешки, массой 25-50 кг, которые можно транспортировать на рабочую площадку плавильного агрегата.
Заявленная раскислительная смесь экологически безопасна, так как в основном состоит из отходов алюминиевого производства, в которых вредные вещества отсутствуют.
Введение в состав смеси более 29% связующего компонента органического материала с количеством углерода в механической смеси более 10% больше стехиометрического к имеющимся оксидам, приведет к повышению прочности брикета, он плохо распределится по поверхности раскисляемого шлака и не обеспечит удаления оксидов железа из него, а это снизит качество получаемой стали. Введение в состав смеси менее 9% связующего компонента органического материала с количеством углерода в механической смеси менее 1%, больше стехиометрического приведет к нарушению прочности брикета, разрушению его при перевозке, кроме того, он плохо распределится по поверхности раскисляемого шлака, что приведет к неравномерному удалению оксидов железа по площади шлака, а так как процесс раскисления процесс быстрый, то ухудшится качество выплавляемой стали, вещества отсутствуют. Кроме того, количества углерода, имеющегося в органическом материале, может не хватить для восстановления оксидов железа
3
Введение в состав смеси более 25% отходов от производства стали и/или чугуна приведет к повышению прочности брикета и тяжести, брикет осядет на подину печи и не рассыпится и не обеспечит удаления оксидов железа из раскисляемого шлака, а это снизит качество получаемой стали. Введение в состав смеси менее 10% отходов от производства стали и/или чугуна приведет к недостаточной плотности брикета (2,23-2,25 г/см) и он, сгорая на поверхности раскисляемого шлака, не обеспечит необходимого удаления оксидов железа из него, а это снизит и качество выплавляемой стали
Введение в состав смеси более 81% отходов от производства кремния приведет к резкому снижению основности и раскислительной способности заявляемой раскислительной смеси, не обеспечит необходимого удаления оксидов железа из него, а это снизит и качество выплавляемой стали. Введение в состав смеси менее 52% отходов от производства кремния не обеспечит снижения оксиленности шлака (стали), тем более, что в этот момент в раскислителе будет нехватка содержания углерода (смотри выше). Эти два элемента только вместе и в большем количестве обеспечивают необходимую степень раскисления шлака, т.е. не обеспечится удаление оксидов железа из него, снизится качество стали.
Для обоснования преимуществ заявляемой раскислительной смеси для стали по сравнению с имеющейся смесью, были проведены опытные плавки.
Опытные составы смеси были изготовлены в отделении шлакообразующих смесей ООО «Шлаксервис» ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат», изготовлены брикеты и расфасованы в полипропиленовые мешки массой 25 и 50 кг.
Было проведено 9 испытаний с разными составами смеси, из которых:
Составы №1-2 содержат компоненты в количестве, находящимися за минимальными значениями заявляемой раскислительной смеси;
Составы 3-5 содержат компоненты, взятые в заявляемом соотношении;
Составы №6-7 содержат компоненты в количестве, выходящими за максимальные, заявляемые значениями заявляемой раскислительной смеси;
Составы №8 - по прототипу.
Испытания заявленной раскислительной смеси провели в ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат» при выплавке стали к 55, выплавленной в дуговой печи, емкостью 6 тонн. Мешки с брикетами (по составам) поместили в специальные контейнеры и привезли на рабочую площадку печи. Вовремя раскислительного периода плавки эти мешки ручным способом забрасывали в открытое рабочее окно печи на имеющийся шлак (минимальное количество). Закрыли, по возможности, плотно имеющиеся отверстия в стенках печи. Через 30 минут смотрели на цвет шлака, образовавшегося после введения раскислительной смеси, если он стал светлым, открывали рабочее окно печи выпускали шлак в шлаковню, проверяли его химический состав и состав металла, который выпускали в стальковш. Проверяли содержание оксидов железа в шлаке и конечное содержание кислорода в металле (проверяли окисленность и соответственно качество металла).
Составы раскислительной смеси и шлаков приведены в таблице 1. Результаты опытных плавок приведены в таблице 2.
Использование составов №1 и 2 для изготовления раскислительной смеси нецелесообразно, так как это приводит к ухудшению окисленности конечного шлака, повышенному содержанию оксидов железа в шлаке, малому удалению количества серы.
У составов №6 и 7 наблюдали ту же самую картину: ухудшению окисленности конечного шлака, повышенному содержанию оксидов железа в шлаке, малому удалению количества серы.
Анализ результатов проведенных исследований показал, что состав заявленной раскислительной смеси №3-5), по сравнению с прототипом (№8), дал улучшенные показатели качества, а именно, хорошую остаточную окислительную способность шлака, хорошие показатели по остаточному содержанию в конечном шлаке оксидов железа и удовлетворительное снижение содержания серы в металле.