RU2502808C1 - Состав для модифицирования и рафинирования железоуглеродистых и цветных сплавов (варианты) - Google Patents
Состав для модифицирования и рафинирования железоуглеродистых и цветных сплавов (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2502808C1 RU2502808C1 RU2012125934/02A RU2012125934A RU2502808C1 RU 2502808 C1 RU2502808 C1 RU 2502808C1 RU 2012125934/02 A RU2012125934/02 A RU 2012125934/02A RU 2012125934 A RU2012125934 A RU 2012125934A RU 2502808 C1 RU2502808 C1 RU 2502808C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composition
- carbon
- refining
- metal
- modification
- Prior art date
Links
- 238000007670 refining Methods 0.000 title claims abstract description 29
- QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N methylidyneiron Chemical compound [C].[Fe] QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 10
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title abstract description 9
- 230000004048 modification Effects 0.000 title description 21
- 238000012986 modification Methods 0.000 title description 21
- 229910021652 non-ferrous alloy Inorganic materials 0.000 title description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 75
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 20
- 230000000051 modifying effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical group [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 25
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 14
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BCFYIZNSWUFRFT-UHFFFAOYSA-H calcium;strontium;barium(2+);tricarbonate Chemical class [Ca+2].[Sr+2].[Ba+2].[O-]C([O-])=O.[O-]C([O-])=O.[O-]C([O-])=O BCFYIZNSWUFRFT-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 13
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 abstract description 10
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 239000011575 calcium Substances 0.000 abstract description 9
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- LEDMRZGFZIAGGB-UHFFFAOYSA-L strontium carbonate Chemical class [Sr+2].[O-]C([O-])=O LEDMRZGFZIAGGB-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 4
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 34
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 34
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 21
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 21
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 12
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 8
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 8
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 8
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 6
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 6
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007844 bleaching agent Substances 0.000 description 3
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 235000000396 iron Nutrition 0.000 description 3
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 229910001060 Gray iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L calcium carbonate Substances [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 229910015999 BaAl Inorganic materials 0.000 description 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001208 Crucible steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001021 Ferroalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001268 Ferrocerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000519 Ferrosilicon Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003668 SrAl Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- FQNGWRSKYZLJDK-UHFFFAOYSA-N [Ca].[Ba] Chemical compound [Ca].[Ba] FQNGWRSKYZLJDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229910000288 alkali metal carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000008041 alkali metal carbonates Chemical class 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007133 aluminothermic reaction Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AYJRCSIUFZENHW-UHFFFAOYSA-L barium carbonate Chemical class [Ba+2].[O-]C([O-])=O AYJRCSIUFZENHW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 235000010216 calcium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N hydridophosphorus(.) (triplet) Chemical compound [PH] BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009916 joint effect Effects 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010128 melt processing Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000005445 natural material Substances 0.000 description 1
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical class [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000000161 steel melt Substances 0.000 description 1
- IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N strontium oxide Chemical class [O-2].[Sr+2] IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
Изобретение относится к металлургии, в частности к внепечной обработке расплавов стали, чугуна и цветных металлов. Состав включает материал, содержащий карбонаты кальция, бария и стронция, при этом он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: СаО 16,0-40,0, ВаО 10,0-24,0, SrO 2,5-11,5, СО2 18,0-30,0, SiO2 2,0-15,0. Дополнительно в состав можно вводить углеродсодержащий материал или металлический алюминий в количестве 2-35 мас.%, или титансодержащий материал в количестве 0,01-35 мас.%, или редкоземельные металлы в количестве 2-49,5 мас.%. Изобретение позволяет повысить рафинирующие и модифицирующие свойства состава за счет оптимизации химического состава и добавки в состав новых элементов. 5 н.п. ф-лы, 4 пр., 5 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно, к производству материалов для печной и внепечной обработки стали, чугуна и цветных металлов в целях повышения их литейных, механических и эксплуатационных свойств. Модификатор может быть использован в литейном и металлургическом производствах.
Известен модификатор с рафинирующим эффектом патент RU №2364649 используемый для внепечного рафинирования и модифицирования стали, чугуна и цветных сплавов.
Недостатком данного модификатора является низкое содержание основного модифицирующего элемента - стронция и как следствие низкая модифицирующая и рафинирующая способность.
Известна износостойкая литая сталь, выплавленная с использованием карбонатов бария кальция и стронция RU №94045199.
Известна также «Шихта для выплавки чугуна в вагранке» патент RU №2343202, в которой в качестве рафинирующей и модифицирующей добавки используются карбонаты бария кальция и стронция. Недостатком этого изобретения является ограничение в применении его только при ваграночном процессе.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому составу для рафинирования и модифицирования является природный минерал барий-стронций-кальциевый карбонат, используемый для внепечной обработки стали патент RU №2215046. Он успешно применяется в количестве 4-7 кг для внепечной обработки сталей.
Недостатками природного материала являются большие размеры кусков карбоната, как следствие, пониженные реакционная способность и эффективность при обработке сталей и чугунов, а также невозможность применения для обработки цветных сплавов. Недостатком является повышенное содержание SiO2, которое негативно сказывается на эффективности рафинирования и модифицирования нейтрализуя большую часть активных веществ.
Технической задачей изобретения является повышение рафинирующих и модифицирующих свойств состава за счет оптимизации химического состава и добавке в состав новых элементов.
По первому пункту формулы изобретения достижение поставленной технической задачи осуществляется за счет того, что в составе для модифицирования и рафинирования железоуглеродистых и цветных расплавов, включающим карбонаты кальция, бария и стронция, соотношение суммарного содержания окисей кальция, бария и стронция к суммарному содержанию окисей кремния 
, а суммарное содержание карбонатов СаСО3+ВаСО3+SrCO3>50%, при этом карбонаты кальция бария и стронция в пересчете на оксиды содержатся в составе в количестве, мас.%:
| СаО | 16,0-40,0 |
| ВаО | 10,0-24,0 |
| SrO | 2,5-11,5 |
| CO2 | 18,0-30,0 |
| SiO2 | 2,0-15,0 |
По второму пункту формулы изобретения достижение поставленной технической задачи осуществляется тем, что в состав дополнительно вводится углеродсодержащий материал (уголь, кокс, графит и др.) в количестве 2-35 мас.%.
По третьему пункту формулы изобретения достижение поставленной технической задачи осуществляется тем, что в состав дополнительно вводится металлический алюминий (порошковый, гранулированный) в количестве 2-35 мас.%.
По четвертому пункту формулы изобретения достижение поставленной технической задачи осуществляется тем, что в состав дополнительно вводится титансодержащий материал (в чистом виде или в виде сплава с другими металлами) в количестве 0,01-35 мас.%.
По пятому пункту формулы изобретения достижение поставленной технической задачи осуществляется тем, что в состав дополнительно вводится редкоземельные металлы в количестве 2-49,5 мас.%.
При использовании предложенного состава важным фактором является основность состава - это концентрация активных основных веществ (карбонатов ЩЗМ) в нем по отношению к кислым примесным веществам (оксидам кремния и железа). Оксид кремния является примесью и не оказывает влияния на металл, в тоже время в небольших количествах он участвует в процессе модифицирования как вещество, которое понижает температуру плавления системы (Ba,Ca,Sr)CO3 - (Ba,Ca,Sr)O - SiO2, но его избыток также негативно влияет на процесс модифицирования, связывая активные ЩЗМ и их оксиды в прочные соединения, которые в свою очередь выходят в шлак не взаимодействуя с металлом и НВ. Оксид железа оказывает негативное влияние на металл. В сравнении с прототипом в данном составе содержание железа минимизировано, а содержание оксида кремния приведено к оптимальному. При основности состава ниже 2 эффективность состава снижается. Основность материала, использованного в прототипе около 1,7. Оптимизация содержания оксидов кремния и железа и повышение основности способствует увеличению рафинирующей и модифицирующей способности состава.
При содержании в составе карбонатов менее 50% эффективность состава снижается. Это связано с повышенным содержанием примесных компонентов (SiO2) которые в ходе реакций в жидком металле связываются с примесями в прочные соединения. При содержании карбонатов менее 50% требуется больший расход состава, соответственно повышается трудоемкость процесса модифицирования и понижается его эффективность. При содержании карбонатов более 50% состав обладает высокой модифицирующей и рафинирующей способностью.
В состав смеси входят компоненты похожие на указанные в прототипе, однако взяты они в другом соотношении. Предложенное соотношение компонентов эффективнее влияет на структуру металла, на механические и эксплуатационные свойства за счет повышения содержания карбонатов ЩЗМ и оптимального содержания SiO2.
Обработка железоуглеродистых и цветных сплавов составом для рафинирования и модифицирования позволяет значительно уменьшить содержание вредных примесей в металле и повысить содержание активных элементов (BaO, CaO, SrO) в шлаке, что приводит к повышению литейных, механических и эксплуатационных свойств сталей, чугунов и цветных сплавов.
В результате измельчения до фракций менее 4 мм резко увеличивается суммарная поверхность частиц модификатора, что значительно повышает реакционную способность материала и дает возможность эффективно проводить ковшевую обработку не только стали, но и чугуна, а также цветных сплавов.
В процессе кристаллизации важное значение имеют адсорбционные явления, связанные с наличием поверхностно-активных примесей. Адсорбированные вещества понижают межфазовую поверхностную энергию, изменяя параметры кристаллизации. Это оказывает большое влияние на формирование самого кристалла, характер пограничных фаз, форму и распределение неметаллических включений. Понижение поверхностного натяжения на границе расплав - кристалл связано с обогащением поверхностного слоя активными элементами (S, O, P, N) или образованием на поверхности пленки FeO, AlN, MnS и др. Рафинирование и модифицирование за счет использования нового мелкодисперсного модификатора позволяют эффективно воздействовать на процесс адсорбции за счет удаления вредных примесей и газов, изменения характера кристаллизации и перераспределения кристаллизующих фаз и их количества. Дисперсность модификатора в несколько раз повышает поверхность взаимодействия с металлом по сравнению с крупными (до 50 мм) кусками. Поэтому обработка сталей предложенным составом в мелкодисперсном виде существенно повышает их жидкотекучесть, трещиноустойчивость, прочность, износостойкость и хладостойкость. Достигаемое уменьшение размеров дендритных кристаллов и зерна при введении в сталь высокоактивных элементов в составе карбоната сопровождается увеличением межзеренной поверхности, уменьшением удельной пограничной концентрации примесей. Это благоприятно сказывается на свойствах.
Материал может служить заменителем дорогих и дефицитных плавленых лигатур и ферросплавов, которые применяют для обработки расплавов сталей, в частности ферроцерия, силикокальция, силикобария и др.
Введение в расплав состава в количестве 2-7 кг/т увеличивает жидкотекучесть железоуглеродистых расплавов за счет того, что при рафинировании и модифицировании происходит изменение закономерности кристаллизации, в частности уменьшение величины кристаллов. Сочетание такого фактора с рафинирующим действием карбонатов бария, кальция и стронция обеспечивает прирост не только жидкотекучести, но и трещиноустойчивости сплавов.
При добавке к составу углеродсодержащего материала в количестве 2-35% меняется баланс химических реакций, протекающих при взаимодействии состава с металлом в расплаве. Так интенсифицируется вероятные реакции образования карбидов бария, кальция и стронция,
СаСО3+С=CaC2+3CO, dG1500C=-2008332 Дж\моль
BaCO3+С=BaC2+3CO, dG1500C=-2148690 Дж\моль
SrCO3+С=SrC2+3CO, dG1500C=-893420 Дж\моль
Судя по энергии Гиббса этих реакций можно сказать, что вероятность их протекания достаточно велика.
При обработке стали предложенным составом чистый барий, кальций и стронций образовавшиеся в результате реакций алюмо-, силико- и углетермии с использованием алюминия кремния и углерода, содержащихся в металле и «свежеприготовленнные» карбиды ЩЗМ, оказывают модифицирующее, рафинирующее и микролегирующее действие. Для наиболее эффективного взаимодействия карбидов ЩЗМ с металлом необходима высокая температура (1600-1800°С), достигаемая только в зоне действия дуги в электродуговой печи или АКОСе. Газообразный монооксид углерода, выделяемый при этой реакции является хорошим раскислителем, а также барботирует металл, поднимаясь через него.
Добавка углерода менее 2% не значительно влияет на эффективность материала. Добавка более 35% углерода нецелесообразна, поскольку избыток углерода не участвует в реакциях востановления ЩЗМ, а сгорает в шлаке и в редких случаях может привести к науглераживанию металла, что тоже не желательно в производственном процессе так как может привести к браку металла по химическому составу.
Добавка к составу металлического алюминия (порошкового или гранулированного) в количестве 2-35% повышается вероятность протекания за счет близкого расположения реагирующих веществ алюмотермических реакций типа:
4СаО+2Al=3Са+CaO·Al2O3
4ВаО+2Al=3 Ва+BaO·Al2O3
4SrO+2Al=3Sr+SrO·Al2O3
3CaO+2Al=2Ca+(CaAl2)O4
3BaO+2Al=2Ba+(BaAl2)O4
3SrO+2Al=2Sr+(SrAl2)O4
В результате интенсификации реакций образования чистого бария и стронция происходит взаимодействие этих веществ с компонентами расплава обеспечивая модифицирующий, рафинирующий и микролегирующий эффект. При этом продукты реакции (CaO·Al2O3, BaO·Al2O3, SrO·Al2O3) выводятся из металла в шлак. Для протекания подобных реакций достаточно температуры 1000-1200°С.
Добавка алюминия менее 2% не оказывает влияния на эффективность материала, добавка свыше 35% приводит к тому, что алюминий кроме активизации состава и раскисления металла и шлака может остаться в металле с образованием алюмосиликатных строчечных включений.
Введение в состав титансодержащего материала (в чистом виде или в сплаве с железом или иным металлом) дает более глубокое раскисление металла за счет высокого сродства титана к кислороду и образование нитридов титана, которые в свою очередь являются дополнительными центрами кристаллизации, что способствует измельчению микроструктуры железоуглеродистого расплава. Введение титана в сталь совместно с патентуемым составом является эффективным способом одновременного раскисления, рафинирования и модифицирования сталей.
Введение в состав РЗМ в чистом виде, сплаве или ином соединении обеспечивает повышение рафинирующей и модифицирующей способности состава за счет образования сложных и мелкодисперсных соединений с неметаллическими включениями, которые являются дополнительными центрами кристаллизации и располагаются в металле не на границах зерен, а непосредственно в теле зерна. Образование новых стабильных центров кристаллизации способствует кристаллизации металла с мелкодисперсной микроструктурой.
Составы рекомендуется использовать как для печной, так и для ковшевой обработки сталей и сплавов в зависимости от марки модифицируемого металла и плавильного агрегата. На дуговых печах можно использовать совместное использование составов, например, состав по пункту 1 формулы изобретения можно использовать в печь перед выпуском, а состав по пункту 4 формулы изобретения -на дно сталеразливочного ковша. В индукционной печи лучше применять печную обработку металла. Состав по пункту 1 формулы изобретения в большей степени ориентирован на рафинирование сплавов, состав по пункту 2 формулы изобретенияориентирован на рафинирование и диффузионное раскисление металла, состав по пункту 3 формулы изобретения ориентирован на раскисление металла и на графитизирующую обработку чугуна. Составы по пунктам 4,5 формулы изобретения ориентированы на модифицирование (измельчение структуры металла)
Пример 1
Плавки проводились на электродуговой печи ДСП-5 с основной футеровкой. Эффективность состава опробовали на стали 110Г13Л. Состав подавался в количестве 3 кг/т в печь за 5 минут до выпуска и на дно ковша перед выпуском в количестве 2 кг. Использовался состав, содержащий компоненты в следующем соотношении:
| СаО | 24% |
| ВаО | 23% |
| SrO | 10,5% |
| CO2 | 20% |
| SiO2 | 8% |
| Примеси | 14,5% |
В таблице 1 приведены результаты испытаний патентуемого состава в сравнении с результатами использования прототипа.
| Таблица 1 | |||||
| Опыт | Механические и литейные свойства стали 110Г13Л | Балл зерна | |||
| σв, МПа | KCV-70, МДж/м2 | Трещиноустойчивость, Н | |||
| С использованием прототипа | 1 | 820 | 0,6 | 1230 | 3 |
| 2 | 1050 | 0,72 | 1390 | 6 | |
| 3 | 118,6 | 0,98 | 1470 | 6 | |
| 4 | 850 | 0,69 | 1360 | 4 | |
| Среднее | 976,5 | 0,7475 | 1362,5 | 4,75 | |
| С использованием патентуемого состава | 1 | 123,0 | 0,8 | 1350 | 3 |
| 2 | 156,0 | 0,9 | 1540 | 1 | |
| 3 | 110,0 | 1,1 | 1300 | 2 | |
| 4 | 112,4 | 0,8 | 1450 | 2 | |
| 5 | 957 | 0,75 | 1480 | 4 | |
| Среднее | 1194 | 0,87 | 1424 | 2,4 | |
Из сравнения данных в таблице видно, что структура металла по сравнению с прототипом становится мельче, повышается трещиноустойчивость, ударная вязкость и временное сопротивление. Это говорит о том, что предложенный состав дает лучшую эффективность модифицирования.
Пример 2.
Состав по пункту 3 формулы изобретения, содержащий компоненты в следующем соотношении:
| СаО | 22% |
| ВаО | 19% |
| SrO | 9,5% |
| CO2 | 19% |
| SiO2 | 6% |
| Al | 14% |
| Примеси | 10,5% |
опробован для модифицирования стали 20ГЛ, выплавленной в мартеновской печи. Сталь из печи выпускалась в два ковша через раздвоенный желоб. Модифицирование проводили в одном ковше, путем добавки состава на дно ковша в количестве 7 кг/т жидкой стали. Второй ковш выпускался по штатной технологии в соответствии с НД. Проведены исследования механических свойств этой плавки. Результаты механических испытаний и микроисследования приведены в таблице 2.
Из таблицы 2 видно, что модифицирование составом привело к измельчению зерна, изменению вида неметаллических включений и повышению пластических характеристик стали, в частности ударной вязкости при отрицательной температуре на образцах с «V» образным и «U» образными надрезами, а также положительная динамика относительного сжатия.
В таблице 3 приведен химический состав стали обоих ковшей:
Из таблицы 3 видно, что произошло снижение содержания вредных примесей в обработанном составом металле по сравнению с металлом без использования состава. Это подтверждает высокую рафинирующую способность предложенного состава.
Пример 3.
С целью повышения однородности строения графита чугуна и повышения герметичности отливок с использованием состава были проведены опытные заливки образцов для исследования строения, механических свойств, склонности к образованию отбела, жидкотекучести, а также опытных отливок из серого чугуна. Для модифицирования использовали состав по пункту 2 формулы изобретения, в котором компоненты взяты в следующем соотношении:
| СаО | 18% |
| ВаО | 19% |
| SrO | 8,5% |
| CO2 | 18% |
| SiO2 | 7% |
| С | 20% |
| Примеси | 9,5% |
Разливку производили ковшами емкостью 2,2 т. Сравнительные испытания двух вариантов технологии ковшевого модифицирования для повышения объективности результатов проводили на чугуне одной плавки, последовательно чередуя опытную и традиционную обработку расплава.
С каждого исследуемого ковша заливали:
- для исследования механических свойств - по 2 литых пробы диаметром 30 мм и длиной 300 мм по ГОСТ 24648,
- для определения микроструктуры - V-образную пробу для механических испытаний по ГОСТ 24648, черт.5, тип II,
- для определения склонности чугуна к отбелу после модифицирования - клиновидную пробу,
- для исследования жидкотекучести расплава - спиральную песчаную пробу в соответствии с ГОСТ 16438,
Заливку образцов на механические испытания, микроструктуру и отбел проводили ковшом емкостью 10 кг при температуре 1360-1380°C.
Химический состав базового расплава в печи чугуна и чугуна после модифицирующей обработки представлен в таблице 4.
| Таблица 4 | |||||||||
| Чугун | C | Si | Mn | Cr | Cu | Ni | Ti | S | P |
| Исходный чугун в печи | 3,19-3,30 | 1,76-1,85 | 0,61-0,64 | 0,30-0,31 | 0,20-0,22 | 0,12-0,15 | 0,03 | 0,022-0,024 | 0,031-0,035 |
| С использование штатной технологии производства | 3,13-3,27 | 2,19-2,28 | 0,91-0,94 | 0,30-0,31 | 0,20-0,22 | 0,12-0,15 | 0,03 | 0,022-0,024 | 0,031-0,035 |
| С использованием патентуемого состава | 3,13-3,27 | 2,33-2,42 | 0,95-0,99 | 0,30-0,31 | 0,20-0,22 | 0,12-0,15 | 0,03 | 0,019-0,020 | 0,031-0,035 |
Результаты испытаний образцов представлены в таблице 5.
| Таблица 5 | |||||
| Чугун | Жидкотекучесть, t° - 1379, песчаная сухая | Отбел, мм | σв, МПа | НВ | Микроструктура, ГОСТ 3443 |
| С использование штатной технологии производства | 85 | 2,0-2,4 | 270-280 | 207-224 | ПГф1-ПГф2, ПГр1,2,9, участки - ПГр3, ПГд25-90Пт1, Пд0,3-0,5, П(Ф0) |
| С использованием патентуемого состава | 97 | 2,0-2,2 | 290 | 224-230 | ПГф1-ПГф2, ПГр1,2, участки - ПГр9, ПГд25-90Пт1, Пд0,3-0,8, П(Ф0) |
Как следует из таблицы 5, чугуны, полученные в ходе опытных плавок с помощью новой технологии, обладают лучшей жидкотекучестью в расплавленном состоянии и более равномерными строением и свойствами в твердом состоянии. Полученный результат можно объяснить синергетическим эффектом совместного воздействия на расплав, являющийся сложной многокомпонентной системой, нескольких физико-химических факторов:
- перемешивания расплава за счет кипения пузырьков СО2, образующихся при разложении карбонатов внутри объема расплава,
- дегазации расплава от растворенных в нем газов за счет образования пузырьков СО2, имеющих исходное нулевое парциальное давление этих газов,
- механического и энергетического кавитационного воздействия пузырьков СО2 на кластерное строение расплава,
- локального переохлаждения микрообъемов расплава при образовании, росте и расширении пузырьков СО2 в объеме расплава, рафинирующего и зародышеобразующего действия «свежеприготовленных» оксидов ЩЗМ, образующихся при разложении карбонатов внутри объема расплава,
В чугунном расплаве, представляющем собой неравновесную физико-химическую среду, под воздействием названых факторов активно происходят процессы самоорганизации его структурных составляющих (самоуправляемое структурообразование сложных систем), приводящие к определенному порядку, то есть строению расплава, обеспечивающего обнаруженные в ходе испытаний свойства.
Таким образом, проведенные испытания рафинирующе-модифицирующего воздействия состава для рафинирования и модифицирования совместно с ферросилицием ФС75 при изготовлении отливок из серого чугуна в условиях дуговой плавки показали, что механические свойства, склонность к отбелу и микроструктура удовлетворяют требованиям нормативной документации, в частности, марке СЧ25 в соответствии с ГОСТ 1412. При этом применение состава привело к некоторому увеличению однородности и стабильности микроструктуры, в частности - уменьшению количества междендритного графита и исключению колоний графита, а также механических свойств, увеличению технологической жидкотекучести и уменьшению себестоимости модифицирующей обработки по сравнению с традиционной технологией.
Пример 4.
Было проведено пять опытных плавок безоловянистой бронзы марки БрА9ЖЗЛ. Плавки проводились на отходах бронзы без двойного переплава и без применения раскислителя (фосфористой меди). Для раскисления и дегазации бронзы был использован состав по пункту 1, содержащий компоненты в следующем соотношении:
| СаО | 22% |
| ВаО | 21% |
| SrO | 9,5% |
| CO2 | 19% |
| SiO2 | 10% |
| Примеси | 18,5% |
Подача состава для рафинирования и модифицирования проводилась после расплавления металла и нагрева его до температуры 1200°C, из расчета 0,2-0,3 кг на 100 кг металла. При использовании для ввода состава в ковш со сплавом, было отмечено образование на нем настыли и некоторое снижение температуры металла.
При применении "колокольчика" для ввода состава в тигель, модификатор не усвоился и частично всплыл в шлак. При подаче на дно тигля состав также оказывает сильное дегазирующее действие.
По результатам химических анализов, макро и микроструктурных исследований и визуального осмотра обработанных деталей установлено:
- пробы, отлитые из модифицированной составом бронзы, имеют понижение уровня металла в центре образца, в отличие от проб, отлитых с модифицированием природным карбонатом и имеющих ровную поверхность или незначительное понижение уровня металла в центре образца.
- отливки, полученные из модифицированной составом бронзы, имеют значительно меньше газовых раковин чем образцы, отлитые с использованием прототипа.
- модифицирование способствует измельчению зерен структурных составляющих бронзы.
Использование предлагаемого состава в качестве модификатора позволяет обеспечить полную дегазацию сплава марки БрА9ЖЗЛ и получение отливок с меньшей газовой пористостью, чем при использовании прототипа.
Claims (5)
1. Состав для модифицирования и рафинирования железоуглеродистых и цветных расплавов, включающий материал, содержащий кальций-барий-стронциевые карбонаты, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
СаО 16,0-40,0
ВаО 10,0-24,0
SrO 2,5-11,5
СО2 18,0-30,0
SiO2 2,0-15,0
2. Состав для модифицирования и рафинирования железоуглеродистых и цветных расплавов, включающий материал, содержащий кальций-барий-стронциевые карбонаты, отличающийся тем, что он содержит углеродсодержащий материал (С) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
СаО 16,0-40,0
ВаО 10,0-24,0
SrO 2,5-11,5
СО2 18,0-30,0
SiO2 2,0-15,0
С 2,0-35,0
3. Состав для модифицирования и рафинирования железоуглеродистых и цветных расплавов, включающий материал, содержащий кальций-барий-стронциевые карбонаты, отличающийся тем, что он содержит металлический алюминий (Аlмет) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
СаО 16,0-40,0
ВаО 10,0-24,0
SrO 2,5-11,5
СО2 18,0-30,0
SiO2 2,0-15,0
Аlмет 2,0-35,0
4. Состав для модифицирования и рафинирования железоуглеродистых и цветных расплавов, включающий материал, содержащий кальций-барий-стронциевые карбонаты, отличающийся тем, что он содержит титансодержащий материал (Ti) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
СаО 16,0-40,0
ВаО 10,0-24,0
SrO 2,5-11,5
СО2 18,0-30,0
SiO2 2,0-15,0
Ti 0,01-35,0
5. Состав для модифицирования и рафинирования железоуглеродистых и цветных расплавов, включающий материал, содержащий кальций-барий-стронциевые карбонаты, отличающийся тем, что он содержит редкоземельные металлы (РЗМ) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
CaO 16,0-40,0
BaO 10,0-24,0
SrO 2,5-11,5
CO2 18,0-30,0
SiO2 2,0-15,0
РЗМ 2,0-49,5
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012125934/02A RU2502808C1 (ru) | 2012-06-22 | 2012-06-22 | Состав для модифицирования и рафинирования железоуглеродистых и цветных сплавов (варианты) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012125934/02A RU2502808C1 (ru) | 2012-06-22 | 2012-06-22 | Состав для модифицирования и рафинирования железоуглеродистых и цветных сплавов (варианты) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2502808C1 true RU2502808C1 (ru) | 2013-12-27 |
Family
ID=49817715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012125934/02A RU2502808C1 (ru) | 2012-06-22 | 2012-06-22 | Состав для модифицирования и рафинирования железоуглеродистых и цветных сплавов (варианты) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2502808C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2623966C2 (ru) * | 2015-12-23 | 2017-06-29 | Общество с ограниченной ответственностью "АВАНГАРД-ЛИТ" | Способ модифицирования алюминиево-кремниевых сплавов |
| RU2704153C1 (ru) * | 2019-04-01 | 2019-10-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Модифицирующая смесь |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2020663B1 (ru) * | 1968-10-14 | 1975-08-01 | Sueddeutsche Kalkstickstoff | |
| GB1559964A (en) * | 1977-03-31 | 1980-01-30 | Usinor | Process for treating liquid steel intended in particular for manufacturing machine wire |
| RU2125101C1 (ru) * | 1997-12-10 | 1999-01-20 | Открытое акционерное общество "КАМАЗ" | Комплексная добавка для внепечной обработки стали |
| RU2215046C1 (ru) * | 2002-02-19 | 2003-10-27 | Открытое акционерное общество "Магнитогорский металлургический комбинат" | Способ внепечной обработки стали |
| RU2364649C1 (ru) * | 2007-12-26 | 2009-08-20 | Андрей Владимирович Чайкин | Модификатор с рафинирующим эффектом |
-
2012
- 2012-06-22 RU RU2012125934/02A patent/RU2502808C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2020663B1 (ru) * | 1968-10-14 | 1975-08-01 | Sueddeutsche Kalkstickstoff | |
| GB1559964A (en) * | 1977-03-31 | 1980-01-30 | Usinor | Process for treating liquid steel intended in particular for manufacturing machine wire |
| RU2125101C1 (ru) * | 1997-12-10 | 1999-01-20 | Открытое акционерное общество "КАМАЗ" | Комплексная добавка для внепечной обработки стали |
| RU2215046C1 (ru) * | 2002-02-19 | 2003-10-27 | Открытое акционерное общество "Магнитогорский металлургический комбинат" | Способ внепечной обработки стали |
| RU2364649C1 (ru) * | 2007-12-26 | 2009-08-20 | Андрей Владимирович Чайкин | Модификатор с рафинирующим эффектом |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2623966C2 (ru) * | 2015-12-23 | 2017-06-29 | Общество с ограниченной ответственностью "АВАНГАРД-ЛИТ" | Способ модифицирования алюминиево-кремниевых сплавов |
| RU2704153C1 (ru) * | 2019-04-01 | 2019-10-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Модифицирующая смесь |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5803824B2 (ja) | 浸炭軸受鋼鋼材の溶製方法 | |
| CN111074034A (zh) | 一种铸态混合基体qt600-10球墨铸铁制备方法 | |
| RU2502808C1 (ru) | Состав для модифицирования и рафинирования железоуглеродистых и цветных сплавов (варианты) | |
| JP2020158873A (ja) | 耐サワー鋼材の製造方法 | |
| US20250043371A1 (en) | Composite additive for forming inclusions with core-shell structure, preparation method and smelting method | |
| RU2337996C1 (ru) | Высокопрочный антифрикционный чугун | |
| CN115917014A (zh) | 高洁净度钢的制造方法 | |
| RU2581542C1 (ru) | Высокопрочный антифрикционный чугун | |
| RU2365660C1 (ru) | Чугун | |
| RU2376101C1 (ru) | Комплексная экзотермическая смесь | |
| RU2252265C1 (ru) | Экзотермическая смесь для раскисления, рафинирования, модифицирования и легирования стали | |
| RU2456349C1 (ru) | Способ внепечной обработки железоуглеродистого расплава | |
| SU1305191A1 (ru) | Высокопрочный чугун | |
| SU1548245A1 (ru) | Чугун | |
| RU2409689C1 (ru) | Серый антифрикционный чугун | |
| US11098384B2 (en) | Sulfur additive for molten steel and method for producing resulfurized steel | |
| RU2247155C1 (ru) | Брикет, используемый при производстве чугуна (варианты) | |
| RU2395609C1 (ru) | Сплав "казахстанский" для раскисления и легирования стали | |
| JP6269229B2 (ja) | 高清浄鋼の溶製方法 | |
| RU2813053C1 (ru) | Способ производства коррозионно-стойкой стали | |
| RU2615409C2 (ru) | Высокопрочный антифрикционный чугун | |
| RU2294382C1 (ru) | Шихта для выплавки стали в дуговых электросталеплавильных печах | |
| RU2316608C1 (ru) | Модификатор | |
| EA022416B1 (ru) | Комплексный сплав для микролегирования и раскисления стали | |
| RU2375463C2 (ru) | Проволока для внепечной обработки металлургических расплавов |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20160706 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200623 |