Дефосфорирующая смесь

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к дефосфорации жидкой стали, легированной марганцем, и может быть использовано при изготовлении высокомарганцевой стали. Цель изобретения - повышение степени дефосфорации марганцевой стали при пониженном угаре марганца и снижение расхода дефосфорирующей смеси. Дефосфорирующая смесь содержит, мас.%: карбонат щелочного металла или смесь карбонатов щелочных металлов 55 - 96 и углеродсодержащий материал 4 - 45 при молярном соотношении карбоната щелочного металла или смеси карбонатов щелочных металлов к углероду углеродсодержащего материала, равном 1:(0,5-5). Применение смеси позволяет осуществить дефосфорацию стали до 55 - 58%, снизить угар марганца до 2,4 - 26% и снизить расход смеси на обработку стали на 30%. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО(4ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (Si)S С 2) С 7/064

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К Д BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ металла или смесь карбонатов щелочных металлов

55-96

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 441)108/3)-02 (22) 08,02.88 (46) 23 . 07, 90, Бюл. к- 27 (71 ) Запорожский машиностроительный институт им. В.Я,Чубаря (7 2) А.А,1 )е рс тюк, В, И.ц! ереме т, В.Т,Кудин, В,В.В)аповалов, Н,Г.Сергин, О.Н.Жлудов и В,II. Расщупкин (53 ) 669. 18 . 982 (088. 8 ) (56) Патент ФРГ 1) - 2842563, кл. С 2) С ) /02, 1978.

Патент Японии 1) - 57-32688, кл. С 21 С 1/02, 1975, (54) ДЕФОСФОРИРУ)ОЩАЯ СМЕСЬ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности K дефосфорации жидкой стали, легированной марганцем, и может быть использовано при изИзобретение относится к металлургии, в частности к дефосфорации жидкой стали, легированной марганцем, и может быть использовано при изготовлении высокомарганцевой стали.

Целью изобретения является повышение степени дефосфорации марганцевой стали при пониженном угаре мар- . ганца и снижение расхода дефосфорирующей смеси, Предлагаемая дефосфорирующая смесь содержит Kàðáîíàò щелочного металла или смесь карбонатов щелочных металлов и углеродсодержащий материал при следующем с оо тношении компонентов, мас.%:

Карбонат щелочного

2 готовлении высокомарганцевой стали.

Цель изобретения — повышение степени дефосфорации марганцевой стали при пониженном угаре марганца и снижение расхода дефосфорирующей смеси. Дефосфорирующая смесь содержит, мас.%.: карбонат щелочного металла или смесь к а рб опатов щелочных металлов 55-96 и углеродсодержащий материал 4-45 при молярном соотношении карбоната щелочного металла или смеси карбонатов щелочных металлов к углероду углеродсодержащего материала, равном

1: (О, 5-5) . Применение смеси позволяет осуществить дсфосфорацию стали до

55-58%, снизить угар марганца до

2,4-26% и снизить расход смеси на обработку стали на 30%. 2 табл, Угле родс оде ржащий материал 4-45 при этом молярное соотношение карбоната щелочного металла или смеси карбонатов щелочных металлов к углероду углеродсодержащего материала долж jQ быть равно I: (О, 5 — 5..

В качестве углеродсодержащих ма-. териалов могут быть использованы пь)левндные отходы коксохимическог о или электродного произв;.;дства.

Карбонат щелочного металла может быть заменен отходом специальных производств, представляющим с обо и смесь карбонатов щелочных металлов, Введение углеродсодержащих материалов в состав смеси обеспечивает эф" фект восста ови;ел н и доф, сфорации за счет образования прочных фосфидов щелочных металлов типа Ме Р с после1579932 4 дующим удалением их в шлак или в газовую фазу.

Механизм дефосфорации при использовании. предлагаемой смеси следующий:

Ме СО + 2C = Ne + ЗСО;

ЗМе + P = Ме Р;

ЗМе СОЗ + 6С + 2Р = 2Ме Р + 9СО. 10

Восстановительный характер реакции дефосфорации предотвращает окис" ление марганца в обрабатываемом предлагаемой смесью расплаве, а также позволяет проводить процесс дефосфо-, >5 рации без предварительного обескремнивания, вследствие чего расход дефосфорирующей смеси по сравнению с известной снижается в 1,5 - 2,0 раза. Снижение расхода дефосфорирующей 2О смеси и значительный переход продуктов реакции в газовую фазу обеспечивает малое шлакообразование в процессе дефосфорации предлагаемой смесью.

Выделение - окиси углерода в п роцессе дефосфорации приводит к интенсивному перемешиванию объема металла, усреднению его химсостава и улучшению к ине тик и ре ак ции дефо сфо ра ции.

Граничные значения компонентов, 39 обусловлены их влиянием на процесс дефосфо рации.

При обработке расплава высокомарганцевой стали смесью при малярном соотношении карбоната щелочноземельного металла и углерода углеродсодер.— жащего материала 1:0,4 и менее реакция дефосфорации идет по окислительному типу. При этом окислительный характер реакции дефосфорации приводит 40 к снижению содержания марганца в получаемой стали, а степень дефосфорации находится на уровне известного технического решения.

Обработка расплава смесью при мо- 45 лярном соотношении карбоната щелочно го металла и углерода углеродсодержащего материала более 1: 5 хотя и обеспечивает высокую степень дефосфорации, но приводит к науглероживанию расплава, что значительно снижает прочностные и некоторые эксплуатаци" онные свойства стали.

Дефосфорирующую смесь для высоко S5 марганцевой стали подготавливают и испытывают следующим образом.

Карбонат щелочного металла (натрия, калия, лития) смешивают любьм известным способом с углеродсодержащим материалом, а именно с отходом

1 электродного или коксохимического производства — углег рафитовой пылью, причем молярное соотношение карбоната щелочного металла и углерода углеродсодержащего материала в смеси варьируют в пределах от 1:0,4 до 1:6, что в процентном соотношении составляет, мас.%: карбонаты щелочных металлов

55-96; углеродсодержащий материалы

4-45. Полученной смесью в количестве

20 кг на 1 т металла обрабатывают расплав высокомарганцевой стали, выдерживают в течение 3 мин, после чего скачивают шлак и разливают сталь по формам. Сталь анализируют на содержание фосфора, ма рг анца и других элементов и подвергают испытаниям литые образцы на ударную вязкость при положительной (+20,) и отрицательной (-60 С ) температурах.

Результаты анализов и испытаний приведены в табл. 1, Одновременно проводят опыт по дефосфорации высокомарганцевой стали карбонатом натрия согласно известному техническому решению (табл. 1, опыт 1), Из таблицы видно,, что при содержании в исходном металле фосфора

0,094, а марганца 12 6 мас.% введение дефосфорирующей смеси при молярном соотношении карбоната натрия и углерода 1:(0,5-5) обеспечивает степень дефосфорации получаемой стали от 21,3 до 54,2% при показателях ударной вязкости 1, 27 — 3,42 МДж/м при положительнои температуре (+20 С) и 0,60 — 2,18 МДж/м при отрицательной температуре (-60 С), при этом потери марганца за счет окисления составляют 3,2-26,2% (табл. 1, опыты 3 5), Оптимальным соотношением карбоната натрия и углерода углеродсодержащего материала является 1:2, при этом степень дефосфорации стали составляет 54„2% при низком угаре марганца — 3, 2%, Полученная сталь содержит 12,2 мас.% марганца при остаточном содержании фосфора 0,043 мас.% и имеет высокие показатели ударной вязкости: 3,42 МДж/м при положительной температуре +20 С н 2,18 МДж/м при отрицательной температуре (-60 C).

При обработке расплава высокомарганцевой стали смесью при молярном

5 )г соотношении карбоната натрия и углеродсодержащего материала 1:0,4 реакции дефосфорации идут по окислительному типу, как и в случае применения известной дефосфорирующей смеси. При этом вследствие большего сродства к кислороду кремния дефосфорирующая смесь расходуется прежде всего на

его окисление, что приводит к снижению степени дефасфорации до 13,8Х

Окислительный характер реакции дефосфорации приводит также к снижению содержания марганца в получаемой с тали (угар ма рганца дос тига ет

35,7Х). В результате показатели ° ударной вязкости при положительной

+20 С и отрицательной (-60 С) температурах составляют 1, 03 и

О, 41 МДж/м, с оотве тс твенно (табл. 1, 2 опыт 2), Обработка расплава смесью при молярном соотношении карбоната натрия и углерода углеродсодержащего материала l: 6 хотя и обеспечивает достаточно высокую степень дефосфорации (25,53 .) при йеэначительном угаре марганца (2,4 .), но приводит к науглероживанию расплава, что значительно снижает прочностные и некоторые эксплуатационные качества.

Обработка расплава высокомарганцевой стали карбонатом натрия с расходом 40 кг на 1 т металла согласно известному техническому решению не обеспечивает достаточно высокую степень дефосфорации, кроме того, содержание марганца в этом случае снижается с 12,6 до 7,3 мас. . (угар марганца достигает 42, ) ), Полученная сталь имеет невысокие показатели ударной вязкости: 0,84 МДж/м при положительной (+20 C) и 0,32 МДж/м при отрицательной (-60 С) температуре. Таким образом, известное техническое решение по всем показателям уступает предлагаемому решению °

Результаты обработки высокомарганцевой стали дефосфорирующей смесью, состоящеи из карбоната калия и углерода углеродсодержащего материала при молярном соотношении компонентов ):(0,4 — 6) (табл. 1, опыты

7-11), а также смесью, состоящей из карбоната лития и углерода углеродсодержащего материала при молярном соотношении компонентов 1:(0,4-6) (табл. 1, опыты 12-16), по прочностным характеристикам, степени дефосфорации и угару марганца сопоставимы

79932 б

55 с результатами аналогичных опытов (табл. 1, опыты 2-6), по дефосфора" ции высокомарганцевой стали смесью, состоящей из карбоната натрия и углеродсодержащего материала при молярном соотношении компонентов ):

:(0,4-6), и подтверждают выводы о том, что введение дефосфорирующей смеси при молярном соотношении карбоната щелочного металла и углерода углеродистого материала 1: (0,5-5) обеспечивает высокую степень дефосфорации при пониженном угаре марган" ца и снижение расхода дефосфорирующей смеси, при этом оптимальным соотношением ка рбоната щелочного металла и углерода углеродсодержащего материала является 1:2.

В кач ес тв е угле родс оде ржа щего материала в составе дефосфорирующей сме си возможно применение элек тродного боя, электродной массы, крошки г рафитов ой, мелких фрак ций, кокса металлургического, отходов термоантрацита или антрацита и других материалов, Во всех перечисленных веществах содержание углерода составляет

95, 5-98, 6Х, кроме того, содержатся: кремний 0,03 — 1,4 мас,, сера 0,152,0 мас,Х, Наличие в составе углеродистых материалов кремния, серы и других примесей в этих количествах не оказывает влияния на пропесс дефосфорации и на свойства высокомарганцевых сталей, что подтверждается примером, приведенньм в табл. 2.

В качестве примера, подтверждающего эквивалентность углеродсодержащих материалов для процесса дефосфорации, используют карбонаты натрия и калия с различными углеродистыми материалами при оптимальном соотношении..

Как видно из табл, 2, механические свойства стали, степень дефосфорации и угар марганца при использовании различных углеродсодержащих материалов находятся на одном уровне.

Использование данной смеси для дефосфорации высокомарганцевой стали позволяет осуществить глубокую дефос-. форацию стали (до 55-58Х), снизить угар марганца до 2,4-26Х эа счет обеспечения восстановительного характера дефосфарации при расходе дефосфорирующей смеси, не превышающем

20 кг/т металла.

1 579932

Таблица 1, Состав дефосфорлрунее!) смеси

Содервлнне элементов в стали, нас.Z

Степень деформации, 2

Угар марганца, х дарная вязкость г)))к/и, прн температуре, С е- до обработки после обработки молярном с отноаеинл мас Л

-Gp

Углерод углерод нстм)) материал

Угле род уЗ ла роди тз>й мата риал р» ар о))а СОЭ 100

40 1,06 126 0094 098 ),04 73 081 019 084

0,32

42,) 13,8

))н 1СО

0>4

0,5

98

Г2>6 0,094

12,6 0,094

12,6 0,094

12,6 0,094

12,6 0,094

2О 1,О6

20 1,06

20 1 ° 06

20 1,06

20 1,06

2 1

0,41

О,ЬО

35,7

32,2

3,2

3,2

)3,8

0,98 ),08 8,5

0,98 1,12 12 ° 2

0,98 ),17 12,2

0,98 1>44 12 3

0,55 ),27

О, 074

О, 043

О, 055

О, 070

21,3

4 1

S 1

2,)B

54, 2

0,78

0,85

0,98 19

3,42

5 64

1,94

4l,5

3,06

Эб

6 1

0,32

2,4

25,53

1,27

98 ° S

К Со, 0,4

0,5 2

0,98 1,05 8,0

7 I

I 2,6 0,094

12,6 О, 094

12,6 О, 094

12,6 О, 094

12,6 0,094

1 ° 06

3,5

0,43

054 05 .0,73 1,3) )3,82 36,51

23,40 32,40

55, 30 3,97

42, 59 2,40, О, 081

0,072

Oi 042

О; 054

0,075

l,07 8,5

i 10 12,1

) ° 15 )2,3

0,98

О, 98

0,98

1,06

l,О6

0,62

9 l

lO 1

0,88

2,19

3,48

Э, 07

30 20

1,О6

1,06

l,92

0,90

0,44

1 6 66

0,98 I 42 )2,4

34 ь

О, 95 ),29

20, 21

1,59

ИОО

12 ) 5

0,4

0,5

) 01 8 ° О О>081 0,54 l>04

108 85 0070 067 1,28

93

12,6 О, 094

12,6 0,094

12,6 0,094

) 2 ° 6 0,094

12,6 0,094

0,43

36, 54

32,19

4, 00

4, 00

3,20

0,98

0,98

1>06

13,80

25, 53

58, 50

1,06

13 1

l4 1

15 1

16 1

О., 59

О 98 1,13 )2 1 О 039 078

1,06

3,44

3, 08

),25

2> l5

1,l7 12,1 0,052 0,88

l,37 12 2 О 076 0 92

l,95 44,68

0 98

0Ä 98

1,06

20

1 ° 06

0,42

19,15

Использование предлагаемой смеси не встречает затруднений из-за отсутствия в ее составе дорогостоящих или дефицитных компонентов.

Формула иэобре тения

Дефосфорирующая смесь, содержащая карбонат щелочного металла или смесь карбонатов щелочных металлов,. о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повьпйения степени дефосфорации марганцевой стали при пониженном угаре марганца и снижения расхода дефосфорирующей смеси, она дополнительно содержит углеродсодержащий материал при следующем соотношении компонентов, мас.7.:

Карбонат щелочного металла или смесь карбонатов щелочных металлов 55-96

Углеродсодержащий материал 4-45 при этом молярное соотношение карбоната щелочного металла или смеси карбонатов щелочных металлов к углероду углеродсодержащего M» 13»ла равно 1: О, 5 — 5.

0981,05810081022103

1

1 л

3

1 A

Щ

Сч О л л ф л

ОЪ м л

ССс

С Ъ

CO м л

С»4

О1 л м

Ф

Ф V

СЧ л цЪ

СЧ л

С Ъ сп (Ч

Ln с»4 оЪ

g о Фм

Ф о и аЕ

I ! л I

1 л. 1

Ф

И

5 и л

Р» Ф

1 о

34 х

ОЪ

С»4

Ch л (Ч л

СЧ

Ю

C»I

СЧ

СЧ

I 0 л

1 м

1 х

Р w м м

CV м

Со сп

0 м л м

Ch

4 о о

00 о

° 0 л

ОЪ л

Ю л л о

СО

Ю о е

v м б

Ю л

-Ф

Ф о л

СЧ

° »

C) м

»

Ю л о

О л о м

Ф

Ю

I

cd

4» о. х

cd Ф х

С 4 л

СЧ м

СЧ л

СЧ

Ц

v о

1»

I-I о

Ю л

О\ л о

0О CO

О1 . Ch л о Ю

СО

О1 л

СО

Ch

00

C) СЛ

Ю о

»

О\

Ю о

»

О

Ю л

01

C) л

»4 ( (:Ь

C)

Ф

Ch

Ю о а о о

I а

1 cd Ф

0( о

0, а

1О л

СЧ О л

C»I О

<»4

СЧ

1 Р I о а

1

Ю 1

СЧ I

I О

Ю О

ЧЭ

Ю О

Ю л

Е х с

v u

X

Ц о

Ф

I Ck о> л4 о

СЧ

Ю

СЧ! о

1»

X о

Х х х

К сп л

Ъ 0Ъ

00 о

v (6

X д

1 Н о о е о

Х 44

° Я

40 а 0

1 04

1 й( о х а о Ъ - 1о

О 4С и Ф

K m

1 ! о и

1 4

1 cd

I Р х

clj

Ic4 0

oох иио ес 4С Х

ыоФ

ИЬС Е

Ф

04 4

О 0 ооо

И4СЕ

CO0I М X

I щ оЕ а

O0jI0O

"Р,о а

М Г I- Ы й( о и

l о и

X о

СЧ М .0

М

Ф

X х

Ц

Ф

Е»

5

М о х

v о

М х

Р

Ц о и а о

Я

О о

О 1

1 1

1 Ф I.1579932

tf о х ъао

O I-cO

И 4С е4 Ф»л ,а хх0ъх м м л

-т 0Ъ

4Ъ 0Ъ