Смесь для рафинирования и модифицирования стали и чугуна

012637 Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию рафинирующей и модифицирующей смеси для обработки стали и чугуна. Разработанная смесь может быть использована на металлургических и машиностроительных предприятиях для внепечной обработки стали и чугуна с целью повышения их качества. Известна рафинирующая и модифицирующая смесь, содержащая 50-70% оксидов и/или карбонатов бария, кальция, магния, 1-10% оксидов редкоземельных металлов, 2-5% боратовой руды, 5-20% алюминия и 20-35% кремния [1]. При введении указанной смеси в металлический железоуглеродистый расплав вследствие протекания реакций достигается одновременное образование модифицирующего сплава, содержащего активные элементы, и рафинирующего шлака. Недостатком смеси является токсичность и высокая стоимость оксидов и карбонатов бария, получаемых из природных сульфатных руд путм сложной химической переработки. Кроме того, введение смеси в жидкую сталь сопровождается значительным пироэффектом вследствие образования парообразного магния, давление пара которого при температуре 1600 С превышает 2 МПа (20 атм). Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является брикет для раскисления и модифицирования стали и чугуна [2], содержащий продукт обжига витеритстронцианитового концентрата, алюминий, ферросилиций ФС 65, плавиковый шпат и связующее при следующем содержании компонентов, мас.%: Недостатком брикета является низкая эффективность использования бария и стронция, восстанавливаемых из витеритстронцианитового концентрата, вследствие наличия в смеси ферросилиция ФС 65,содержащего до 35% железа. Такое большое содержание железа увеличивает потери этих металлов испарением из-за крайне низкой их растворимости в образующемся ферросплаве. Низкая эффективность смеси обусловлена также отсутствием в ней кальцийсодержащего компонента, так как наибольшая эффективность бария и стронция при обработке жидкой стали проявляется только при наличии в модификаторе кальция - растворителя бария и стронция. Целью изобретения является повышение рафинирующей и модифицирующей способности смеси. Поставленная цель достигается тем, что в смесь для раскисления и модифицирования стали и чугуна, содержащую алюминий, барийстронцийсодержащий и кремнийсодержащий материал согласно изобретению дополнительно вводят оксиды редкоземельных металлов и датолитовую руду в виде оксидов и карбонатов, а в качестве барийстронцийсодержащего и кремнийсодержащего материалов используют соответственно полиметаллическую руду, содержащую щелочно-земельные металлы в виде карбонатов и/или оксидов, и кремний, или его сплавы, содержащие менее 25% железа, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Полиметаллическая руда в виде карбонатов и/или оксидов содержит барий, стронций, кальций,магний, кремний, калий, натрий, железо, марганец, алюминий и титан при следующем содержании компонентов, мас.%: 10-18 Ва, 2-7 Sr, 10-20 Са, 0,4-0,7 Mg, 10-16 Si, 2-3 K, 0,7-1,5 Na, 1,5-7,0 Fe, 0,1-0,3 Mn,1-4 Al и 0,4-0,8 Ti. Датолитовая руда в виде оксидов и/или карбонатов содержит бор, алюминий, магний, кальций,кремний, железо, марганец, калий и натрий при следующем соотношении компонентов, мас.%: 2-4 В,0,3-1,0 Al, 0,2-0,4 Mg, 20-30 Са, 15-25 Si, 2-5 Fe, 0,2-2,5 Mn, 0,04-0,06 (K+Na). Кроме того, смесь для раскисления и модифицирования стали и чугуна может содержать 5-15 мас.% хотя бы одного оксида из группы TiO2, Nb2O5, V2O5, MoO3, NiO. Технический эффект при использовании изобретения заключается в том, что разработанный состав смеси обеспечивает высокую степень извлечения щелочно-земельных и редкоземельных металлов при восстановлении их из карбонатов и оксидов преимущественно алюминием, последующее образование устойчивых соединений с кремнием, формирование жидкоподвижного синтетического шлака из алюминатов кальция. При дополнительном введении в смесь хотя бы одного из оксидов TiO2, Nb2O5, V2O5,МоО 3, NiO она позволяет осуществить одновременно рафинирование, модифицирование и микролегирование стали и чугуна. Щелочно-земельные металлы кальций, барий и стронций способствуют получению наиболее благоприятного типа неметаллических включений в стали - оксидов в сульфидной оболочке. При совмест-1 012637 ном введении в жидкую сталь щелочно-земельных и редкоземельных металлов, в связи с низкой температурой кипения и малой растворимостью кальция, бария и стронция в жидком железе, эти металлы расходуются в большей степени, чем редкоземельные металлы, температура кипения которых превышает 3000 С. Эти металлы хорошо растворяются в железе и сохраняются для последующего взаимодействия с вредными примесями, в том числе азотом, водородом и цветными металлами, переводят их в пассивные формы и очищают границы зерен при охлаждении и кристаллизации металла. Уменьшение количества полиметаллической руды в смеси ниже нижнего предела (30%) приведет к снижению ее рафинирующей и модифицирующей способности. Увеличение ее содержания более 80% не приведет к возрастанию модифицирующего воздействия щелочно-земельных металлов на расплав из-за крайне ограниченной их растворимости в жидком железе. Кроме того, в этом случае образуется тугоплавкий шлак с низкой рафинирующей способностью. Увеличение количества алюминия в смеси более 30% приведет к чрезмерно высокому содержанию в образующемся из смеси шлаке оксида алюминия, повышению температуры плавления шлака и снижению его рафинирующей способности. Уменьшение количества алюминия в смеси менее 5% приведет к недостаточному восстановлению из смеси щелочно-земельных и редкоземельных металлов и, как следствие, снижению модифицирующего эффекта. В случае превышения в смеси верхнего предела (более 25%) количества кремния снижается рафинирующая способность образующегося из смеси шлака вследствие чрезмерно высокого содержания в нем диоксида кремния. Уменьшение количества кремния в смеси менее 5% снизит ее модифицирующую способность из-за неудовлетворительного восстановления активных элементов. Нижний предел содержания оксидов редкоземельных металлов в смеси (0,001%) обусловлен тем,что в ряде случаев необходимый модифицирующий эффект достигается практически без участия редкоземельных металлов. Кроме того, оксиды редкоземельных металлов дефицитны и имеют высокую стоимость. Увеличение количества оксидов редкоземельных металлов более 15% нецелесообразно вследствие возможности образования дефекта макроструктуры стали - цериевой неоднородности. В случае превышения в смеси верхнего предела (5%) количества датолитовой руды возможно нежелательное чрезмерное микролегирование бором, так как максимальный эффект от микролегирования бором имеет ярко выраженный концентрационный пик (0,003-0,005%). Уменьшение количества датолитовой руды в смеси менее 1% не обеспечит получение жидкоподвижного шлака с высокой рафинирующей способностью. Дополнительное введение в смесь хотя бы одного оксида из группы TiO2, Nb2O5, V2O5, MoO3, NiO в количестве 5% в присутствии алюминия и восстановленных химически активных элементов приведет к полному восстановлению металлов из оксидов указанной группы и микролегированию ими стали и чугуна. При содержании одного или нескольких оксидов в смеси менее 5% содержания микролегирующих элементов в стали будет недостаточно. Увеличение количества указанных оксидов в смеси более 15% нецелесообразно в связи с тем, что дальнейшее улучшение свойств обрабатываемого металла мало заметно. Пример 1. Моделирование процессов, происходящих со смесью при ее нагреве до рабочей температуры и выдержке. Компоненты смеси крупностью менее 2 мм после перемешивания загружают в графитовый тигель,который с шихтой нагревают в печи Таммана при температуре 1450 С в течение 5 мин. Продукты плавки взвешивают и подвергают химическому анализу. Результаты опытов приведены в таблице.-2 012637 Как видно из приведенных данных, предлагаемая смесь позволяет увеличить выход годного сплава,извлечение из него бария и стронция на 3-6%, дополнительно извлечь кальций, редкоземельные металлы и титан. Применение предлагаемой смеси в сравнении с известной позволяет исключить обжиг рудного компонента, брикетирование смеси и сушку брикетов; получить сплав, содержащий высокоактивные щелочно-земельные металлы, в том числе кальций,редкоземельные и легирующие металлы, а также жидкоподвижный синтетический шлак на основе алюминатов кальция; проводить эффективную и безопасную обработку железоуглеродистого расплава, осуществлять одновременно рафинирование, модифицирование и микролегирование стали и чугуна; заменить дорогие и дефицитные ферросплавы исходными шихтовыми материалами. Источники информации: 1. Патент РФ 2192479, МПК С 21 С 1/00, 1/06. Бюл.31, 2002. 2. Патент РФ 2023044, 15.11.2001. Бюл.21. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Смесь для рафинирования и модифицирования стали и чугуна, содержащая алюминий, барийстронцийсодержащий и кремнийсодержащий материал, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит оксиды редкоземельных металлов и датолитовую руду в виде оксидов и карбонатов, а в качестве барийстронцийсодержащего и кремнийсодержащего материалов используют соответственно полиметаллическую руду, содержащую щелочно-земельные металлы в виде карбонатов и/или оксидов, и кремний или его сплавы, содержащие менее 25% железа, при следующем соотношении компонентов, мас.%: 2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что полиметаллическая руда в виде карбонатов и/или оксидов содержит барий, стронций, кальций, магний, кремний, калий, натрий, железо, марганец, алюминий и титан при следующем содержании компонентов, мас.%: 10-18 Ва, 2-7 Sr, 10-20 Са, 0,4-0,7 Mg, 10-16 Si, 2-3K, 0,7-1,5 Na, 1,5-7,0 Fe, 0,1-0,3 Mn, 1-4 Al и 0,4-0,8 Ti. 3. Смесь по п.1, отличающийся тем, что датолитовая руда в виде оксидов и/или карбонатов содержит бор, алюминий, магний, кальций, кремний, железо, марганец, калий и натрий при следующем соотношении компонентов, мас.%: 2-4 В, 0,3-1,0 Al, 0,2-0,4 Mg, 20-30 Ca, 15-25 Si, 2-5 Fe, 0,2-2,5 Mn, 0,040,06 (K+Na). 4. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит 5-15 мас.% хотя бы одного оксида из группы