1.2 Разработка схемы раскисления спецстали, обеспечивающей оптимальное соотношение легирующих элементов

Разработаны схемы легирования и раскисления спецстали методом переплава, которые предусматривают доведение по расплавлении стали до нужного химического состава по легирующим элементам и окончательное раскисление кусковым алюминием и обработке модификаторами при выпуске готового металла по химическому составу и температуре в разливочный ковш.

Применяются следующие легирующие материалы, раскислители и модификаторы в зависимостиот выплавляемой марки стали:

- феррохром, ГОСТ 4757 – 91.

- ферросиликохром, ГОСТ 11861 – 91.

- никель, ТУ 48-3-59-79.

- ферротитан, ГОСТ 4761 – 91.

- ферромарганец низкоуглеродистый марки FeMn90 класса А или ферромарганец среднеуглеродистый марки ФМн88 класса А по ГОСТ 4755-91;

- ферросилиций марок ФС45 и ФС75 по ГОСТ 1415-93;

- алюминий марки АВ97 или АВ92 по ГОСТ 295-79;

- силикокальций марки СК15 или СК20 по ГОСТ 4762-72;

- ферробор, ГОСТ 14848 – 69.

Расходы легирующих материалов, раскислителителей и модификаторов определяются балансовыми расчетами для конкретной марки стали.

Установили, что все легирующие материалы и раскислители, за исключением алюминия, присаживаемые в жидкий металл, необходимо прокаливать при температуре 600-800°С. Влажность ферросплавов должна быть не более 0,5 %. Порошки ферросилиция, силикокальция и другие материалы, применяемые для раскисления шлака в восстановительный период плавки, необходимо использовать фракцией более 2 мм. Содержание влаги в порошках не должно превышать 0,3%.

1.3 Определение оптимальных временных и количественных параметров присадки силикокальция, обеспечивающих модифицирование неметаллических включений.

При применении силикокальция при производстве стали установлена низкая степень усвоения кальция из силикокальциевых сплавов, которая колеблется от 3-5% при даче материалов в ковш кусками и до 15-20% при использовании порошковой проволоки.

При оптимизации химического состава кальцийсодержащих ферросплавов, установлено, что усвоение кальция значительно повышается под влиянием «третьих» элементов, имеющих высокое химическое сродство к кислороду и высокую растворимость в железе при определенных составах, отвечающих интерметаллидам с конгруэнтной точкой плавления. В качестве последних выступают, например, углерод, кремний, алюминий и другие, пригодные для различных марок стали.

Определен фазовый состав силикокальция марки СК 30 и установлено, что химические соединения кремния с кальцием CaSi₂ и CaSi имеют температуры плавления, соответственно, 1000 и 1245ºС. Отсюда делается естественное предположение, что указанные различия в фазовом составе должны проявиться в различной степени усвоения кальция.

Отработано время и места присадки модификаторов. Установлено что, при использовании малых ковшей и коротком сливе они задаются в ковш в самом начале выпуска. При наполнении крупных ковшей рекомендуется порционная присадка фракционированных материалов под струю, начиная примерно с одной четверти высоты ковша и заканчивая при наполнении ковша на две трети. В обоих случаях не допускается предварительная засыпка материалов в горячий ковш, что приводит к возгоранию модификаторов и низкой эффективности их использования.

Обязательная регламентация минимального размера используемых модификаторов связана с необходимостью отсева мелких и пылевидных фракций, сгорающих в воздухе до попадания частиц материалов на струю выпускаемого металла. Максимальный размер используемого модификатора определяется степенью его усвоения, которая, в свою очередь, зависит от температуры сливаемой стали, мощности струи, от ёмкости ковша и продолжительности его наполнения. При слишком крупном размере присаживаемых материалов они не успевают раствориться в металле и сгорают на его поверхности в ковше. Например, при использовании Si-Ca-cодержащей лигатуры с подачей её в виде крупки в ковши ёмкостью 1,0-1,5т хладостойкость отливок возрастала при переходе от фракции минус 5,0 мм к фракции 1,0-10,0 мм, а максимальной она была при фракции 3,0-10,0мм. Для ковшей ёмкостью 400 кг оптимальными оказались фракции 1,0-10,0 мм - при использовании крупки.

Таким образом:

1. Разработан оптимальный состав металлошихты: 100% легированного лома соответствующей группы при ведении плавки методом переплава и при дефиците легированных металлоотходов возможно использовать до 10% углеродистого металлолома 2А. Расход известняка 2-3% от массы металлошихты и 1-2 кг плавикового шпата на 1 тонну металлозавалки. Науглероживание металла производить боем чугуна или коксовым орешеком или боем электродов.

2. Разработаны схемы легирования и раскисления спецстали методом переплава

2 Определение оптимальных химического и фракционных составов легирующих материалов для выплавки спецстали

2.1 Подбор раскислителей и легирующих материалов, обеспечивающих минимальный их расход для легирования самоупрочняющихся спецсталей

Произведены расчеты материального баланса раскисления и легирования самоупрочняющихся спецсталей для обеспечения минимального расхода раскислителей. Расчеты проведены на примере стали 110Г13Л. В расчетах использовали угары элементов во время плавления шихты, таблица 1.

Таблица 1 - Угары элементов во время плавления

Угары элементов,%
Элемент	В шлак	В газовую фазу	Всего
С	-	5,00	5,00
Si	10,00	0,00	10,00
Mn	10,00	0,00	10,00
P	10,00	-	10,00
Fe	0,60	0,00	0,60

Раскисление и легирование проводили следующими ферросплавами таблица 2.

Таблица 2 - Химический состав раскислителей, %

Ферросплав	Содержание элементов
	C	Si	Mn	Al	Ca	S	P	Fe
ФМн78	1,13	1,40	78,00	-	-	0,030	0,040	19,40
ФС62	-	62,00	-	2,00	-	0,030	0,050	35,92
АВ	-	-	-	86,00	-	-	-	-
СК30	0,50	60,00	-	2,00	30,00	-	0,040	7,460

Расчеты проведены при использовании 50 и 100 % легированных отходов Б22 стали (110Г13Л) в шихте. Результаты расчетов приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Удельные расходы материалов при выплавке 1т стали марки 110Г13Л кг/т

Материал	Вариант шихтовки, %
	100	50
Лом углеродистый А2	0,0	501,9
Лом легированный Б22	1061,0	514,2
в т.ч. Al	1,0	1,0
СК30	0,5	0,5
ФМн78	45,8	162,1
ФС62	10,5	10,5

На лабораторной печи Таммана проведены плавки по двум вариантам (50 и 100 % легированных отходов в шихте), которые подтвердили правильность предложенной модели расчета.