Специалисты ПГТУ разработали новые синтетические сплавы вторичного алюминия для их использование в черной металлургии

Специалисты Приазовского государственного технического университета (ПГТУ, Мариуполь) разработали новые синтетические сплавы вторичного алюминия для их использование в черной металлургии.

Из-за дефицита и соответствующего удорожания алюминия в последние годы начали интенсивно развиваться утилизация и переработка вторичного сырья для производства раскислителей, содержащих алюминий, взамен чушкового вторичного алюминия АВ-87.

Эффективность алюмосодержащих раскислителей зависит от их физико-химических и механических свойств в твердом и жидком состояниях. Эти свойства должны отвечать условиям необходимости и достаточности. Условие необходимости заключается в получении заданной плотности сплава, приближенной к плотности жидкого металла и всегда большей, чем плотность печного или ковшевого шлака (r³ 3,5 г/см3). Соблюдение этого условия необходимо для предупреждения вторичного окисления алюминия за счет атмосферного кислорода, которое неминуемо происходит при использовании чушкового алюминия и плавления его на поверхности покровного шлака. Условие достаточности определяется структурно-химическим состоянием сплава при температурах жидкого металла.

Анализ структурно-химического состояния металлургических фаз посредством полигональных диаграмм состояния бинарных и многокомпонентных систем позволяет оценить термическую стабильность и химическую активность фаз сплава и, следовательно, технологическую эффективность процессов раскисления и легирования стали. Кроме того, сплавы с конгруэнтным плавлением, состав которых отвечает интерметаллидам в сингулярных точках линии ликвидуса бинарных/квазибинарных диаграмм, отличаются высокой стабильностью (не склонны к самораспаду при длительном хранении и транспортировке), что повышает их эксплуатационные свойства и коммерческую ценность. Таким образом, условие достаточности достигается при соответствии химического состава сплава стехиометрическому составу с конгруэнтной точкой плавления с максимальной термической и структурной стабильностью в жидком состоянии.
Эти два условия (необходимости и достаточности) положены в основу получения новых синтетических ферроалюминиевых сплавов из вторичного сырья с определенным соотношением основных компонентов.

Номенклатура предлагаемых ферроалюминиевых сплавов включает такие марки: ферроалюминий типа «фераль», ферросиликоалюминий типа «сифераль», специальные сплавы типов «карбофераль», «кафераль», «магфераль», «тифераль» и др., которые изготавливаются по ТУ У 27.3-13533123-001-2004. Продукция поставляется потребителю в виде слитков заданного типоразмера, брикетов, порошковых компакт-материалов в стальной оболочке из отсевов ферросплавов и лигатур, а также гранулированного алюминия (порошковые проволоки диаметром 10-15 мм).

Предлагается также сквозная инновационная технология раскисления и легирования стали, заключающаяся в поэтапной, последовательной ковшевой обработке стали разными типами раскислителей, которые содержат алюминий. При этом на первом этапе присадку ферроалюминия определенного состава дают в начале выпуска плавки перед ТШС (твердыми шлакообразующими смесями), на втором – во время выпуска после добавления ТШС, а на последнем – в ковш после выпуска плавки. Существенным отличием этой технологии является порционное распределение количества алюминия по типам раскислителя, что повышает эффективность раскисления и легирования стали алюминием.
Данное технологическое предложение позволяет получать эффективно действующие недорогие несаморазрушающиеся синтетические алюминиевые сплавы из вторичного сырья и раскислять ими сталь в промышленных условиях, что обеспечивает снижение количества забракованных слитков, дополнительной обрези и уменьшение брака готовой продукции. 

Исследования и промышленное использование новых синтетических сплавов вторичного алюминия, в частности ФА-30, взамен чушкового алюминия АВ-87 на металлургических предприятиях Донбасса показали следующие преимущества:
– полностью исключается «физические потери» по субъективным причинам «склад – стальковш»;
– хорошо вписывается в существующие механизированные способы ввода ферросплавов и полностью исключает тяжелый ручной труд, который используется при присадке чушкового алюминия;
– усвоение алюминия из ФА-30 превышает усвоение алюминия из АВ-87 в 1,5-2,0 раза и составляет 40-45 % с одновременным улучшением усвоения марганца и кремния до 10 % каждого;
– коэффициент замены ферроалюминием ФА-30 чушкового алюминия АВ-87 (в зависимости от вида сталеплавильного процесса и марки выплавляемой стали) составляет не более 1,2-1,6 по чистому элементу.