Удосконалення технології рафінування та модифікування сталі з використанням рідкоземельних металів при виробництві виливків

Abstract

У роботі представлено результати дослідження процесів рафінування та мікролегування сталі 20ГЛ із застосуванням рідкоземельних металів (РЗМ) у поєднанні зі шлаковою обробкою та розкисленням алюмінієм. Основною метою дослідження було підвищення чистоти розплаву, зниження вмісту сірки, кисню та неметалевих включень, а також покращення механічних властивостей сталі. Дослідження показали, що найбільш ефективним способом рафінування сталі від кисню і сірки є комбіноване застосування шлакової обробки, розкислення алюмінієм та введення РЗМ. Такий підхід дозволив досягти ступеня десульфурації до 60–70 %, що суттєво перевищує показники плавок без використання РЗМ або без попереднього формування шлаку. Встановлено кількісні залежності кінцевого вмісту сірки від рівня окисненості розплаву та концентрації алюмінію перед введенням РЗМ. Показано, що введення 0,1 % РЗМ супроводжується інтенсивними втратами активного церію у перші хвилини процесу: протягом 2 хв вилучається 30–40 % церію, через 4 хв — близько 50 %, а через 8 хв — до 70 %. Встановлено, що найбільші втрати РЗМ пов’язані з реакцією з оксидами алюмінію футерівки та розчиненим киснем. Найвищу ефективність РЗМ забезпечує попереднє розкислення сталі алюмінієм до вмісту загального кисню не більше 0,0095 %. Окрему увагу приділено дослідженню впливу мікролегування невеликими кількостями РЗМ (до 0,004 %). Виявлено, що така обробка забезпечує зменшення вмісту сірки до 0,004 %, загального кисню — до 0,0021 %, зниження кількості та розмірів неметалевих включень. У результаті механічні властивості сталі 20ГЛ зростають майже у 1,9 раза, що є суттєвим підвищенням для литих конструкційних сталей. Також досліджено характер взаємодії церію з футерівкою плавильного агрегату. Встановлено, що при використанні тиглів із високоглиноземистою футерівкою спостерігається інтенсивне зв’язування церію оксидами Al₂O₃, що необхідно враховувати під час розроблення технологічних регламентів. За результатами досліджень сформовано практичні рекомендації щодо оптимізації рафінування сталі 20ГЛ, вибору режимів розкислення, умов введення РЗМ та застосування додаткових модифікаторів (зокрема силікокальцію). Упровадження запропонованої технології забезпечує суттєве підвищення якості сталі, що визначає перспективність подальших досліджень та впровадження методики у промислове виробництво.