Сплав АВ87

Сплав АВ87 — вторичный алюминий, предназначенный для раскисления стали, производства ферросплавов и алюминотермии. Материал выпускается в чушках и гранулах и регламентируется ГОСТ 295-98 «Алюминий для раскисления, производства ферросплавов и алюминотермии. Технические условия». Благодаря высокому содержанию алюминия (суммарная массовая доля Al и Mg — не менее 87 %) сплав эффективно связывает растворённый кислород в жидкой стали, образуя устойчивый оксид Al₂O₃, который переходит в шлак.

Расшифровка марки АВ87 и нормативная база

Обозначение марки расшифровывается следующим образом: А — алюминий, В — вторичный (изготовлен из лома и отходов алюминиевых сплавов), 87 — минимальная суммарная массовая доля алюминия и магния в процентах. Допускается также использование первичного алюминиевого сырья.

Нормативный документ — ГОСТ 295-98. Стандарт распространяется на алюминий, изготовляемый из первичного сырья или из лома и отходов алюминиевых сплавов, в чушках и гранулах для раскисления, производства ферросплавов и алюминотермии. Стандарт определяет требования к химическому составу, формам выпуска, маркировке, упаковке, правилам приёмки и методам испытаний.

По ГОСТ 295-98 выпускаются несколько марок вторичного алюминия: АВ86, АВ87, АВ91, АВ92, АВ97. Цифра в обозначении каждой марки указывает минимальную суммарную долю Al+Mg. Марка АВ87 занимает среднее положение в линейке: содержание алюминия выше, чем у АВ86, но ниже, чем у АВ91 и АВ97. Выбор конкретной марки определяется технологическими требованиями к процессу раскисления или алюминотермии.

Химический состав сплава АВ87 по ГОСТ 295-98

Согласно ГОСТ 295-98, химический состав алюминия марки АВ87 должен соответствовать следующим требованиям:

Важно понимать, что цифра 87 обозначает нижнюю границу суммы алюминия и магния, а не содержание чистого алюминия. Магний учитывается в составе основного компонента, поскольку также проявляет раскислительные свойства при взаимодействии с расплавом стали.

Марка АВ87Ф — вариант с пониженным содержанием олова

По требованию потребителя выпускается модификация АВ87Ф, в которой массовая доля олова ограничена значением не более 0,03 %. Пониженное содержание олова требуется в тех случаях, когда даже следовые количества Sn способны негативно повлиять на свойства выплавляемой стали. Буква «Ф» в обозначении марки указывает на это дополнительное ограничение по химическому составу.

Назначение алюминия АВ87 — раскисление стали

Основное назначение сплава АВ87 — осаждающее раскисление жидкой стали. Растворённый кислород является вредной примесью в стали: он ухудшает механические свойства, снижает пластичность, способствует образованию пористости слитков и отливок. Для удаления кислорода в расплав вводят элементы с высоким химическим сродством к кислороду — раскислители.

Алюминий — один из наиболее сильных и распространённых раскислителей. Реакция раскисления протекает по схеме:

2Al + 3[O] → Al₂O₃

Образующийся оксид алюминия (глинозём) выделяется из расплава в виде твёрдых мелкодисперсных частиц и переходит в шлак. Уже при содержании алюминия 0,02–0,04 % в стали обеспечивается очень низкая концентрация растворённого кислорода (менее 0,003 %), что исключает возможность выделения пузырьков CO при кристаллизации. Такую сталь называют спокойной.

Помимо непосредственного связывания кислорода, мелкие частицы Al₂O₃ выполняют роль центров зарождения кристаллов при затвердевании стали, что способствует формированию мелкозернистой структуры и улучшению механических свойств проката.

Технологические особенности ввода АВ87 в расплав

Алюминий для раскисления вводят в жидкую сталь в ковше или непосредственно в печь. Используют чушки, гранулы или алюминиевую проволоку (катанку). Выбор формы зависит от технологической схемы и степени автоматизации процесса.

Плотность алюминия (около 2 700 кг/м³) значительно ниже плотности жидкой стали (около 7 000 кг/м³). Из-за этого чушковый алюминий при вводе в ковш всплывает и контактирует с кислородом атмосферы и покровным шлаком, что ведёт к потерям. По данным практики, при обработке стали чушковым алюминием на собственно раскисление расходуется не более 20 % введённого металла, остальное окисляется атмосферным кислородом (20–25 %) и покровным шлаком (55–60 %). Применение погружных методов ввода (например, проволоки с алюминиевым наполнением) повышает степень усвоения, но не исключает потребности в чушковом и гранулированном алюминии.

Производство ферросплавов алюминотермическим способом

Второе важное направление применения сплава АВ87 — производство ферросплавов методом алюминотермии. Алюминотермия (алюмотермия) — способ получения металлов и сплавов восстановлением оксидов металлическим алюминием. Метод был открыт Н. Н. Бекетовым в 1859 году и позднее доведён до промышленного применения Г. Гольдшмидтом в 1894 году.

Общая схема алюминотермической реакции:

Me_xO_y + Al → Me + Al₂O₃ + Q

Реакция экзотермическая — протекает с выделением значительного количества теплоты. При внепечной алюминотермии (когда теплоты реакции достаточно для самоподдерживающегося процесса) температура в зоне реакции достигает 1900–2400 °С, а в некоторых системах — до 3000 °С. Образующиеся металл и шлак (Al₂O₃) хорошо разделяются благодаря разнице плотностей. Если выделяемой теплоты недостаточно, применяют электропечную алюминотермию с подводом электроэнергии.

Какие ферросплавы получают с участием АВ87

Алюминотермическим способом с использованием вторичного алюминия АВ87 производят:

• металлический хром;
• безуглеродистый феррохром;
• феррониобий;
• ферробор;
• силикоцирконий;
• лигатуры с редкими и редкоземельными металлами.

Преимущество алюминотермического метода — возможность получения низкоуглеродистых сплавов, что невозможно при углеродотермическом восстановлении (карботермии), поскольку углерод загрязняет получаемый продукт карбидами. Алюминотермия позволяет обойти эту проблему, обеспечивая высокую чистоту конечного продукта по углероду.

Формы выпуска вторичного алюминия АВ87

Согласно ГОСТ 295-98, алюминий марки АВ87 выпускается в двух формах: чушки и гранулы. Выбор формы определяется технологическим процессом потребителя и способом ввода раскислителя в расплав.

Чушки алюминиевые АВ87

Стандартные чушки изготовляют массой не более 20 кг, с пережимами и без пережимов. Также выпускают малогабаритные чушки массой не более 4 кг. Форму и размеры чушек устанавливает изготовитель. По соглашению с потребителем допускается изготовление крупногабаритных чушек массой более 200 кг.

Требования к качеству поверхности: не допускаются шлаковые включения; допускаются следы вырубки дефектов и усадочные раковины. Чушки удобны для ручного ввода в ковш при небольших объёмах производства, а также для загрузки в дуговые и индукционные печи.

Гранулы алюминиевые АВ87

Гранулы алюминиевые могут иметь свободную форму — от веретенообразной до шарообразной. Масса одной гранулы — от 0,5 до 15 граммов. В гранулах не допускается содержание механических примесей.

Гранулированная форма обеспечивает ряд технологических преимуществ: точное дозирование, равномерное распределение алюминия по объёму расплава, возможность применения в автоматизированных линиях подачи раскислителей. Мелкая фракция гранул (0,5–5 г) предпочтительна для систем пневмотранспорта, крупная (5–15 г) — для порционной загрузки.

Маркировка и упаковка чушек АВ87

Торец чушки маркируется несмываемой краской. Цветовая маркировка для АВ87 — две полосы: зелёная и красная. Маркировка наносится на верхний ряд продукции в упаковке. В отдельных случаях ставится клеймо изготовителя и указывается номер плавки.

Для модификации АВ87Ф (с пониженным содержанием олова) к цветовой маркировке добавляется ещё одна полоса красного цвета — итого зелёная и две красных.

Сравнение АВ87 с другими марками алюминия для раскисления

ГОСТ 295-98 предусматривает несколько марок вторичного алюминия, различающихся по минимальной суммарной доле Al+Mg и допустимому уровню примесей. Ниже приведено сравнение основных марок:

Марка АВ87 — компромисс между стоимостью и раскислительной способностью. Более чистые марки (АВ91, АВ92, АВ97) дороже, но вносят меньше примесей в расплав. АВ87 широко применяется там, где допускается повышенный уровень кремния и меди в раскислителе — например, при выплавке рядовых конструкционных сталей или в алюминотермических процессах, где чистота исходного алюминия менее критична.

Области применения вторичного алюминия АВ87

Конкретные направления использования сплава АВ87 определены в ГОСТ 295-98 и подтверждены практикой металлургических предприятий:

• Раскисление стали и чугуна — удаление растворённого кислорода из расплава с образованием Al₂O₃, переходящего в шлак. Используется при производстве спокойных и полуспокойных сталей в мартеновских, электродуговых и конвертерных печах.
• Производство ферросплавов — алюминотермическое восстановление оксидов металлов (хрома, ниобия, бора, циркония и др.) для получения низкоуглеродистых ферросплавов и лигатур.
• Алюминотермическая сварка — термитная сварка рельсов, труб и металлоконструкций с использованием смеси алюминиевого порошка (или гранул) и оксидов железа.

Сплав АВ87 не предназначен для изготовления конструкционных деталей, проката или иных полуфабрикатов. Это исключительно технологический материал, используемый как расходный компонент в металлургических процессах.

Хранение и транспортировка алюминия для раскисления

Чушки и гранулы АВ87 хранят в сухих крытых складах, защищённых от воздействия атмосферных осадков. Алюминий на воздухе покрывается тонкой оксидной плёнкой, которая при хранении в сухих условиях не влияет на раскислительную способность материала. Однако длительное воздействие влаги может привести к образованию гидроксида алюминия на поверхности, что снижает активность при вводе в расплав.

При транспортировке необходимо соблюдать требования безопасности: алюминиевая пыль и мелкие гранулы при определённых условиях могут образовывать взрывоопасные аэрозоли. Крупные чушки транспортных ограничений не имеют и перевозятся обычными видами транспорта.

Практические рекомендации для инженеров и снабженцев

При выборе марки алюминия для раскисления следует учитывать несколько факторов:

• Марка выплавляемой стали. Для ответственных легированных сталей предпочтительнее АВ91 или АВ97 с пониженным содержанием примесей. Для массовых конструкционных марок — АВ87 обеспечивает достаточную чистоту при меньшей стоимости.
• Способ ввода. Чушки — для ручной загрузки и небольших объёмов. Гранулы — для механизированных и автоматических систем дозирования.
• Требования к олову. Если выплавляемая сталь чувствительна к содержанию олова, следует заказывать модификацию АВ87Ф (Sn ≤ 0,03 %).
• Входной контроль. При приёмке партии целесообразно проверить наличие сертификата качества с указанием результатов химического анализа и номера плавки, а также соответствие цветовой маркировки заявленной марке.