Способ выплавки стали и смесь для легирования стали

 

1. Способ выплавки стали включающий расплавление шихты, окислительный период, скачивание окислительного шлака, легирование ванадийсодержащим материалом, наведение врсстановительного шлака, восстановительный период и ВЫПУСК, от л и чающийся тем, чтр, с целью повышениястепени усвоения ванадия в процессе плавки, повышения механических свойств метёшла и снижения его себестоимости, легирование стали ванадием и наведение восстановительного шлака проводят смесью, состоящей из технической пятиокиси ванадия, молотого кокса, ферросилиция, алюминиевого порошка, . плавикового шпата и извести, вводимой сразу после скачивания окислительного шлака в количестве 2-5% от массы жидкого металла. 2. Смесь для легирования стёши, включающая ванадийсодержаЕций материал , ферросилиций, алюминиевый порошок , отличающаяся тем, что, с целью повышения степени усво- § ,-g ения ванадия в процессе плавки, пов шения механических свойств металла и снижения его себестоимости, смесь iF дополнительно содержит молотый кокс плавиковый шпат и известь, в качестве ванадийсодержащего материгша - S техническую пятиокись ванадия, а компоненты смеси взяты в следующем соэ к| отношении , мае.%; Техническая пятиокись X) 5-15 ванадия 5-10 Молотый кокс ND 15-20 Ферросилиций ГО Алюминиевый 10-16 порошок 6-10 Плавиковый шпат Известь Остгшьное

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

- СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И).

ЗСЮ С 21 С 5/52

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

10-16

6-10

Остальное (21) 3474250/22-02 (22) 20.08.82 (46) 15.02 ° 84. Бюл. 9 б (72) В.И.Довгопол, A.Н.Глазов, А.А.Филиппенков, Ф.С.Раковский, В,Ю.Дешин, В.В.Скрипченко, И.Н.Губайдуллин, Г.Н.Нутфуллин, B ° É.Çåëåíoâ и Б.М.Мельников (71) Уральский научно-исследовательский институт черных металлов и Чусовской металлургический завод (53) 669.187.25(088.8) (56) 1. Патент Японии 9 13173, кл. 10 J 161 (С 21 С 39/50), 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

9.358374, кл. С 21 С 5/52, 1969.

3. Авторское свидетельство СССР

9 394437, кл. С 21 С 5/52, 1970, 4. Авторское свидетельство СССР

9 196064, кл. С 21 С 5/52, 1964.

5. Авторское свидетельство СССР

9 276427, кл. С 22 С 35/00, 1970. б. Авторское свидетельство СССР

9 368343, кл. С 22 С 35/00, 1973. (S4) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ И СМЕСЬ

ДПЯ ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ. (57) 1. Способ выплавки стали, включающий расплавление шихты, окислительный период, скачивание окисли» тельного шлака, легирование ванадийсодержащим материалом, наведение восстановительного шлака, восстановительный период и выпуск, о т л ич а ю щ и и с .я тем, что, с целью повышения степени усвоения ванадия в процессе плавки, повышения механических свойств металла и снижения его себестоимости, легирование стали ванадием и наведение восстановительного шлака проводят смесью, состоящей из технической пятиокиси ванадия, молотого кокса, ферросилиция, алюминиевого порошка,.плавикового шпата и извести, вводимой сразу после скачивания окислительного шлака в количестве 2-5В от массы жидкого металла.

2. Смесь для легирования стали, включающая ванадийсодержащий мате» риал, ферросилиций, алюминиевый порошок, отличающаяся тем, что, с целью повышения степени усво- Q ения ванадия в процессе плавки, пов шения механических свойств металла и снижения его себестоимости, смесь дополнительно содержит молотый кокс плавиковый шпат и известь, в качест ве ванадийсодержащего материала - Я техническую пятиокись ванадия, а компоненты смеси взяты в следующем со-. отношении, мас.В:

Техническая пятиокись ванадия 5-15

Молотый кокс 5-10 Ферросилиций 15-20

Алюминиевый порошок

Плавиковый шпат

Известь

1073292

Изобретение относится к черной ме таллургии, а именно к производству ванадийсодержащих сталей в дуговых электросталеплавильных печах..

Известен способ получения спла- 5

° вов, легированных ванадием, заключающийся н том, что сырую ванадийсодержащую руду в смеси с угольным порошком постепенно добавляют на поверхность расплавленного металла в печи, восстананливая окись ванадия (1 3.

Недостатком указанного способа применительно к выплавке стали является необходимость введения большого количества ванадиевой руды, имеющей низкую концентрацию ванадия.

Значительные присадки окисленных материалов приводят к перерасходу . электроэнергии и раскислителей,снижают качество металла, засоряя его неметаллическими включениями и кислородом.

Известны способы выплавки стали с использованием ванадиевого конвертерного шлака, который вводят в завалку или в периоды плавления, окислительный или восстановительный f2 ) и (33.

В процессе плавки окислы ванадия из шлака восстанавливают углеродом, ЗО кремнием и марганцем металла и специально нвадимйми восстановителями (уг- . . ерод, кремний, алюминий ), при этом восстановленный ванадий переходит в металл, легируя его. . 35

Недостатки данных способов — повышенный расход восстановителей,-высокое содержание закиси железа в шлаке перед выпуском металла из печи, трудность Формирования шлака с необ- 4п ходимыми физико-химическими свойствами, недостаточно высокие механические свойства выпланляемых сталей.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо-45 му результату является способ выплавки стали, включающий расплавление шихты, окислительный период, скачива-. ние окислительного шлака, легирование. ванадийсодержащим материалом, наведение восстановительного шлака, восстановительный период и выпуск (4 1.

Однако содержание пятиокиси ванадия в шлаке не превышает .25% (остальное — окислы железа, марганца, титана и др.), что требует повышенного. его расхода. (т.е. для введения 1 кг ванадия необходимо не .менее 10 кг шлака), при этом вносится больше количество окислов железа и марган-. ца, которые необходимо носстанавли- 60 вать, а также до 40% балластных окислов (SiO<, Ti02, СаО, Mg0, Cr20$, которые увеличивают общее количество печного шлака. Степень усвоения ванадия н известном способе не пре- 65 вышает 75%, имеет место засорение металла неметаллическими включениями.

Известна экзотермическая смесь, содержащая, мас.%:

Ванадиевый шлак Оснона

Алюминий 8-16

Кремний 4-12

Кальций Не более 5 (5).

Недостатками известной смеси являются повышенная вязкость шлака, образующегося в печи после ее расплавления, низкая степень извлечеиия ванадия, а также высокий расход смеси для обеспечения заданного содержания ванадия в стали, так как концентрация пятиокиси ванадия н ванадиеном шлаке не превышает 25Ъ.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является смесь для легиронания стали, включающая, мас.В:

Алюминий 8-16

Кремний 4- 1 2

Окись кальция 8-15

Кальций Не более 5

Ванадиевый шлак Остальное 6 1.

Недостатками известной смеси являются высокий расход ее для обеспечения заданного содержания ванадия в стали, необходимость восстановления содержащихся в ванадиевом шлаке " окислов железа и марганца, н снязи с этим. повышенный расход раскислителей на 1 кг содержания ванадия в стали и высокая себестоимость.легирования, а также невысокие механические свойства полученного металла.

Цель изобретения — повышение степени усвоения ванадия в процессе плавки, повышение механических свойств металла и снижение его себестоимости.

Постанленная цель достигается тем, что согласно способу ныплавки стали, включающему расплавление шихты, окислительный период, скачинание окислительного шпака, легирование ванадийсодержащим материалом, наведение восстановительного шлака, восстановительный период и выпуск, легирование стали ванадием и, наведение восстановительного шлака проводят смесью, состоящей из технической пятиокиси ванадия, молотого кокса, ферросилиция, алюминиевого порошка, плавикового шпата и извести, вводимой сразу после скачивания окислительного шлака в количестве 2-5% от массы жидкого металла.

Смесь для легирования стали, включающая ванадийсодержащий материал, ферросилиций, алюминиевый порошок, дополнительно содержит молотый кокс, плавиковый шпат и известь, в качестве ванадийсодержащего материалатехническую пятиокись ванадия, а ком1073292 поненты смеси взяты в следующем соотношении, мас.в:

Техническая пятиокись ванадия 5-15

Молотый кокс 5-10 5

Ферросилиций 15-20

Алюминиевый порошок 10-16

Плавиковый шлат 6-10

Известь Остальное 10

Техническая пятиокись ванадия содержит 76-82% Ч О, 6-8% FeO, 4-6%

МпО, остальное - окислы титана,хро-. ма, кремния. При необходимости содержание пятиокиси ванадия может быть увеличено до 98%. Таким образом, концентрация ванадия в технической пятиокиси составляет 43-55%, что де лает этот .материал наиболее прием лемым для прямого легирования стали по сравнению с другими материалами, содержащими ванадий в виде окислов (ванадиевая руда, шлак и т.п.).

Количество технической пятиокиси ванадия (5-15%.) выбрано, исходя из необходимости обеспечения заданного содержания ванадия в стали..

Молотый. кокс в количестве. 5-10% обеспечивает снижение расхода более дорогостоящих раскислителей - ферро.силиция и алюминия. Кроме того, 30 применение его не снижает основности печного шлака. Менее 5% кокса не обеспечивает достаточной экономии ферросилиция, а более 10% приводит к увеличению остаточного содержания 35 углерода в металле, что нежелательно для малоуглеродистых сталей.

Ферросилиций и алюминиевый порошок взяты как основные восстановители для пятиокиси ванадия, а также 40 для окислов железа, которыми металл насыщен после окислительного периода плавки. Количество их обеспечивает максимальную степень усвоения ванадия металлом, а соотношение - об-45 раэование печного шлака с низкой вязкостью и температурой плавления. Увеличение расхода ферросилиция свыше

20% приводит к неоправданному увеличению себестоимости легированйя, а, алюминия свыше 16% — к увеличению . кроме того температуры плавления и вязкости шлака.

Плавиковый шпат обеспечивает до полнительное разжижение шлака для облегчения диффузионных процессов при восстановлении ванадия, а известь - необходимую основность печного шлака для создания оптимальных физико-химических свойств и повышения активности пятиокиси ванадия,. 60 благодаря чему достигается высокая степень усвоения ванадия -металлом.

Состав легирующе-восстановитель.ной смеси, в которую входит техническая пятиокись ванадия, выбРан, ис- 65 ходя из необходимости формйрования шлака, облацающего оптимальными физико-химическими свойствами, такими как вязкость, температура плавления, основность, термодинамическая активность Ч О . Образование такого шлака обеспечивает максимальную степень восстановления ванадия и перехода его в металл.

В табл.1 приведены составы печного шлака, образующегося в начале восстановительного периода при использовании способа-прототипа (1) и предлагаемого способа (2-10), а также некоторые его физико-химические свойства, в табл.2 результаты при- „ менения предлагаемого и известного способов °

Как видно из табл.1, предлагаемый способ выплавки стали обеспечивает получение печного шлака, обладающего низкой температурой плавления и вязкостью, что увеличивает скорость диффузионных процессов при восстановлении ванадия и переходе его в металл. Кроме того, обеспечивается высокая основность шлака (1,3-3,5), благодаря чему достигается низкое значение коэффициента распределения:

1 ; Ч2оц1,"" ванадия, 2,, т.е. минимальная (Ч) равновесная концентрация его в шлаке и максимальная в металле. Два перечисленных фактора позволяют добиться высокой степени усвоения ванадия в процессе плавки, обеспечив тем самым минимальные его потери (табл.2).

Из табл.1 видно, что уменьшение содержания алюминия и плавикового шпата в смеси ниже нижнего предела ухудшает свойства шлака, то же происходит при увеличении расхода .ферросилиция. Особенно сильно повышается вязкость шлака при увеличении расхода алюминиевого порошка выше верхнего предела содержания его в смеси.

Введение компонентов легирующе-восстановительной смеси в-заявляемых пределах обеспечивает, таким образом, оптимальные физико-химические свойства печного шлака в восстановительный период и максимальную степень восстановления ванадия (табл.2).

Из табл.1 и 2 видно, что расход легирующе-восстановительной смеси в пределах 2-5 кг/т жидкого металла обеспечивает получение в стали 0,050,3753 ванадия, что удовлетворяет. требования к большинству литейных низколегированных сталей. Менее

2 кг/т смеси не поэволяет получить необходимое содержание Ч в стали (0,05%), а более 5 кг приводит к неоправданному перерасходу смеси, снижению степени усвоения. ванадия и, увеличению себестоимости стали.

1073292

Таблица 1

Содержание компонентов шлака, % Температура плавления, С

СаО (ликвид.)

В 0

Способ

СаО MgO A1203 СаГ2 Si02 FeO

10,0 26,0 8,0 2,5

28,0

15,0

15,0

1430

22,0

1,2

3, 5

42,0 6,0 16,0 5,0

12,0

1360

4,0

1350

1,5

11,5 22,0 5,5 25,0

6,0

15,0

14,0 14,5

33 5 6,0- 20,0 6,0

1330

2,4

6,0

1,5

1310

17,0

6,0

15,0 8,0

1300

2,4

7,5

1370

42,0 7,0 13,5 6 5

15,0

3,5

8,5

6,0

1440

14,0 4,0

27,5 4,5 36,0

37,0 5,0 21g5j

2,0

8,0

8,0

4,0 . 15,5

2,4

1360

9,0

33 0 7,0 22,0 5,0.

20,0 5,0

1,6

1380

10.

8,0

Остальное — примеси окислов титана, марганца, хрома

Низкое содержание окислов железа в шлаке перед выпуском (табл.2) и небольшое количество самого шпака при использовании предлагаемого способа выплавки стали позволяет получить металл с низкой концентрацией 5 кислорода (менее 0,01%) и неметаллических включений, что положительно сказывается на его механических свойствах. Кроме того, предлагаемый способ позволяет снизить себестои- 19 мость стали благодаря снижению расхода раскислителей.

Пример. В 0,5-тонной электродуговой печи выплавляют сталь 20Г1ФЛ по способу-прототипу с использовани- ем ванадиевого шлака (плавки 1-2) и по предлагаемому способу с использованием технической пятиокиси ванадия (плавки 3-6), а также в качестве базового образца с феррованадием (плавка 7). Ванадиевый материал из расчета получения в стали 0,1В V в смеси в раскислителями и шлакообразующими добавками вводят в печь сразу после окончания окислительного периода и скачивания окислительного шпака. Применяют ванадиевый шлак, содержащий

18% VzO< (10% ванадия), 40% FeO, 20% SiO>, CaO, MgO, Ti02, МпО остальное, техническую пятиокись ванадия, содержащую 82% V>0 (46ЪЧ), 7% ГеО и

5% МпО и ферровайадий марки ФВд35А, 12,0 25,0 6,0 26,0 80

9,0, 36,0 5,0 21,0 6,0 содержащий 35% ванадия. Восстанови-. тельный период плавки проводят в течение.40 мин, затем иэ готового металла отливают трефовидные пробы по

ГОСТ 977-74, которые разрезают на лепестки и подвергают нормализации от 950ОС. Результаты плавок приведены в табл.3 и 4.

Таким образом, степень усвоения ванадия в сталь при использовании предлагаемого способа выплавки значительно выше, чем при использовании способа-прототипа (95 и 75% соответственно) и находится на уровне базового образца - способа выплавки стали с использованием феррованадия марки ФВд35А, стоимость леги- рования и раскисления металла в предлагаемом способе ниже, чем в способе-прототипе, на 2,50 руб/т (сравнивают оптимальные варианты) и ниже, чем в базовом образце, на 4 руб/т, содержание кислорода в готовой стали при использовании предлагаемого способа ниже почти в 2 раза, чем при использовании способа-прототипа, и находится на уровне базового образца, механические свойства стали, выплавленной по предлагаемому способу, на 5-15% выше, чем по способу-прототипу, а ударная вязкость при -40ОС выше в 1,6 раза (880 и 530 кДж/м соответственно).

1073292

Продолжение табл.1

Вязкость, пз. при

1600 С

Примечание

Содержание компонентов легирующе-восстановительной смеси, мас.З о

М н о е

С4

О

И

1 юф

-шлак 5,0 10,0

5,0 Осталь- 3 Способ-протонов тин

3,0

-56

5,0 5,0 15,0 10,0 6

1,6

15 0 10,0 20,0 16,0 10,0

1,5

10,0 7,5 17 5 13,0 8,0:

1,0

2 Расход - на нижнем пределе все - на среднем

15,0 10,0 20,0 16,0 10,0 -"1,2

10,0 7 5 17,5 13 0 8,0

3,5 Bce на среднем уровне

1,0

10,0 7,5 17;5 9,0 8,0

3,5 Все компоненты ниже нижнего предела

2,0

10,0 10,0 7,5 17у5 .17,0 8,0.

3,5 Все компоненты выше верхнего предела

Все компоненты ниже нижнего предела

100. 75 175 130 50

3,5

1,8

10,0 7 5 21,0 13,0 . 8,0

3,5 Все компоненты выше верхнего предела

2,0 ф

М 6I о

III 4 о

g g

& н н

vg хн

Ц4

O III

Х Н ии.2 Расход смеси и все компоненты на нижнем пределе, СаО - на верхнем.

2 Расход - на нижнем пределе Все кроме извести,на верхнем

5 Расход смеси и все компоненты, кроме извести, на. верхнем пределе

1073292

Таблица 2

Показатели

Способ

1 2.3 4

7 8 9 10

FeO перед выпуском, Ъ

6,0 3,0 2,5 2,0 1,0 1,7 . 1,5 2,0 1,8 1,2

V>0< перед выпуском, % 2,5 0,29 . 0,46 0,30 0,84 0,36 1,28 1,60 1,26 1,28

V в готовой сталя, Ъ

0,126 0,052

0,126 0,052 0,155 0,08 . 0,375 0,194 0,164 0,143 0,174 0,151

Степень усвоения ванадия металлом, Ъ

75 93 96 95 93 96 85 80 86 84

Таблица 3

Плав- Расход компонентов легирующе-воска,9 становительной смеси, кг/т стали

Примечание о

Х

Ы

IO о

Х х

IIl и) н о

1. 13,5 — 6,0 16,0 5,0 - 20,0 — 75 10,50 1,0

60 Прототип

14,0 — 6,0 8,0 8,0 — 20,0 — 74

10,80 1,12

60 11

3.

2,4 2,0 3,0 8,6

20 кг 93 или 2% от веса металлаа

8,00 0,55

4,0 2,6 16,4 33 кr,96 или

3i3%

2,6 5,0

40 Все на среднем уровне

9,00 0,19

2,3

2,5 2,5 7,5 5,0 3,0 29,5 50 кг, 91 или 5В

10,00 0,31

I со

Э М м.о к

З М ф tk 1 них

Ig

g

Ц

v о

С4

C4„ о а о

f4 о

М н о

Э

III й

Степень усвоения ванадия, Ъ

Стоимость легиро вания и раскисления, руб/т

Содержание /2 0 в шлаке перед выпуском,%

Колво печного шлака, кг/т стали

25 Расход смеси, А1 и ФСна нижнем пределе

60 Расход на верхнем пределе

1073292 продолжение табл. 3

ЮЮ Ю Ю4ВЮЮЮ ЮЮЮЮЮа

Ф юЬЮЮ юФюю

Примечание

Расход компонентов легирующе-восстановительной смеси, кг/т стали

Плав ка,м (ю аВЮЮ юЮЮВюЮЮ

ЮЮ ЮЮ ф

ЮЮЮЮ В ЮЮЮЮЮ

8,00 0,22

2,25 1,0 4,0 2,6 1,6 8,6 20кг, 97 или 2%

25

Базовый образец

12,00 О, 39

7. Ферро-, 2,0 4,0 2,5 2,0 10,0 ванадий

ФВд35А-3,1

Таблица 4 Механические свойства

ЮЮЮЮЮ з yr " 4 КСЧ . КСЧ

МПа МПа фь В кДж/и кДж/м

Содержание кислорода,Ъ

Содержание элементов, мас. Ъ

Плавка, в

С S i Ип S P Ч

1 0,18 0,38 1,06 0,025 0,024 0,101 0,014 572 374 23 52 1100 510

1,18 0,026 .0,020 0,102 0,016 581 377 21 50 1120 530

2 0,21 0,30

875

1,13 0,021 0,018 0,103 0,008 592 386 26 60 1300

3 0,19 0,29

850

4 0,22 0,44 1,20 0,018 0,016 0,102 0,010 610 396 24 58 1250

5 0,20 0,40 1,03 0,016 0,.021 0,105 0,007 601 390 25 61 1280 864

6, 0,18 0,34 1,14 0,020 0,023 0,10 0,009 589 385 28 63 1310 880

7 0,19 0,35 1,15 0,021 0;022 0,103 0,009 587 385 27 63 1305 880

Составитель Л.Магаюмова

Редактор В.Ковтун Техред О.Неце . Корректор Г.Огар

Заказ 274/24 . Тираж 540 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб °, д.4/5

Филиал ЛПП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

g М.

5 5 ) 85и а н

Ф

Ю й

Стенень усвоения ванадия В

Стоимость легиро

sawn и расим сления, руб/т

Содержанке чо в ишаке перед выпуском,Ъ

Кол- . во пвчМОГО

wraxa, кг/т стали

Оптимальный вариант для введения

0,1а