Способ изготовления легирующих материалов для сталей и сплавов

 

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕГИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ, включающий предварительное измельчение и смешение исходных продуктов, содержащих один или несколько легирующих металлов из чистых оксидов руд, концентратов, отходов промышленных производств, отличающийся тем, что, с целью сокращения расходов материалов, потребления электроэнергии, снижения себестоимости сплавов, получаемых при использовании легирующих материалов, и улучшения экологических условий, смешение исходных продуктов осуществляют в твердом состоянии с оксидами щелочных или целочно-земельных металлов, взятыми в эвтектическом соотношении с получением эвтектической смеси, температура плавления которой ниже температуры плавления легируемых сталей и сплавов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в полученную эвтектическую смесь вводят твердый восстановитель, содержащий кремний, алюминий и/или кальций.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью снижения температуры плавления и обеспечения необходимой прочности для транспортировки или длительного хранения легирующих материалов, смесь обжигают при температуре ниже температуры плавления эвтектики в печах в атмосфере топочного газа или воздуха.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что, с целью снижения температуры плавления и обеспечения необходимой прочности для транспортировки или длительного хранения легирующих материалов, смесь с восстановителем обжигают при температуре ниже температуры плавления эвтектики в печах в атмосфере газа или воздуха. Изобретение относится к области металлургии, в частности, к производству легирующих материалов для легирования сталей и сплавов. Известен способ изготовления легирующих материалов ферросплавов, заключающийся в совместном плавлении в электропечи смеси исходного сырья в виде оксидов их руд, концентратов или шлаков с известью и восстановителем, содержащим кремний и/или алюминий. Недостатками этого способа являются высокое содержание углерода в лигатурах (0,1-2 мас.), большой расход электроэнергии, низкое извлечение металла в сплаве, большие трудовые затраты на разливку, очистку от шлаков и дробление слитков. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления легирующих материалов для сталей и сплавов, включающий предварительное измельчение и смешение исходных продуктов, содержащих один или несколько легирующих металлов из чистых оксидов руд, концентратов или отходов промышленных производств, расплавлении смеси в электропечи, выпуск расплава в ковш, смешивание расплава с жидким восстановителем и твердыми добавками рудноизвестковой смеси, слив шлака, разлив металла, кристаллизацию слитков и их дробление. Недостатками известного способа являются высокие потери компонентов и легирующих металлов, высокая стоимость получаемых лигатур и плохие экологические условия труда. Потери легирующих металлов при легировании стали лигатурой, полученной известным способом, составляют 30-60% извлечение компонентов при выплавке лигатур составляет 40-90% Общие потери, например, марганца при изготовлении лигатур и легировании стали составляют 57-67% Большие трудозатраты при изготовлении лигатур известным способом связаны с операциями разливки, грануляции и дробления слитков, а также с необходимостью затрат на газоочистку, улавливание и удаление дымовых возгонов. При этом расходуется значительное количество электроэнергии (10-30 тыс. кВт ˙ч на 1 т лигатуры). Образующиеся при введении в расплав восстановителя дымовые возгоны ухудшают экологические условия труда. Целью данного изобретения является сокращение расходов материалов, потребления электроэнергии, снижение себестоимости сплавов, получаемых при использовании легирующих материалов и улучшение экологических условий труда. Для достижения поставленной цели предложен способ изготовления легирующих материалов для сталей и сплавов, включающий предварительное измельчение и смешение исходных продуктов, содержащих один или несколько легирующих металлов из числа оксидов, руд, концентратов, отходов промышленных производств, отличающийся от известного способа, согласно изобретению тем, что смешение исходных продуктов осуществляют в твердом состоянии с оксидами щелочных или щелочно-земельных металлов, взятыми в эвтектическом соотношении с получением эвтектической смеси, температура плавления которой ниже температуры плавления легируемых сталей и сплавов. Причем в полученную эвтектическую смесь вводят твердый восстановитель, содержащий кремний, алюминий и/или кальций. Кроме того, с целью снижения температуры плавления и обеспечения необходимой прочности для транспортировки или длительного хранения легирующих материалов, смесь обжигают при температуре ниже температуры плавления эвтектик в печах в атмосфере топочного газа или воздуха, а обжиг смеси с восстановителем осуществляют при температуре ниже температуры плавления эвтектики в печах в атмосфере газа или воздуха. Эвтектические оксидные смеси с легирующими металлами обладают следующими свойствами: низкая температура плавления, низкое поверхностное натяжение и гомогенность образующихся расплавов, низкая энергия связи Ме 0 и высокая активность при восстановлении металлов. Кроме оксидов восстанавливаемых металлов, в смеси могут быть оксиды кальция, железа, а также кремния, алюминия, магния, содержащиеся в рудах и концентратах (см. табл. 1). При этом нет необходимости в добавках сильных окислителей, повышающих экзотермический эффект восстановления, а также специальных связующих. При взаимодействии эвтектической смеси с восстановлением образуется гомогенный прочный продукт с температурой плавления ниже температуры плавления стали, и при его выделении в сталь не происходит потери легирующих металлов. Для изготовления легирующих материалов могут быть применены, кроме выше указанных химических соединений, руды, концентраты, промежуточные продукты или отходы технологических производств, в которых они содержатся. Материалы (см. табл. 1), содержащие силикаты, снижают активность кислорода при взаимодействии с восстановителем и использовать их нецелесообразно. Из оксидов, имеющих максимальную степень окисления и низкую температуру плавления типа МоО₃ и WО₃, берут смеси более легкоплавкие, но с температурой плавления не ниже 500^оС. При более низкой температуре плавления образуется много легкоплавкой фазы, при последующем обжиге, что может привести к налипанию на футеровку печи и к их испарению при последующем использовании для легирования стали. Для оксидов с высокой температурой плавления Cr₂O₃, Nb₂O₅ и др. целесообразно использовать эвтектические смеси с более высокой температурой плавления, так как для снижения температуры плавления потребуется больше добавлять других материалов, но не выше 1500^оС, так как при более высокой температуре будет недостаточно тепла для их расплавления при легировании стали вне печи без подвода тепла. П р и м е р 1 (см. табл. 1). Предлагаемый способ опробован на примере изготовления лигатуры с ванадием. Изготовлена эвтектическася смесь пятиоксида ванадия и оксида кальция в стехиометрическом соотношении смеси: 92 мас.ч. V₂O5, 8 мас.ч. СаО (к смеси добавляют в дробленом состоянии) и 59 мас.ч. Fe-Si. Смесь нагревают при 700^оС. Получают прочный спеченный продукт с плотностью 5,5 г/мм². Структура спеченного брикета по химическому составу гомогенна и состоит из смеси фаз одинакового состава и двух типов кристаллизации. Металлической фазы, а также исходных оксидных фаз в структуре не обнаруживается. Температура плавления спека на воздухе менее 1400^оС. Полученным продуктом легируют железо. Расплавление спека на поверхности железа при 1600^оС мгновенное. Усвоение ванадия при концентрации его в железе 1% (близко к 100%) П р и м е р 2 (см. табл. 1). Технический пятиоксид ниобия смешивают с оксидом кальция в эвтектическом соотношении (I) Nb₂O₅ 77 мас.ч. СаО 23 мас. ч. с температурой плавления эвтектики 1492^оС. Другую часть технического пятиоксида ниобия смешивают Na₂CO₃ в эвтектическом соотношении (2) Nb₂O₅ 67 мас. ч. и Na₂CO₃ 33 мас.ч. с температурой плавления эвтектики 1235^оС. Две смеси смешивают между собой в соотношении (1) и (2) 70 и 30 мас.ч. соответственно. К смеси добавляют 15 мас.ч. ферросилиций с 75% Si и алюминий 5 мас. ч. Полученную смесь окомковывают во влажном состоянии и обжигают при температуре 1000^оС, получают прочные спеченные окатыши, содержащие ниобий, для легирования стали. П р и м е р 3 (см. табл. 1). Измельченный концентрат хромовой руды с содержанием оксидов хрома 60% смешивают с известняком и оксидами железа в соотношении 1: 1,4:0,1. Смесь обжигают при температуре 1100^оС. В результате обжига получают смесь эвтектического типа на основе СаО Cr₂O₃ CrO₃ Fe₂O₅ SiO₂ Al₂O₃ MgO с температурой плавления 1500^оС, смесь измельчают и смешивают с Fe Si с содержанием кремния 65% в соотношении на 100 мас.ч. смеси 125 мас. ч. ферросилиция, полученную смесь брикетируют и используют для легирования. Аналогичным образом были получены эвтектические смеси следующих составов: V₂O₅ 80% (K₂O + Na₂O) 20% алюминий восстановитель; Хромовый концентрат 46% известняк 50% железная руда 4% FeSi 65% восстановитель; Na₂CrO₄ 28,4% Na₂B₄O₇ 59,6% Na₂(BO₂)₂, алюминий восстановитель. Предложенный способ изготовления легирующих материалов для сталей и сплавов обеспечивает в сравнении с известным способом сокращение потерь компонентов и легирующих металлов на 15-20% снижение трудозатрат за счет исключения операций плавки, разливки, грануляции и дробления сплавов и связанных с ними энергозатрат, а также улучшение экологических условий труда за счет устранения дымовых возгонов при плавке.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕГИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ, включающий предварительное измельчение и смешение исходных продуктов, содержащих один или несколько легирующих металлов из чистых оксидов руд, концентратов, отходов промышленных производств, отличающийся тем, что, с целью сокращения расходов материалов, потребления электроэнергии, снижения себестоимости сплавов, получаемых при использовании легирующих материалов, и улучшение экологических условий, смешение исходных продуктов осуществляют в твердом состоянии с оксидами щелочных или целочно-земельных металлов, взятыми в эвтектическом соотношении с получением эвтектической смеси, температура плавления которой ниже температуры плавления легируемых сталей и сплавов. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в полученную эвтектическую смесь вводят твердый восстановитель, содержащий кремний, алюминий и/или кальций. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью снижения температуры плавления и обеспечения необходимой прочности для транспортировки или длительного хранения легирующих материалов, смесь обжигают при температуре ниже температуры плавления эвтектики в печах в атмосфере топочного газа или воздуха. 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что, с целью снижения температуры плавления и обеспечения необходимой прочности для транспортировки или длительного хранения легирующих материалов, смесь с восстановителем обжигают при температуре ниже температуры плавления эвтектики в печах в атмосфере газа или воздуха.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000        

---