Способ получения микролегированной ванадием полуспокойной стали

 

Использование: в металлургии при производстве микролегированной полуспокойной стали в различных сталеплавильных агрегатах, в том числе в кислородных конвертерах. Способ получения микролегированной ванадием полуспокойной стали включает продувку кислородом в конвертере расплава металла, его нагрев перед выпуском в ковш до температуры на 5 - 20^oС выше заданной, присадку в расплав металла по ходу его выпуска в ковш раскислителей, легирующих добавок, ванадийсодержащего материала с одновременной продувкой в ковше инертным газом. В качестве ванадийсодержащего материала присаживают ванадиевый шлак с суммарным содержанием в нем оксидов кальция и магния не менее 12 мас. % и общим содержанием железа не более 22 мас.%. Раскислители вводят в ковш в количестве, необходимом для получения содержания кремния в расплаве металла 0,06 - 0,09 мас.%. Ванадиевый шлак присаживают после введения всех раскислителей и легирующих добавок в количестве, обеспечивающем содержание кремния в готовой стали 0,03 - 0,05 мас.%. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии и может использоваться при производстве микролегированной полуспокойной стали в различных сталеплавильных агрегатах, в том числе и в кислородных конвертерах.

Известен способ выплавки стали, микролегированной ванадием, с использованием ванадиевого конвертерного шлака в качестве ванадийсодержащей добавки [1] Способ включает продувку чугуна в кислородном конвертере, нагрев металла до 1645-1660^оС, выпуск металла, присадку в ковш во время выпуска ванадиевого конвертерного шлака, алюминия в количестве до 1 кг/т, силикомарганца, ферросилиция, силикокальция, продувку металла аргоном. Способ позволяет получить сталь с содержанием ванадия от 0,02 до 0,08 мас.

Недостатком известного способа является повышенный расход раскислителя (алюминия), что не позволяет получить полуспокойную сталь.

Известен способ выплавки ванадийсодержащей стали в конвертере [2] включающий продувку ванадийсодержащего чугуна в конвертере до содержания углерода на 0,05-0,10% и температуры на 5-20^оС выше заданных перед выпуском плавки, присадку раскислителей в ванну и продувку топливно-кислородным факелом. Способ позволяет получать ванадийсодержащую сталь при уменьшенном расходе ванадия для легирования.

Недостатком известного способа является повышенный расход раскислителей, связанный с дополнительным угаром при их введении в ванну на шлак. Кроме того способ предусматривает использование только ванадиевого чугуна, что сужает объем его применения. Операции присадки раскислителей в ванну и продувки топливно-кислородным факелом, проводимые дополнительно, увеличивают продолжительность плавки и снижают производительность конвертера.

Наиболее близким к предложенному является способ получения микролегированной ванадием полуспокойной стали, включающий продувку кислородом в конвертере расплава металла, его нагрев перед выпуском в ковш до температуры на 5-20^оС выше заданной, присадку в расплав металла по ходу его выпуска в ковш раскислителей (алюминия, кремнийсодержащих сплавов, ферросилиция, силико- и ферромарганца), легирование марганцем и ванадием за счет присадки ферросплавов в ковш с одновременной продувкой расплава в ковше инертным газом [3] Способ позволяет получать полуспокойную сталь, содержащую кремний, марганец и ванадий.

Недостатком способа-прототипа являются низкие механические свойства получаемой стали (предел текучести, временное сопротивление разрыву, относительное удлинение). Кроме того, применение феррованадия в качестве ванадийсодержащего материала приводит к низкому суммарному показателю использования ванадия при его получении и введении в сталь.

Цель изобретения повышение механических свойств полуспокойной микролегированной ванадием стали и повышение суммарного показателя использования ванадия при производстве технической пятиокиси ванадия, феррованадия и легировании полуспокойной стали без увеличения расхода раскислителей.

Цель достигается тем, что в известном способе получения микролегированной ванадием полуспокойной стали, включающем продувку кислородом в конвертере расплава металла, его нагрев перед выпуском в ковш до температуры на 5-20^оС выше заданной, присадку в расплав металла по ходу его выпуска в ковш раскислителей, легирующих добавок, ванадийсодержащего материала с одновременной продувкой расплава в ковше инертным газом, в качестве ванадийсодержащего материала присаживают ванадиевый шлак с суммарным содержанием в нем оксидов кальция и магния не менее 12 мас. и общего содержания железа не более 22 мас. при этом раскислители вводят в ковш в количестве, необходимом для получения содержания кремния в расплаве металла 0,06-0,09 мас. а ванадиевый шлак присаживают после введения всех раскислителей и легирующих добавок в количестве, обеспечивающем содержание кремния в готовой стали 0,03-0,05 мас.

Повышение механических свойств полуспокойной стали (предела текучести, временного сопротивления разрыву, относительного удлинения) достигается за счет того, что при взаимодействии введенного легкоплавкого ванадиевого шлака с металлом в условиях, близких к равновесным (при продувке металла инертным газом), происходит перераспределение компонентов, содержащихся в металле (углерод, марганец, кремний, алюминий) и в шлаке (ванадий, титан). В результате устанавливается такое соотношение этих компонентов в металле, которое обеспечивает повышение механических свойств микролегированной стали.

Повышение суммарного показателя использования ванадия при переработке ванадийсодержащего сырья в феррованадий и введении его в сталь, без увеличения расхода раскислителей, достигается за счет замены феррованадия легкоплавким ванадиевым шлаком с температурой начала плавления 1100-1300^оС, перегрева металла перед выпуском из сталеплавильного агрегата на 5-20^оС по сравнению с требуемой температурой и введением шлака в ковш после присадки всех раскислителей и легирующих добавок в количестве, обеспечивающем содержание кремния в готовой стали 0,03-0,05 мас. Суммарный показатель использования ванадия при переработке ванадийсодержащего конвертерного шлака в техническую пятиокись ванадия с получением из нее феррованадия, вводимого в сталь, составляет около 50% из-за потерь ванадия на всех этапах переработки. Замена феррованадия легкоплавким ванадиевым шлаком делает ненужной такую переработку и устраняет вызванные ею потери ванадия, что повышает показатель использования ванадия до 65-70% При этом расход раскислителей (кремнийсодержащих сплавов и алюминия) не увеличивается по сравнению с прототипом.

Содержание кремния в металле в пределах 0,06-0,09 мас. до введения в ковш ванадиевого шлака обеспечивает получение полуспокойного металла необходимого качества. Уменьшение концентрации кремния ниже 0,06 мас. приводит к снижению показателя использования ванадия. Повышение концентрации кремния более 0,09 мас. вызывает увеличение брака металла при прокатке по расслою.

Количество легкоплавкого ванадиевого шлака, вводимого в ковш, зависит от содержания в нем оксидов железа, ванадия и титана, а также от концентрации кремния и углерода в металле. Это количество определяется опытным путем, исходя из необходимости получения конечного содержания кремния в стали 0,03-0,05 мас. При содержании более 0,05 мас. кремния происходит увеличение брака металла при прокатке по расслою. Уменьшение содержания кремния в стали ниже 0,03 мас. приводит к увеличению брака металла при прокатке по поверхностным дефектам.

Необходимая легкоплавкость ванадиевого шлака (температура начала плавления 1100-1300^оС) обеспечивается его составом, т.е. ограничением суммарного содержания оксидов кальция и магния (не менее 12 мас.) и общего содержания железа (не более 22 мас.). Такой состав легкоплавкого ванадиевого шлака может быть получен при деванадации ванадиевого чугуна в кислородном конвертере путем уменьшения количества присаживаемой прокатной окалины и дополнительного введения материалов, содержащих оксиды кальция и магния.

Необходимость нагрева металла перед выпуском на 5-20^оС выше заданной объясняется двумя причинами: во-первых, дополнительным расходом тепла на нагрев ванадиевого шлака и требованием иметь перед разливкой температуру металла 1540-1560^оС; во-вторых, стремлением обеспечить высокие скорость и полноту перехода ванадия в металл. Введение шлака в ковш после присадки раскислителей обеспечивает высокую степень их усвоения. Угар раскислителей и легирующих элементов при введении их в ковш в значительной мере обусловлен взаимодействием со шлаком, попадающим в ковш из сталеплавильного агрегата. Этот шлак сливают в ковш для снижения теплопотерь во время выпуска. Замена шлака из сталеплавильного агрегата лекоплавким ванадиевым шлаком позволяет обеспечить микролегирование металла ванадием без увеличения расхода раскислителей.

Заявляемый способ отличается от известного тем, что раскислители вводят в металл из расчета получения в расплаве металла содержания кремния 0,06-0,09 мас. в качестве ванадийсодержащей добавки используют легкоплавкий ванадийсодержащий шлак, который вводят на последней стадии раскисления и микролегирования стали в количестве, обеспечивающем содержание кремния в готовой стали 0,03-0,05 мас.

Анализ известных технических решений показывает, что известно использование ванадиевого конвертерного шлака взамен ванадийсодержащих сплавов для получения микролегированной стали. Для получения необходимой степени усвоения ванадия (более 60%) из этого шлака, имеющего температуру плавления выше 1450^оС, его вводят в ковш до окончания присадки раскислителей и увеличивают расход раскислителей. Повышенный расход раскислителей, нестабильность их усвоения и уровня раскисленности металла не позволяют использовать ванадиевый конвертерный шлак для получения полуспокойной стали. Повышенным расходом раскислителей характеризуются известные способы получения ванадийсодержащей стали, предусматривающие ввод раскислителей в сталеплавильный агрегат на ванадиевый шлак различного состава (или совместно с ним). Известно, что угар раскислителей при введении их в ванну сталеплавильного агрегата составляет около 45% против 20-25% при вводе их в ковш во время выпуска.

Проведенный сопоставительный анализ известных технических решений и заявляемого способа показал, что известные технические решения не позволяют повысить механические свойства полуспокойной микролегированной ванадием стали при одновременном повышении показателя использования ванадия без увеличения расхода раскислителей.

П р и м е р. Чугун продували кислородом сверху в конвертере садкой 165 т. Заданная температура перед выпуском (по прототипу) 1590-1605^оС. Во время выпуска металл в ковше продували аргоном через пористую вставку в днище и осуществляли следующие присадки: ферросилиций марки ФС 45 2,5 кг/т; ферромарганец ФМн 75 14,5 кг/т; алюминий АВ 92 0,070 кг/т.

После этих присадок в ковш вводили леглоплавкий (температура начала плавления 1120^оС) ванадиевый шлак следующего состава, мас. V₂O₅ 11,0; TiO₂ 6,2; SiO₂ 16,8; CaO 30,8; MgO 4,2; Fe_общ 21; Cr₂O₃. Al₂O₃ и MnO остальное. Масса присаживаемого шлака 8,5-9,5 кг/т стали. Время выпуска и продувки аргоном 4 мин. Температура металла перед выпуском приведена в таблице. По описанной технологии было проведено 3 плавки (N 1, 2 и 3 в таблице). Одна плавка (N 4) отличалась повышенным расходом ферросилиция (2,9 кг/т), другая (N 5) пониженным (1,5 кг/т), одна плавка проведена по способу-прототипу (N 6) с расходом ферросилиция 2,5 кг/т стали, и алюминия 0,08 кг/т стали. В плавке N 4 из-за повышенного содержания кремния в металле перед присадкой ванадиевого шлака и в готовой стали наблюдался повышенный брак по расслою при прокатке 1,20% против 0,73% в плавках N 1, 2, 3. Снижение содержания кремния в металле (плавка 5) перед присадкой ванадиевого шлака до 0,05 мас. (вместо допустимого 0,06 мас. по заявляемому способу) привело к снижению степени усвоения ванадия с 70,7 (плавки 1, 2, 3) до 53,1% (плавка 5). В плавке 6 (по способу-прототипу) усвоение ванадия из феррованадия составило 77% С учетом этого суммарный показатель усвоения ванадия при получении пятиокиси ванадия, феррованадия и введении последнего в металл составляет 51% Титан, содержащийся в металле плавок, проведенных по заявляемому способу, оказывает положительное влияние на повышение механических свойств стали.

Металл плавок, проведенных по заявленному способу (NN 1, 2, 3), обладает более высокими механическими свойствами, чем металл плавки, проведенной по способу-прототипу (N 6): σ_в 519-540 МПа против 492 МПа; σ_т 389-441 МПа против 343 МПа; δ 25-33% против 22% Повышение свойств достигнуто без увеличения расхода раскислителей (ферросилиция и алюминия).

Предлагаемый способ позволяет уменьшить количество ванадия, попадающего в окружающую среду с продуктами металлургической переработки, и улучшить экологическую обстановку вокруг предприятий, осуществляющих эту переработку.

Использование заявляемого способа позволит снизить затраты на производство стали, а также уменьшить ее расход при использовании в качестве конструкционного материала за счет повышения прочностных свойств.

Предлагаемый способ может быть использован для производства полуспокойной стали, легированной помимо ванадия и марганца другими элементами, в том числе азотом, вводимым, например, путем присадки карбамида.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МИКРОЛЕГИРОВАННОЙ ВАНАДИЕМ ПОЛУСПОКОЙНОЙ СТАЛИ, включающий продувку кислородом в конвертере расплава металла, его нагрев перед выпуском в ковш до температуры на 5 20^oС выше заданной, присадку в расплав металла по ходу его выпуска в ковш раскислителей, легирующих добавок, ванадийсодержащего материала с одновременной продувкой расплава в ковше инертным газом, отличающийся тем, что в качестве ванадийсодержащего материала присаживают ванадиевый шлак с суммарным содержанием в нем оксидов кальция и магний не менее 12 мас. и общего содержания железа не более 22% при этом раскислители вводят в ковш в количестве, необходимом для получения содержания кремния в расплаве металла 0,06 0,09 мас. а ванадиевый шлак присаживают после введения всех раскислителей и легирующих добавок в количестве, обеспечивающем содержание кремния в готовой стали 0,03 0,05 мас.

РИСУНКИ

Рисунок 1

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: 15-2002

Извещение опубликовано: 27.05.2002        

---