Способ выплавки лигатуры на основе нитридообразующих металлов

 

1. СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ЛИГАТУРЫ НА ОСНОВЕ НИТРИДООБРАЗУЮиШХ МЕТАЛЛОВ , включающий проплавление метал- . лических и шлаковых компонентов с нитридами металлов в электродуговой печи и раздельный выпуск шлака и металла, отлич ающийс я тем, что, с целью сокращения потерь металлических нитридообразуквдих компонентов и азота, увеличения насьвцения лигатуры азотом и упрощения технологии ее выплавки, проплавление нитрндообразующих металлов :осуществляют под высокоосновным шлаком , затем вводят дополнительные оксинитриды и карбиды металлов, далее перед выпуском присаживают по всей поверхности расплава ферросилиций и выдерживают в течение 3-5 мин. 2. Способ по пЛ, о т л и ч а Ющ и и с я тем, что в качестве оксинитридов в шихте применяют продукты плазменной обработки металлов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1% (Н) 3(50 С 21 С 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ - ...

И ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3419168/22-02 (22) 07..04.82 (46) 23.08.83. Бюл. Ф 31 (72) Б.И.Байрамов,-В.П.Зайко, M A.Pûññ, В.Г.Мизин, В.Е.Пигасов, A.М.Мельников и A.Â.Ïàâëîâ (71) Челябинский ордена Ленина и ордена Трудового Красного, Знамени электрометаллургический комбинат и Челябинский: научно-исследовательский институт металлургии (53) 669..187.2(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 461129, С 21: С 7/00, 1975.

2. Патент Японии; кл. 10-1, 9 12806, 1962. (54)(57) 1. СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ЛИГАТУРЫ

НА ОСНОВЕ НИТРИДООБРАЗУЮЩИХ МЕТАЛЛОВ, включающий проплавление металлических н шлаковых компонентов с нитридами металлов в электродуговой печи и раздельный выпуск шлака и металла, отличающийся тем, что, с целью сокращения потерь металлических нитридообразующих компонентов и азота, увеличения на сыщения лигатуры азотом и упрощения технологии ее выплавки, проплавЛение нитрндообразующих металлов

:осуществляют под высокоосновным шлаком, затем вводят дополнительныеоксинитриды и карбиды металлов, далее перед.выпуском присаживают по всей поверхности расплава.ферросилиций и выдерживают в течение 3-5 мин.

2. Способ по п 1, о т л и ч а ю- Е шийся тем, что в качестве оксинитридов в шихте применяют продукты плазменной обработки металлов.

С:

103 6761

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству лигатур., Известен способ выплавки сплава путем его насыщения азотом в процессе охлаждения под слоем шлака (1).

К недостаткам указанного способа следует отнести низкую степень насыщения сплава азотом.

Наиболее близким я изобретению по технической сущности и достнгае- 10 мому результату является способ, заключающийся в пропланлении металлических и шлаковых компонентов с нитридами металлов в электропечи 12).

Недостатками известного способа являются значительные потери нитридообраэующих металлических компонентов и низкая степень усноения азота и процессе выплавки лигатуры.

Целью изобретения является. сокращение потерь металлических компонен2 тов и азота, увеличение насыщения лигатуры азотом, упрощение техноло.гии ее выплавки.

Цель достигается тем, что соглас но способу выплавки лигатуры на основе иитридообразующих металлов, ЭкЛючающему пропланление металлических и шлаковых компонентов с нитридами металлов в электродуговой печи и раздельный выпуск шлака и металла, пропланление ннтридообразующих металлов осуществляют под высокоосновным шлаком, затем ннодят дополнительные оксинитриды и карбиды металлов, далее перед выпуском присажи- З5 нают по нсей поверхности расплава ферросилиций и выдержинают 3-5 мин, При этом в качестве оксинитридов в шихте применяют продукты плазменной обработки металлов. 40

Способ осуществляют следующиМ образом.

В дуговой электропечи вначале проплавляют нитридообраэующие металлы (например, ферромарганец, ферpoxpoM) под шлаком производства рафинированного феррохрома, отвечающего составу днухкальциевого силика,та, с добавкой извести, взятой в ,количестве, обеспечивающем основность шлака, равной 2,5-3,О.

Шлаковый расплав обладает повышен- ной температурой плавления и обеспе- чивает полное пропланление металлической составляющей.

После проплавления металлов в 55 расплав . п оследов а тель но за г ружают и проплавляют сначала оксинитриды, а затем карбиды металлов в виде кусков размером 100-250 мм. Они, проходя через слой шлака, не реагируют 60 с ним, а погружаются в металлическую ванну, в которой прогреваются и расплавляются.

Используемые в качестве оксинитридов продукты плазменной обработки металлов в атмосфере воздуха, имеют следующий состав, вес. %: Ср 29-31;

Иь 32-3 5> Т 1, 0-1,51 No 2-3;

NQ 1-2) Ы/.4-5; 51 менее 0,5; С менее 0,15; < 4-7;02-31 7 е остальное.

В процессе плазменной обработки металла, содержащего s основе нитридообразующие металлы, образуется материал, несыщенный азотом и кислородом в виде кусковых спекон.

В жидкой металлической ванне, состоящей из нитридообраэующих металлов (хром, марганец), оксинитриды расплавляются и растворяются в ней.

Регулируя количество вводимого на плавку нитридообраэующего металла и количество оксинитРидов металлов получают насыщенную азотом металлическую нанну.

Карбиды металла - углеродистого, феррохрома, в котором хром и углерод связаны в ниде С " СЗ, растворяются в металлической ванне, При этом происходит замещение кислорода оксинитридов углеродом карбидтзв с образованием прочных карбонитридов.

Выделяющийся при этом кислород: связывается с нитридообраэующими металлами: марганцем и хромом и переходит .н шлак. Металл жидкой ванны получается насыщенным одновременно азотом и углеродом с равномерньм их распределением в объеме металла. IIocле проплавленйя карби)човпечь отключают и на всю поверхность расплава задают ферросилиций, содержащий не связанный с железом кремний,(ферро|силиций марок ФС65-ФС75, с содержа нием кремния 63-78%, гранулированный с крупностью гранул до 10 мм).

Ферросилиций взаимодействует с высокоиэвестковым шлаковым расплавом с основностью 2,5-3,0 по реакции с образованием силицида кальция

4 (ЗСаО ° 610 ) +55 смь ie 1=2 (Са 5 )+

+5(2саО, О,).

Однонременно протекает процесс восстановления кремнием окислов марганца и хрома с образованием силицидов.

Ферросилиций, включающий силициды железа и образующиеся силициды марганца, хрома и кальция, опускаются в шлаковом расплаве.на поверхность раздела металл --шлак.

В печи металлическая ванна получается двухслойной: в нижней части более плотный металл, не содержащий; кремния или содержащий н очень незначительном количестве, в верхней более легкий - кремнистый металл.

За счет диффузионных процессов происходит переход силицидов железа и нитрообразующих металлов из верхнего слоя в нижний.

1036761

Так как силицнды кальция в ниэкокремнистом металле не растворяются, то происходит обогащение ими верхнеГО слоя, При этом наступает равновесие между шлаком и кремнистым слоем, 5 обогащенньм силицидом кальция, что обуславливает высокую степень восста- .. новленкя окислов нитридообраэующих металлов из шлака. . После 3-5 чкн выдержки иэ печи lO путем наклона ванны сливают шлак до появления металла.

Затем в другую емкость из печк сливают лигатуру. При сливе лигатура полностью перемешивается что о6еспечивает равномерное распределение компонентов в объеме лигатуры. Полученную лигатуру разливают в металлические изложницы и охлаждают. Если нитридообраэующие металлы и оксинитриды проплавляют под .высокоизвестковым шлаком совместно, равно, как и при совместном проплавлении всех компонентов шихты, азот полностью не усваивается и большая часть его выделяется из металла.

Прй совместном проплавлении всех

)компонентов шихты концентрация невосстановленных нитркдообразующих металлов в шлаке значительно выше, так . как шлак приближается к равновесию лигатурой, в которой концентрация восстановителя значительно ниже, чем в верхнем слое металла, обогащенном склицидом кальция, который образуется при выплавке лигатуры по предлагаемой 5 технологии. Нарушение порядка загрузки в печь вводимых на .плавку компонен- тов приводит к снижению содержания азота в лигатуре и к увеличенным потерям нитркдообразующих компонентов. 40

При проведениИ плавки со шлаком с пониженной (менее 2,5) основностью кремнистый металл содержит свободный

Ф кремний, который разрушает карбонитриды к выводит из .лигатуры азот. 45

Повышенная (более 3) основность шлака приводит к перегреву металла и снижению растворимости в нем азота, также к перерасходу электроэнер» 5О гии.

При введении в расплав ферросилиция, не содержащего свободного крем". ния, не связанного с.железом., теря-, ются нктркдообразующие металлы в виде окислов со шлаком.

Если выдержку расплава при отключенной печи делать: менее 3 мкн, то ферросилиций, прореагировавшкй со .шлаковым расплавом, не успевает

:осесть и имеют место излишние потери 6О .кремния и восстановленных кз окислов нктридообразующкх элементов; более.

;5 мин - нецелесообразно, так как приводит к переохлаждению расплава— .к излишним потерям лигатуры в печи.. 65

Использование в качестве оксинитридов металлов отходов плазменйой обработки металлов позволяет полностью с высокой эффективностью использовать материалы не находящие в настоящее время пркменения.

По предлагаемой технологии получают лигатуру, содержащую углерод и кремний с высокой степенью насыщения азотом при равномерном распределе нии азота в лигатуре и с высокой степенью извлечения металлов.

Технология плавки имеет простое аппаратурное оформление и может осуществляться в действующих ферросплавных цехах.

Пример. Опытные плавки по фчолучению лигатуры, используемой для изготовления наплавочной ленты, проводили в дуговой электропечи сталеплавильного типа с трансфорчатором мощностью 1,2 МВ А.

Плавки проводили по следующей технологии. В печь загружали материалы:

100 кг ферромарганца марки ФМп 78 (76,7% Чп), 465 кг шлака производства рафинированного феррохрома (51,8% СаО, 17,7Ъ i О, 4,05 А6 0gi

11,1Ъ . М О, 4,8% Cr O>, 0,5% 7еО), 130 кг извести (92,3% CaO) и полностью проплавляли. Основность шлака равна 3. Затем в расплав загружали 400 кг продуктов плазменной обработки металла, содержащих 29,3% Cr;

32,7% Мю; l,4% 4; 2,9%."Мо; 1,8% "b; . 4,3ЪЮ; 0,2% Q ; 0,05Ъ С," 4,3% Й;

2,1% О; железо — остальное, фракций

100-200 мм и через 3 мин углеродисый феррохрсм (65,1Ъ Сг; 8,05% С) количестве 700 кг.

После их полного,проплавления (через 5 мин после загрузки углеро дистого феррохрома) печь отключили и по всей поверхности расплава в печь задавали гранулированный ферросилиций марки ФС 65 (31, 9Ъ F e), (67, 1% % ) фракций менее 10 мм в количестве

200 кг.

Затем делали выдержку (соответст венно по вариантам плавки Э, 4 и,5 мкн),далее печь наклоняли и сливали шлак до появления металла. После слива шлака под выпуск устанавливали ковш и в него выпускали металл.Затем металл разливали в чугунные иэложни

Цф е

После полного охлаждения металл дробили к взвешивали. От металла и шлака отбирали цробы на . иманалйэ.

В пробах металла аналкэировалй содержание -С, Ми, Tj, КЪ,Мо, С 6i )), в шлаке содержанке Ст О и МиО.

По содержанию С - и Ми в исходных продуктах и металлах определяли потери Сг и М со шлаком.

Количество проведенйых плавок

3 (варканты 1-3) .

1036761

Затем провели плавку по известнаиу способу (4 вариант), на которой

Й печь"задали одновременно все шихтО вые компоненты, аналогичные плавки4 вариантов 1-3> одновременно и проплавили. э1пак и металл разделнлн sf 5 определили выход и состав металла и содержание Су О и МэО в шлаке.

Результаты проведенных плавок представлены i таблице, из которой видно, что в плавках по предлагаемому сйособу потери хрома в 4-7 раз и марганца в 4,5-6 раэ мейьше, чем по известному. Содержание азота в лигатуре в 4,5 раза выие, чем в плавке по известному способу.

103 6761

5ж о

4«Ъ

an 10. с

- СЧ

° С

1.

I

1

I

1 !

СО 0Ъ

Ch 40

« с

«3 - 4 «Ъ о о,х о х

45. х ц

:а 40 ф 444

Н о! с о о о о

6 6 6 о !

« о о и

М к о

Ц о

1=:

Ch

Ch O

СЧ с Ю

СЧ л. СЧ СЧ

an «С« с

СЧ Л

4п

Л С«Ъ с с л СЧ О С«Ъ л с ° °

Л 4

g v. а м e Ot e O i ах к цах хооакхх

0КОаЭХХХ

CO ICI V. e fCt e O rt Z

I

1

Э х

40 !! аэ

9 Х

Ц (О

С.! 3

СЪ «Э

Ю ч О с

СЧ СЧ

CO 40

Л СЧ с с

СЧ CA о

1 !

1

) .

1 о о. о с с с

С Ъ С«Ъ С«4

I

1

I

1 с к

054 н х

m f.

I

1

1

О 1 а, Х 44ъ

1:4 К Ca0 э ххи еоае

an o

С Ъ 4 Ъ

РЪ С«Ъ л

Cl о

С Ъ ь о

СЧ о .о о

О О.О

Сс4 СЧ -СЧ

I .С1

1 . л

° Ф 4О л

О Ch u с

° !« («Ъ «С«

C) с

С Ъ с

0Ъ

Сс 0«СО

СЧ СЧ СЧ с с с ч о н

СЧ с н

1.1 .1

1

1 . ю

Ю

I »3 !

1 CÎ ОЪ

C)

Ю.

»4« о о о о Ф 4:4«

I СЧ СЧ с - с

1

1 4 «ф

4СЪ. 44Ъ

СЧ СЪ

44Ъ »Ф с с

С3 Ю с о о

I о

С«Ъ о о о

С«Ъ 4«Ъ С«Ъ

I !

1

1

1 1

444 Н

4C XV С. оц ао хэ

4 t4t mC

40 Ф СЧ. с с о о

«С« Ф с

1 ох а 4

I аа

iI е 9х о о. 3с С«Ъ «4 СЧ «С« СЧ а«с с С«Ъ С«Ъ С"Ъ

° Ф с4« Cl ь о о о л л

Ю о ь о

CCI

4О с о

° Ф«

i х. а н

40 х

СО 40

1 СО !

ЪО 4СЪ

СО 4"Ъ . с с чу СЧ

° «4 «.4

1

СЧ СЪ «й

I

1

1 C0 0Ъ с

«С«

« ° «

1 Х Я

t 4C4XI

oîoх*õ м оаках иоська.I

1Э 1ДХ Ф

t Ь«ННХЦ»

i eeEo(of0u

i Ca4 Х Х Х 5 Ц Х Е

11VО.> I э х 1 а х. кqeох

40 1 4 02 ЭО.

1 .I I

Н 444.

1X,COКОi 40

И i X 4 OCO Ctt O

Cf 4 X 44t X 4 ъс,1 о ха . Х I, а 3 Э 4О Х 44!

Я анX о ы н .1 п3 I

V I Н

u t 3

I 40

I 444

1 Ж.

Ю О О О о .о о о

4 с С

1 и . 1

1- д о

4 1 о х х 1 э 1 о !

I о

L 1

t х 1 ф о о и

l

1 L и

) ° Ф лс 4«Ъ CA

an 4О о.

Ch Ch . «-4

4О С «Х л4

СО СО.. CO Ch с с . с . ° .о о о о

1036761

Составитель Н.Косторной

Редактор Н.Джуган Техред А.Бабинец .Корректор A.Ïîâõ

Заказ 5943/26 . Тираж.568 .... Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП .Патент,.г.ужгород, ул.Проектная,4

Зкономия при выплавке. лигатуры достигается за счет использования отходов плазменной обработки металлов и улучшения качества лигатуры за счет повышенного содержания азота.

Экономический эффект. при производстве лигатуры в ферросплавном цехе

Челябинского научно-исследовательского института металлургии составляет 50 тыс. руб. в год.