Способ получения ванадийсодержащей стали

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩЕЙ СТАЛИ, включающий расплавление шихты, предварительное раскисление , легирование ванадием, ферросиликованадиевой лигатурой и окончательное раскисление стали, отличающийся тем, что, с целью :уменьшения потерь ванадия снижения брака металла и повышения его механических свойств, предварительное раскисление, легирование ванадием и окончательное раскисление стали проводят одной ферросиликованадиевой лигатурой, содержащей 3045% кремния при отношении в ней ванадия и кремния 0,2-0,5, при этом в печь.за 15-20 мин до выпуска вводят 40-60% расчетного количества этой лигатуры на получение требуемого содержания ванадия в готовой стали, а оставшуюся часть этой лига туры вводят в ковш.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) 3(51) С 21 С 5 52

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3568828/22-02 (22) 21. 01. 83 (461 07.05.84. Бюл. Р 17 (72) Л.А.Смирнов, Ф.С.Раковский, В.Ю.Дешин, Л.И.Берштейн, Л.М.Аксельрод, Б.Н.Ларионов и Л.П.Житова (741 Уральский научно-исследовательский институт черных металлов и

Уральский вагоностроительный завод (53) 669. 18. 046. 5 (088. 8) (561 1. Авторское свидетельство СССР

9 665003, кл. С 21 С 5/52, 1979.

2. Киселев А.A. и др. Применение комплексных ферросплавов при выплавке стали в мартеновских печах.—

Сб. "Теория и практика получения и применения комплексных ферросплавов". Материалы научно-технической конференции. Тбилиси, 1974, с.213. (541(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩЕЙ СТАЛИ, включающий расплавление шихты, предварительное раскисление, легирование ванадием, ферросиликованадиевой лигатурой и окончательное раскисление стали, o T л ич а ю шийся тем, что, с целью уменьшения потерь ванадия снижения брака металла и повышения его механических свойств, предварительное раскисление, легирование ванадием и окончательное раскислепие стали проводят одной ферросиликованадиевой лигатурой, содержащей 30453 кремния при отношении в ней ванадия и кремния 0,2-0,5, при этом в печь за 15-20 мин до выпуска вво- щ дят 40-60% расчетного количества этой лигатуры на получение требуемого содержания ванадия в готовой стали, а оставшуюся часть этой лига С туры вводят в ковш.

1090727

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к производству качественных ванадийсодержащих, сталей в мартеновских и электродуговых печах.

Известен способ получения ванадий- 5 содержащей стали с использованием ванадиевого металлоотсева P1) .

Недостатком укаэанного способа . является очень высокий угар ванадия (до 50%1 при использовании для производства мартеновской стали и невысокие механические свойства готового металла.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к 15 изобретению является способ получе,ния ванадийсодержащей стали, включающий расплавление шихты, предварительное раскисление, легирование ванадием, ферросиликованадиевой ли- щ гатурой, содержащей 10-13%/ и 7-14%

5i (отношение ванадия к кремнию

0,7-1,91 и окончательное раскисление стали. использование такой лигатуры по- 25 зволяет повысить механические свойства стали, снизить потери ванадия(2).

Известный способ обладает рядом недостатков, особенно пригленительно к выплавке специальных сталей, например 12Х114Ф, для производства котельной заготовки: высокое содержание в ферросиликованадиевой лигатуре железа (65%) не позволяет вводить эту лигатуру в ковш в количествах, обеспечивающих необходимое содержание ванадия в стали(до 20 кг/т1, из-за значительного снижения температуры металла, даже введение половины расчетного количества лигатуры в ковш при- 4О водит к необходимости перегрева металла в печи на 15-20, что недоо пустимо для спецсталей, так как прр .этом в поверхностном слое слитка образуются газовые пузыри, 45 при разливке плавок часто происходит образование "настылей" в ковше, что затрудняет разливку и увеличивает брак металла, механические свойства стали, по- 5О лученной с использованием указанной лигатуры, ниже, чем с феррованадием, при этом имеет место повышенная загрязненность оксидными включениями, в 40% случаев балл по оксидам выше допустимого (4,5-5,0) против

20% при использовании феррованадия, потери ванадия в случае введения половины расчетного количества лигатуры в мартеновскую печь достигают 20-25%. 60

Целью изобретения является умень. шение потерь ванадия, снижение брака металла и повышение его механичеа ких свойств. 65

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения ванадийсодержащей стали, включающему .Расплавление шихты, предварительное раскисление, легирование ванадием, ферросиликованадиевой лигатурой, и окончательное раскисление стали, предварительное раскисление, легирование ванадием и окончательное раскисление стали проводят одной ферросиликованадиевой лигатурой, содержащей 30-45% кремния при отношении в ней ванадия и кремния 0,2-0,5, при этом в печь за 15-20 мин до выпуска вводят 40-60% расчетного количестна этой лигатуры на получение требуемого содержания ванадия в готовой стали, а оставшуюся часть этой лигатуры вводят в ковш.

Предлагаемый способ получения ванадийсодержащей стали имеет следующие преимущества по сравнению с известным:

1. Суммарный угар ванадия в ковше и в печи не превышает 10% за счет наличия в лигатуре большого количества кремния, находящегося не только в механическом контакте, но н в химических соединениях с ванадием и тем самым предохраняющего его от окисления.

2. Тепловой эффект растворения лигатуры в жидкой стали благодаря высокому содержанию кремния близок к нулю, в результате чего появляется возможность до 60% ее вводить в ковш (до 15 кг/т стали) .

При этом достигается минимальный . угар ванадия - 8% и незначительное снижение температуры металла в ковше.

3. Снизился на 40-50% брак металла, образующийся за счет его вынужденного перегрева в печи или переохлаждения в ковше, и получается металл с более высокими механическими свойствами (например, ударная вязкость возрастает на 10%» .

4. Повысилась технологичность процесса, так как предварительное раскисление, легирование ванадием и окончательное раскисление металла проводят одним и тем же материалом железованадийкремниевой лигатурой.

При этом .исключается применение ферросилиция, силикомарганца и др., необходима только добавка ферромарганца и флюсов. Лигатура, применяемая в предлагаемом способе, содержит ванадий и кремний.в таком количестве, что при введении с ее помощью 0,08-0,20% ванадия в сталь одновременно получается 0,12-0,60% кремния в готовом металле. При получении наиболее массовых марок сталей, содержащих до 0,12% ванадия, при использовании лигатуры по пред1090727

30 лагаемому способу в них получается до 0,40% кремния, что соответствует требованиями ГОСТов (например, ГОСТ 977-75).

Плавку по предлагаемому способу проводят следующим образом.

Расплавление шихты, окислительный период, наведение шлака производится как в известном способе.

В печь за 1 5-20 мин до выпуска металла вводят железокремнийванадиевую лигатуру, содержащую 30-45% кремния при отношении в ней ванадия и кремния 0,2-0,5, иэ расчета получения 40-60Ъ заданного содержания ванадия (например, 0,05%, при ба- 15 зовом содержании ванадия в лигатуре

8Ъ это.составляет 6,25 кг на 1 т стали или 940 кг на 150 т плавки! . Одновременно происходит и предварительное раскисление металла, так как 20 вместе с лигатурой вводится около

2 кг кремния на 1 т стали, что обеспечивает с учетом угара около 0,15% его содержания в стали. За 15-20 мин лигатура успевает расплавиться причем более 80% ванадия переходит в металл, а.около 40% кремния окисляется и переходит в шлак, уменьшая концентрацию кислорода в металле и предохраняя ванадий от окисления.

Если ввести лигатуру раньше, чем за 20 мин, например за 25-30 мин, то предварительно раскисленный металл в течение 10 мин подвергается окислительному действию факела, что приводит к увеличению угара ванадия и кремния. Введение лигатуры позднее, чем за 15 мин до выпуска не позволяет ей расплавиться и раствориться в металле, что в свою очередь приводит к увеличению потерь вана- 40 дия и удорожанию плавки, В ковш перед выпуском стали присаживают оставшееся расчетное количество этой лигатуры (в общем случае 5 — 15 кг/т стали} . При этом дополнительно вводится 0,04-0.,12% ванадия (угар менее 5%) и 0,15-0,40% кремния (угар около 10Ъ) . Количество лигатуры рассчитывается исходя иэ марки стали и заданного содержания ванадия и кремния. Соотношение этих компонентов в лигатуре (0,2 — 0,5l удовлетворяет большинству литейных и деформируемых конструкционных сталей и некоторым 55 спецсталям.

Количество кремния в лигатуре по предлагаемому способу выплавки ванадийсодержащей стали, а также соотношение ванадий/кремний и способ введения лигатуры установлены опыт- 60 ным путем при следующих условиях:

1. Менее ЗОВ кремния в лигатуре не обеспечивает близкого к нулю теплового эффекта растворения ее в стали, что приводит к переохлажцению металла в ковше и, как следствие, к повышенному браку и снижению механических свойств. При этом повышается угар ванадия в печи.

2. Более 45% кремния приводит к повышенному его содержанию в металле (более 0,6%l, что является браковочным признаком для большинства сталей.

3. Отношение ванадий/кремний=0,2 соответствует получению литейных ванадийсодержащих сталей, в которых концентрация ванадия составляет

0,08-0,12%, а кремния — 0,4-0,6%.

Если это отношение меньше чем 0,2, то содержание кремния в металле превысит допустимые пределы.

4. Отношение ванадий/кремний=0,5 соответствует получению конструкционных и некоторых спецсталей, содержание кремния в которых не превышает 0,4Ъ. Если это соотношение больше чем 0,5,. то возникает н обходимость дополнительной присадки ферросилиция, а также повышается угар ванадия в печи.

5. Присадка в печь менее 40;. расчетного количества лигатуры приводит к необходимости значительных присадок ее в ковш, что привоцит к заметному понижению температуры металла.и, как следствие, к повышенному браку и снижению уровня механических свойств стали.

6. Присадка в печь более 603 лигатуры приводит к повышенному угару ванадия, так как угар ванадия в печи достигает 15%, а в ковше менее 5%.

Пример . По предлагаемому и известному способам получения ванадийсодержащей стали проведены лабораторные исследования, а также полупроиьыленные плавки стали 20Г1ФЛ в 0,5т-ной дуговой электропечи.

В процессе исследований контролировали расход и дозировку лигатуры, ее состав, содержание ванадия и кремния в готовой стали и угар этих .элементов. Го-овую сталь разливали в изложниць.. на слитки цилиндрической йормы массой по 200 кг, а также заливалн трефовидные пробы по ГОСТ 977-74 для изготовления образцов на механические испытания.

В слитках проверяли загрязненность оксидными включениями (балл включений) . Браковочным признаком служил балл включений 5 и более. Впоследствии проведены механические испыта ния образцов стали на прочность, пластичность и ударную вязкость при комнатной температуре. Все результаты йсследований приведены в таблице.

1090727

Состав лигатуры, мас.Ъ

Количество ли гатуры,кг/т стали онйение темпеатуСпособ получе ния ва надийсодер жащей стали

Вариант

Остал ное (Mn, Ti Ñà

Mg,Cr

А1,С) Ч Fe

Рад

Дано в ко

Всего

Дано в печь

Извест- 5,4 ный

Ф (средние по 10 плавкам данные1,3

2 7 5 4 45

22 18 15,0 0

4.

5 °

4,75 9,5 35

12 41 12,0 2

8,2 13,7 35

8 46 11,0 4

V/Si--0,23

Бь=35% в печь

60% лигатуры 8,1

V/$i=O,23

Si=35% в печь

50% лигатуры б.

5,4 13,5 35

8 46 11,0 2,5

6,8

6,8 13,6 35

8 46 11,0 3

8, V/Si=0 15

Si=35% ! ниже нижнего предела), в печь — 10,1

50%, лигатуры

10, 1 20,2 35

5 51 9,0 5

V/Si=O 2

$ =30% нижний предел),в печь 50% лигатуры 8,9

Ч/Si=O 5

Si=45% (верхний предел), в печь

50% лига- туры 2,7

V/$i=0,35

$1=35%

{средний уровень), в печь

50% лигатуры 4,75

V/Si=O 23

Si=35% в печь

40% лигатуры 5,5

5,3 10„7 10,0 11,0 68,0 11,0 15

8,9 17,8 30,0 б . 54 10,0 5

1090727

Понижение температуРы г град

Вариан.т

Состав лигатуры, мас. %

Количество лигатуры, кг/т стали

Ч Fe стальое (Mn, i„Ca„

g,Ñã, 1iC) Всего

Дано в ковш ано в ечь

9. Ч/$1=0,23 (ниже нижнего предела), в печь—

30% лига- 4,0 9,4 13,4 35 туры

10 70% лигатуры в печь выше верхнего предела 9,1 3,9 13,0 35

8 46 11 0 б

8 4б 11,0 3

4 75 4 75 9 5 35 12 41 12 0 2

12.Лигатуру ввели за

17 мин до выпуска

4,75 4,75 9,5 35 12 41 12,0 2

13 Лигатуру ввели за

10 мин до выпуска

4,75 4,75 9,5 35

12 41,12,0 2.

Способ получе ния ва надийсодержащей, стали

11 Все на среднем уровне, лигатуру ввели за

25 мин до выпуска

Продолжение таблицы

9 г

Способ Содержани получе- у метаЛлее« ния ва- % надийсодер- ана(Si) (V) Я

1 !

1090727

Продолжение таблицы

»ф . » ° 4»

Балл оксидных включений:

% брака

Вариант

Угар,%

Механические свойства!

Ч, %

Ы„

ИПа емия

+ca

КС7, мДж/м

Известный (средние по 10 плавкам данные!

0,37 0,100 16

v/s =0,ã

31=30% нижний предел в печь—

50% лигатуры

4 365 26 54 1 31

0,44 0 096 10 30

4 350 28 57 126

24 4

0,32 0,105 8

V/Si=0«23

Si=35% в печь40% лигатуры

0 42 0.102 7 28 4 355 27 58 1.34

v/si=0 23, 8 =35% в печь

60% лигатуры

0,40 0,098 9 31 3 375 27 54 1,30

U/Si 0 23

si--35% в печь

50% лига" туры

0,38 0,100 8 3 56 1,36

Брак по кремнию

290 17 23 0,75

V/si=0,5, Si=45% (верхний пре.цел 1, s печь50% лигатуры 0,26 0,110

V/Si=0 35

81=35% (средний уровень|, в печь50% лигатуры

v/si =0 «15

Si=35%

tíHæå нижнего пределами в печь—

50% лига- . туры 0,57 0,090 11

32 4 5 340 23 51 1 20

20%

26 3 380 26 55 1,28

1090727

Продолжение таблицы

Угар,%

Содержание в металле, %

Механические свойства особ лучея вадийдерщей али

Ва ,ри ан алл ксидых клюений

g. рака

+!i0

Ч Kc v

% мДж/м д!

% ($ i) (V)!!!

Вана дия

9 U/Si=0 23 (ниже нижнего предела), в печь — 30% лигатуры 0,39

0,095 11 23 Брак 310 19,43 0,94

10 70% лигатуры в печь — выше верхнего пре-. дела

0,27 0,090 13 37 4 350 24 52 1,24

11 Все на среднем уровне, лигатуру ввели за

25 мин до выпуска

0,26 0,099 13 33 4 370 24 52 1,?2

12 Лигатуру ввели за

17 мин до выпуска

0,32 0,105 8 26 3 380 26 55 1,28

13 ЛигатУРУ ввели эа 10 мин до выпуска

0,22 0,098 14 38 4 360 22 49 1,14

Как видно из таблицы, угар ва- ,надия в плавках по предлагаемому способу в 2 раза меньше, чем в плав. ках по известному (8 и 16% соответственно) . При увеличении и умень-! шенин доли лигатуры, вводимой в печь, за предлагаемые пределы (менее 40% и более 60%) угар ванадия возрастает до 11-13%. Брак отливок по оксидным включениям по предлагаемому способу выплавки ниже в среднем на 20%,чем по известному способу.

Снижение в лигатуре отношения Ч/Si 60 до 0„15 приводит к увеличению брака по кремнию (вариант 8), а увеличение количества лигатуры, вводи-. мой в ковш, выше 60% приводит к переохлаждению металла в ковше и увеличению брака по оксидным включениям (вариант 91.

Понижение температуры металла в ковше при введении лигатуры по пред лагаемому.способу не превышает 50 в то время как по известному способу составляет в среднем 15 . Механические свойства стали, полученной по предлагаемому способу, выше, чем по известному (прочность выше в среднем на 7%, относительное удлинение — на 15%, относительное сжатие — на 10%, ударная вязкость при 20 С вЂ” на 9%L Уменьшение отношения V/si до 0,15 и увеличение количества лигатуры, вводимой в ковш, до 70% варианты 8 и 9) приводит

1090727

Составитель К.Сорокин Редактор.В.Данко Техред А.Ач " Корректор О.Билак

Заказ 3016/23 Тираж 540 Подписное

ВНИИПИ Росударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Пректная, 4 к резкому снижению уровня механических свойств.

Экономический эФфект от применения предлагаемого способа выплавки ванадийсодержащей стали за счет снижения брака и себестоимости стали ориентировочно составит 3,64 руб. на тонну ванадийсодержацей стали.