Способ получения азотированного феррониобия

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

tsо5 С 22 С 33/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4934626/02 (22) 22.05.91 (46) 15.08.93. баюл. И 30 (71) Томский филиал Института структурной макрокинетики АН СССР (72) М.Х. 3иатдинов и Ю.М. Максимов

{73) Томский филиал Института структурной макрокинетики АН СССР (56) Franke Н, Fuchs А. Stick-stoffhaltige

geschmoirene Legirungen und

Slnterpr0duckte "Neue hutte", 1966, N. 10, 604-606.

Патент Франции М 1562735, кл. С 22 С 35/00, 1963.

I (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЗОТИРОВАННОГО ФЕРРОНИОБИЯ (57) Использование: легирующий сплав для выплавки стали. Сущность изобретения: поИзобретение относится к черной металлургии, а именно к способам получения комплексных азотсодержащих ферросплавов, предназначенных для микролегировании и модифицирования сталей и чугунов.

Целью изобретения является снижение расхода легирующего сплава при выплавке стали путем повышения усвоения азота и ниобия.

Сущность способа получения азотировэнного ферраниобия, заключаются в следующем. Порошок исходного феррониобия, содержащий 40 — 95% ниобия с размером частиц не более 0,3 мм смешивают с порошками кальция, магния, алюминия, кремния и/или их сплавами с размерами частиц не более 0,5 мм в количестве 5-60%. Получен„„5U„„1834908 АЗ рошок исходного феррониобия, содержащий 40-95% ниобия с размером частиц не более 0,3 мм, смешивают с порошками кальция, магния, алюминия, кремния и/или их сплавами с размерами частиц не более 0,5 мм в количестве 5-60Р. Полученную шихту нагревают до 25 — 600 С при давлении 10—

10 Па в течение 0,1- 2,5 ч и азотируют при

5 давлении 1,0 10 — 2 10 Па при темпера5 . 7 туре 1400-1700 С в течение 0,05-0,6 ч. Кал ьций, магний, алюминий и/или кремний предварительно сплавляют с исходным феррониобием в количестве 5 — 20% или вводят в исходную шихту в виде порошков силикокальция, силумина, алюмомагниевого сплава, силикоциркония и/или ниобийалюминиевого сплава в количестве 5 — 40%. 1 з, и. ф-лы, 1 табл. ную шихта нагревают до 25-600 С при давлении 10 — 10 Па в течение 0,1 — 2,5 ч и

5 азотируют при давлении 10 — 2 .10 Па при

5 . 7 температуре 1400 — 1700 С в течение 0,05—

0,6 часа. Кроме того, целесообразно кальций, магний, алюминий, и/или кремний предварительно сплавить с исходным феррониобием в количестве 1-20% или ввести их в исходную шихту в виде порошков силикокальция, силумина, алюминомагниевого сплава, силикоциркония и/или ниобийалюминиевого сплава в количестве 1-40%

Содержание ниобия в исходном ферро. ниобии ограничено 40 — 95 процентами.

Нижний предел выбран из условия, что сплав с меньшим содержанием ниобия предлагаемым способом азотировать не

1834908 удается. Сплав с большим содержанием ниобия использовать нецелесообразно, TBK как продукт после азотирования имеет низкую плотность, что приводит к низкой степени усвоения ниобия, а значит, к повышенному расходу лигатуры.

Размер частиц исходного феррониобия и порошков кальция, магния, алюминия, кремния и их сплавов ограничен необходимостью проведения процесса в режиме горения, Некоторые смеси можно проазотировать, используя более крупные порошки, однако в этом случае образуется материал с низкой плотностью и неравнбмерным распределением азота по объему брикета.

Предлагаемые пределы соотношения феррониобия и порошков кальция, магния, кремния, алюминия и их сплавов выбраны из условия максимального раскисления металла и наибольшего извлечения миобия.

Нижний предел содержания элементов-раскислителей выбран на основе анализов исходного феррониобия на содержание кислорода, верхний предел — в связи с необходимостью проведения процесса в режиме горения.

При азотировании феррониобия а атмосфере газообразного азота неизбежно происходит окисление части ниобия примесным кислородом. Исследования показывают, что даже при содержании в азоте кислорода 0,1 $ e конечном прбдукте содержание кислорода достигает 0,2-1,8;,. Причем этот кислород находится s сплаве в виде соединений ниобия. При введении такого эзотированного феррониобия в сталь окисленный ниобий удаляется иэ стали в шлак.

Кроме того, некоторая часть ниобия окисляется остаточным кислородом, растворенным в стали. Таким образом, за счет окисления кислородом стали и кислородом в исходном феррониобии теряется 5-207 ниобия.

Действие кислорода предлагается нейтрализовать путем введения в исходную шихту элементов, обладающих сильным родством к кислороду, в частности таких как кальций, магний, алюминий и кремний. В процессе взаимодействия исходной шихты с азотом примесный кислород а первую очередь связывается с элементами-раскислител ями.

Рентгенофазовый и металлогрэфический анализы показывают, что в взотированном феррониобии; дополнительно содержащем химически активные элементы, кислород связан в окислы этих элементов. При введении в сталь окисленные кальций, магний, алюминий и кремний удаляются в шлак. Кроме того, использование аэотированного феррониобия, полученного предлагаемым способом. обеспечивает дополнительное рафинирование металла от вредных примесей, вчастности от серы,,повышая качество стали.

Температура предварительного нагрева, давление и продолжительность обеспечивают эффективную очистку исходных

10 материалов от адсорбироаанных на поверхмости порошков примесей и газов. Без предварительной термообработки резко сужаются возможности проведения процесса по концентрационным пределам ниобия, 15 соотношения исходных компонентов, дисперсиости и давлению азота.

Пределы по давлению при азотировании, температура и продолжительность выбраны из условия получения продукта с

20 высоким содержанием азота и обладающего максимальной плотностью. При более низких давлениях азота и температуре продукт обладает низкой плотностью, что приводит к снижению степени усвоения азота.

25 При меньшей продолжительности процесса в конечном материале содержится мало азота, что также приводит к повышенному расходу легирующего сплава. Использование. более высоких давлений и температуры и

30 большей продолжительности процесса нецелесообразно из-за резко снижающейся зкономической эффективности, а также вследствие использования сложного специального оборудования.

35 Суть предлагаемого способа поясняется на следующем примере.

Исходным материалом служит феррониобий по ГОСТ 16773-71.

Пример. Исходным материалом для

40 реализации способа служит феррониобий по ГОСТ 16773-71 марки ФН1 с содержанием ниобия 64,5$ (суммарное количество примесей в аиде титана, углерода, кремния, алюминия и серы составило 2,65 $, Ферро45 ниобий в шаровой мельнице измельчали в порошок с размером частиц менее 0,16 мм.

К порошку феррониобия добавили 10;4 порошка силикокальция с размером частиц

" менее 0,10 мм (силикокальций марки СКЗО

50 по ГОСТ 4762-71}, содержание кальция

32,5$, железо 4,57 алюминий 1,6 Д, углерод 0,4 остальное кремний). После смешивания в шаровой мельнице в течение 40 мин шихту сушат путем термоабработки в ваку55 уме (давление 10 Па, температура 120 С) в течение 60 мин. Высушенную смесь в количестве 15 кГ засыпают в тигель, который помещает в реактор. Путем двухкратного нродувэ рабочего объема реактора после герметизации проводят его очистку от воз1834908

ТеНоература и ° дав ле нне предварителзлкзй тернроб" расетки вС/lie

Состав исходной вихти (смеси) ррнмер

Расход сплава

ДЛЯ Ilo лучения е стали

О, 084 ниобия

Степень усвоя

НИЯ ниобмя н азота, Солерание азо та и ниобмя °

ПРОДУК те, 2

Рабочее давление, йа

Тенпера-. тура процесса ОС и

ПРОЛОЛ иителр" ность> час бродолкнтельность предварительной тер мообработкн, Разнер частик, менее нн

CollepeaHHe кальция, магния, кремния,, алюминия нлн их сллавоа, 2

Соде рианне ниобмя в

ИСХОДНОН феРРОННО .бми, 8

120

600

106

6.10

98,1 1я»

95,4

97,8 1,62

96,6

99,о а,92

95,8

98,6 14.0

97,7

68,4 1,86

65,6

75,4 8.52

71,0

94,4 2,28

95,2

94,З 2.ЗО

93,2

9 ° 8

52,2

8,9

50,5

7,9

88,3

11,5

58,о

3,4

62,9

7,о

12,45

7,5

З7,О

7,6

36,8

0,05

О ° 2

0,15

0,6

950 в

0,16

2,5

64,5,1О

Феррониобмй и силино кальций

О,1О

0,05

2 .1От

0.5

55,4

2 Сплав ферроснпнкониобий

1ОР

О,!

25 ос

106

o,ç

0,5

0,16

О,2O о,з

95,0

Ферроннобий н сплав елоииимевомагн и е амй

1,2

64 г5

66,1

65,26

1О

ФерроннобльТ и ниобийelleHHHHp

33,9

10е

5 Феррониобий (прототип) 105

o,з

О,З

0,05

65, 26

6 106

101 .зоо

1O

О 5

4о,а

7 . ФЕ ррончобзе1

4.106

0,3

O, lO

0,16

40 духа. Далее реактор заполняют азотом до 60 атм (6 10 Па). Целесообразно использовать азот чистотой 99,5%. При помощи вольфрамовой спирали и навески зажигающей смеси шихту воспламеняют и азотируют в самораспространяющемся режиме горения при температуре 1560 С. При этом необходимо, чтобы давление в реакторе не снижалось ниже 5 10 Па. Аэотирование в режиме горения продолжается в течение 16 минут.

Далее в течение 2 часов феррониобий выдерживается в pea(nap(3 в атмосфере азота.

В начальный период этого времени происходит его доазотирование, а далее он остывает до 200-250 С. После такой выдержки реактор разгерметизируется (давление предварительно сбрасывается). Продукт извлеченный иэ реактора представляет собой плотный брикет, содержащий 9,8 азота, 52,2 ниобия, 2,9 кальция. 5,5 кремния — ос- 20 тальное железо и примеси. Плотность брикета 5,8 г-см . Азотированный феррониобий, дополнительно содержащий силикокальций, был испытан при выплавке низколегированной стали 08Г2АБФ. Сплав 25 задавали в ковш под струю металла при условии получения в стали 0,08 ниобия.

Параллельно испытыаался сплав, получен- ный по способу прототипу. Полученные результаты представлены в таблице. 30

Результаты испытания показали, что предлагаемый способ позволяет повысить усвоение ниобия и азота на 25-30 . Расход

Ь .Феррониобий и Ферронаруанвц (протОтмп) 8 Феррониобмлл силикоцирконий 40, О сплава при этом снижается с 1,86-8,52 кг/т до 0.91 — 1,53 кг/т. Кроме того расход элект.роэнергии снижается в среднем в 1000 раэ.

Формула изобретения

1. Способ получения аэотированного феррониобия, включающий смешивание порошка исходного феррониобия с порошками металлов или сплавов и аэотирование при повышенной температуре в атмосфере азота, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода легирующего сплава при выплавке стали путем повышения усвоения азота и ниобия, порошок исходного феррониобия, содержащий 40-95 ниобия с размером частиц не более 0,3 мм, смешивают с порошками кальция, магния, алюминия, кремния н/нлн нх сппавамн с размером частнц не более 0,5 мм в количестве 5 — 60, полученную шнхгу нагревают до 25-600 C при давлении 10 — 10 Па в течение 0,1-2,5 ч и аэотируют в режиме. горения при давлении 1,0 10 — 2 10 !la при 1400-1700 С в течение 0,05-0,6 ч.

2. Способ по и. 1, отл ич а ю щи йс я тем, что кальций, магний, алюминий и/или кремний предварительно сплавляют с исходным феррониобием в количестве 5-20.)ь или вводят их в исходную шихту в виде порошков силикокальция, силумина, алюмомагниевого сплава, силикоциркония и/или ниобийалюминиевого; сплава в количестве

5-40 .