Материал для микролегирования на установке печь-ковш

 

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при внепечной обработке на установке печь-ковш сталей, предназначенных для металлоизделий, работающих при пониженных температурах в условиях коррозионного воздействия сред, а также при производстве трубных заготовок и сварных конструкций. Материал содержит оксиды ниобия и титана, алюминий и сплав с щелочноземельными металлами. Сплав с щелочноземельными металлами содержит кальций, магний и барий и совместно с алюминием образует композиционный сплав с использованием его в качестве восстановителя, а также материал, содержащий пентаоксид ниобия, и материал, содержащий диоксид титана, при следующем содержании компонентов, мас.%: материал, содержащий пентаоксид ниобия, 3-50; материал, содержащий титан, 5-60; композиционный сплав остальное. При этом композиционный сплав содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: алюминий 58-62, кальций 18-22, магний 9-11, барий 9-11. Изобретение позволяет попасть в узкие пределы по химическому составу микролегирующих элементов за счет повышения степени усвоения ведущих элементов металлом и дополнительного модифицирования элементами из группы щелочноземельных металлов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области черной металлургии, а более конкретно к внепечной обработке на установке печь-ковш сталей, предназначенных для металлоизделий, работающих при пониженных температурах в условиях коррозионного воздействия сред, и может быть использовано на металлургических заводах при производстве трубной заготовки, сварных конструкций и листа.

Известна смесь для легирования и рафинирования стали, содержащая, маc.%: алюминий 2,0-10,0; окись кальция 2,0-10,0; азотсодержащее вещество - 0,1-30,0; лигатуру с одним или более щелочноземельных металлов 10,0-30,0, ванадиевый шлак - остальное (А.с. СССР №1070179, кл. С 21 С 7/00, опубл. 30.01.1984 г.).

Недостатки известной смеси для легирования и рафинирования стали заключаются в том, что она не обеспечивает снижения содержания серы ниже 0,023-0,031%, а высокое остаточное содержание алюминия в количестве 0,040-0,071% ухудшает разливку и обуславливает повышенное содержание неметаллических включений (Аl₂О₃).

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является смесь для легирования и модифицирования стали, содержащая, маc.%: алюминий 5-20; сплав с щелочноземельными металлами 5-20; ванадиевый шлак 20-60; углеродсодержащее вещество 5-10; криолит - 2-10; сумму окислов ниобия, тантала, циркония и титана 2-10; известь или известняк - остальное (А.с. СССР №1266877, кл. С 21 С 7/00, опубл. 30.10.1986 г.).

Признаками ближайшего аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого материала для микролегирования на установке печь-ковш, является содержание оксидов ниобия и титана, алюминия и сплава с щелочноземельными металлами (ЩЗМ).

Наличие в известной смеси кремниевой основы ограничивает ее использование для легирования и модифицирования сталей с низким содержанием кремния, ухудшает условия глубокой десульфурации и снижает серопоглотительную способность шлака из-за увеличения в его составе оксидов кремния; в результате не обеспечивается попадание в узкие пределы по содержанию микролегирующих элементов и снижается эффективность модифицирования ЩЗМ.

Использовать материалы более тугоплавкие, чем стандартные ферросплавы, например оксиды микролегирующих и модифицирующих элементов, в обычном сталеразливочном ковше без специальных разжижающих добавок невозможно, а введение разжижающих добавок снижает концентрацию ведущих элементов, ухудшает процесс легирования и попадания в узкие пределы по химическому составу.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования материала для микролегирования на установке печь-ковш путем оптимизации содержания компонентов. Ожидаемый технический результат - попадание в узкие пределы по химическому составу микролегирующих элементов за счет повышения степени усвоения ведущих элементов металлом и дополнительного модифицирования элементами из группы щелочноземельных металлов.

Технический результат достигается тем, что в материале для микролегирования на установке печь-ковш, содержащем оксиды ниобия и титана, алюминий и сплав с щелочноземельными металлами, по изобретению сплав с щелочноземельными металлами содержит кальций, магний и барий и совместно с алюминием образует композиционный сплав с использованием его в качестве восстановителя, а также материал, содержащий пентаоксид ниобия, и материал, содержащий диоксид титана, при следующем содержании компонентов, маc.%:

Материал, содержащий пентаоксид ниобия 3-50

Материал, содержащий диоксид титана 5-60

Композиционный сплав Остальное

Целесообразно в композиционном сплаве содержание компонентов в следующем соотношении, маc.%:

Алюминий 58-62

Кальций 18-22

Магний 9-11

Барий 9-11

Предлагаемый материал для микролегирования используют в процессах внепечной обработки на установках печь-ковш потому, что при внепечной обработке стали на установке печь-ковш имеется возможность подогрева металлического расплава, в результате чего исключается необходимость перегрева металлического расплава в сталеплавильном агрегате перед началом внепечной обработки, а это способствует повышению качества стали.

На установке печь-ковш возможно использовать для рафинирования, легирования и модифицирования материалы, более тугоплавкие, чем стандартные ферросплавы, например оксиды микролегирующих и модифицирующих элементов, в частности материалы, содержащие оксиды ниобия и титана. Их температуры плавления составляют Nb₂O₅ 1227°С, TiO₂ 1825°С. В качестве восстановителя микролегирующих элементов целесообразно использовать композиционный сплав, в состав которого входят активные элементы. Использование такого сплава обеспечивает глубокое раскисление стали, ее десульфурацию и дефосфорацию (барием), высокую степень извлечения микролегирующих элементов из их оксидов, создание благоприятных условий для модифицирования (низкое содержание кислорода, серы, фосфора).

При введении в состав предлагаемого материала для микролегирования материалов, содержащих Nb₂O₅, ТiO₂ и композиционного сплава (Аl+Са+Mg+Ва) в указанных количествах, обеспечивается попадание в сталь микролегирующих элементов в узких пределах за счет повышения степени их усвоения металлом и дополнительное модифицирование элементами из группы щелочноземельных металлов, при этом повышается качество стали за счет повышения механических свойств, включая характеристики вязкости при отрицательных температурах.

Количество материалов, содержащих пентаоксид ниобия и диоксид титана выбирают из расчета получения этих элементов в стали в требуемых пределах. Количество восстановителя (Аl и часть Са) выбирают в количестве, необходимом для восстановления Nb со степенью восстановления, равной 95%, и Ti со степенью восстановления, равной 90%. Количество компонентов в композиционном сплаве (Аl+Са+Mg+Ва) выбирают из условия обеспечения наибольшей эффективности раскисления алюминием и частью кальция, а остальной частью кальция, усиленной магнием и барием - наибольшей эффективности десульфурации, дефосфорации и модифицирования.

При содержании в составе материала для микролегирования материала, содержащего менее 3 маc.% Nb₂O₅, количество ниобия в стали будет недостаточно; при содержании более 50 маc.% Nb₂O₅ при условии достаточного раскисления, десульфурации и модифицирования недопустимо снизится содержание титана до такой степени, что снизится количество комплексных карбонитридов ниобия и титана в стали.

При содержании в составе материала для микролегирования материала, содержащего менее 5 маc.% ТiO₂, количество титана в стали будет недостаточным; при содержании более 60 маc.% TiO₂ при условии достаточного раскисления, десульфурации и модифицирования недопустимо снизится содержание ниобия до такой степени, что также снизится количество комплексных карбонитридов титана и ниобия в стали.

При содержании компонентов в композиционном сплаве (Аl+Са+Mg+Ва), отличающемся от заявляемого содержания, эффективность раскисления алюминием и частью кальция снижается и, соответственно, снижается эффективность десульфурации и модифицирования остальной частью кальция, усиленной магнием и барием.

Пример

В полупромышленной индукционной тигельной печи с емкостью тигля 30 кг выплавляли сталь для газо- и нефтетрубопроводов с заданным химическим составом, маc.%: углерод 0,02-0,07; марганец 1,45-1,80; кремний 0,03-0,10; ниобий 0,10-0,20; титан 0,10-0,20; ванадий 0,05-0,12; сера ≤0,010; фосфор ≤0,012; азот 0,003-0,005; алюминий 0,03-0,05; кальций 0,01-0,02; магний 0,005-0,01; барий 0,005-0,01; железо остальное. Использовали лом из низкоуглеродистых марок стали с малым и контролируемым количеством примесей. После получения стали заданного химического состава по всем элементам, кроме ниобия и титана, тигель накрывали крышкой, имитируя установку печь-ковш, подогревали металл до температуры, обеспечивающей плавление оксидной составляющей материала для микролегирования, и вводили в объем металла материал для микролегирования заявляемого состава с удельным расходом 7,78-12,10 кг/т стали в пересчете на пентаоксид ниобия и диоксид титана.

Для получения предлагаемого материала для микролегирования использовали пирохлоровый ниобиевый концентрат марки КН согласно ОСТ 48-37-72 химического состава, мас.%: (Nb₂O₅+Та₂О₅)-38, или в пересчете на элемент, маc.%: Nb 25; Та 1; Р<0,095; SiO₂ 12,16; S 0,114; С 1,9; TiO₂ 12,16; Н₂О<1,0, ильменитовый концентрат россыпного месторождения (Гасик М.И., Емлин Б.И. Элекрометаллургия ферросплавов: Учебник для вузов. Киев; Донецк: Вища школа. Головное изд-во, 1983, - стр.235) химического состава, маc.%: ТiO₂ 52,8; Fе_общ 33,5; SiO₂ 1,33; Al₂O₃ 1,5; MgO 0,61; MnO 0,54; V₂O₅ 0,24; S 0,05, и композиционный сплав (Аl+Са+Mg+Ва), который получали отдельно путем изготовления гранул фракцией 0,5-1,5 мм.

При этом количество восстановленных элементов из подаваемых материалов, содержащих пентаоксид ниобия и диоксид титана (пирохлорового ниобиевого концентрата и ильменитового концентрата), не превышало допустимых пределов ошибки химического анализа и составило: S 0,00017-0,00034 маc.%, Та 0,0004-0,0005 маc.%, Р 0,00038-0,00076 маc.%, V 0,00047-0,00094 маc.%.

Плавки такой же стали с использованием смеси для легирования и модифицирования по ближайшему аналогу проводили в том же сталеплавильном агрегате по такой же технологии выплавки. При использовании известной смеси дополнительно при внепечной обработке в сталь вводили соответствующие ферросплавы, содержащие микролегирующие элементы - ниобий и титан, например в виде феррониобия марки ФН-2 с содержанием ниобия 60 маc.% при степени усвоения ниобия 70% и ферротитана марки ФТи-35 с содержанием титана 35 маc.% при степени усвоения титана 25% с соответствующим удельным расходом. Удельный расход ферросплавов лимитируется химическим составом стали.

Выплавили 10 плавок заданной стали. При разливке стали получали слитки массой по 25-27 кг. Затем контролировали химический состав и, в частности, содержание карбонитридообразующих элементов - ниобия и титана.

Содержание ниобия в стали, микролегированной с использованием предлагаемого материала, находилось в пределах 0,12-0,18 маc.%, а титана - в пределах 0,11-0,19 маc.%, что соответствует заданному. Степень усвоения с использованием предлагаемого материала составляет для Nb более 95%, а для Ti более 90%.

При микролегировании стали с использованием смеси для легирования и модифицирования по ближайшему аналогу в 6 плавках из 10 содержания ниобия и титана вышли за заданные узкие пределы и составили 0,03-0,25 маc.% для ниобия и 0,009-0,27 маc.% для титана.

От прокатанных на листы 10-16 мм слитков отбирали пробы и проводили металлографические исследования, результаты которых представлены в таблице.

Полученные результаты свидетельствуют о попадании в узкие пределы по химическому составу микролегирующих элементов в стали, микролегированной с использованием предлагаемого материала, и высокой степени усвоения ведущих элементов.

Формула изобретения

1. Материал для микролегирования на установке печь-ковш, содержащий оксиды ниобия и титана, алюминий и сплав с щелочноземельными металлами, отличающийся тем, что сплав с щелочноземельными металлами содержит кальций, магний и барий и совместно с алюминием образует композиционный сплав с использованием его в качестве восстановителя, а также материал, содержащий пентаоксид ниобия, и материал, содержащий диоксид титана, при следующем содержании компонентов, мас.%:

Материал, содержащий пентаоксид ниобия 3-50

Материал, содержащий диоксид титана 5-60

Композиционный сплав Остальное

2. Материал по п.1, отличающийся тем, что композиционный сплав содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Алюминий 58-62

Кальций 18-22

Магний 9-11

Барий 9-11

PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Прежний патентообладатель:Общество с ограниченной ответственностью "ПРОМИС" (ООО "ПРОМИС")

(73) Патентообладатель:Наконечный Анатолий Яковлевич (UA)

(73) Патентообладатель:Урцев Владимир Николаевич

(73) Патентообладатель:Хабибулин Дим Маратович

(73) Патентообладатель:Капцан Анатолий Виленович

(73) Патентообладатель:Платов Сергей Иосифович

(73) Патентообладатель:Аникеев Сергей Николаевич

Договор № РД0008027 зарегистрирован 06.04.2006

Извещение опубликовано: 10.06.2006        БИ: 16/2006

---