Способ выплавки ванадийсодержащей стали

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу выплавки ванадийсодержащей стали. Способ включает расплавление металлошихты, рафинирование расплава и введение в него ванадийсодержащих материалов, восстановителя и криолита при следующем их соотношении 1:(0,3-0,4):(0,008-0,013). Восстановитель выбирают из ряда Al, Si, Mg, Ca. Обеспечивается повышение жидкотекучести известково-глиноземной составляющей присаживаемых ванадийсодержащих материалов и тем самым повышение восстановления ванадия, что обеспечивает повышение качества прямого легирования стали. 3 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способу выплавки ванадийсодержащей стали путем ее прямого легирования в сталеплавильных агрегатах.

Известен способ выплавки ванадийсодержащей стали по патенту Российской Федерации №2133782 С1, МПК 6 С21С 5/52, опубл. 1999.07.27, который заключается в том, что расплавляют металлошихту, рафинируют расплав, вводят в расплав ванадийсодержащие материалы, восстановитель. По этому способу выплавка стали выполняется в дуговой электросталеплавильной печи, а присадку шлакосоздающей смеси осуществляют из ванадиевого конвертерного шлака. Ванадиевый конвертерный шлак, известь и плавиковый шпат присаживают в следующем соотношению 1:(0,3-1,0):(0,2-0,4). А после предварительного раскисления металла шлак в печи раскисляют смесью порошка кокса, дробленого ферросилиция и дроби алюминия при соотношении С:Si:Al=1:(2,0-2,2):(1,5-1,6).

Основным недостатком этого способа является недостаточное качество прямого легирования стали, что обусловлено:

- использованием для восстановления ванадийсодержаших материалов дроби алюминия, что повышает также и уровень самого алюминия в стали, а это приводит к снижению прочностных свойств стали, особенно при циклических нагрузках;

- недостаточно высокой скоростью плавления присаживаемых ванадийсодержащих материалов в виде порошкоподобной смеси, а это снижает уровень восстановления ванадия;

- недостаточно высокой жидкотекучестью присаживаемых ванадийсодержащих материалов при использовании для этого плавикового шпата, что также снижает уровень восстановления ванадия,

Наиболее близким к заявляемому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ выплавки ванадийсодержащей стали по патенту РФ №2144089 С1, МПК 7 С21С 5/52, опубл. 2000.01.10, который заключается в том, что расплавляют металлошихту, рафинируют расплав, вводят в расплав ванадийсодержащие материалы, восстановитель. В качестве ванадийсодержащих материалов используют углеродистые офлюсованные материалы, которые формируют в брикеты вместе с оксидами марганца и магния, при этом отношение углерода к сумме оксидов ванадия, железа и марганца в брикетах поддерживают равным 0,2-0,5, а отношение суммы оксидов кальция и магния к оксиду кремния в брикетах составляет 1,6-3,5. В брикеты дополнительно вводят металл-восстановитель в виде ферросилиция в количестве 1-10 мас.%.

Преимуществом этого способа над аналогом является повышение качества прямого легирования стали за счет того, что для раскисления ванадийсодержащей смеси не используется дробь алюминия. Кроме того, по этому способу повышена скорость расплавления присаживаемых ванадийсодержащих материалов из-за формирования их в офлюсованные углеродистые брикеты.

Вместе с тем основным недостатком и данного способа является недостаточное качество прямого легирования стали из-за низкого уровня восстановления ванадия, что обусловлено недостаточно высокой жидкотекучестью известково-глиноземной составляющей присаживаемых ванадийсодержащих материалов.

В основу изобретения положена задача по создании эффективного способа выплавки ванадийсодержащей стали путем ее прямого легирования при повышении жидкотекучести известково-глиноземной составляющей присаживаемых ванадийсодержащих материалов, что позволит повысить восстановление ванадия и тем самым повысить качество прямого легирования стали.

Поставленная задача решается тем, что в соответствии со способом выплавки ванадийсодержащей стали, который заключается в том, что расплавляют металлошихту, рафинируют расплав, вводят в расплав ванадийсодержащие материалы, восстановитель. В соответствии со способом в расплав дополнительно вводят криолит, при этом вводят ванадийсодержащие материалы, восстановитель и криолит при следующем их соотношении 1:(0,3-0,4):(0,008-0,013). Кроме того, ванадийсодержащие материалы, восстановитель и криолит вводят сформированными в брикеты. А брикеты формируют в основном объемом 22 см³ и массой 70-100 граммов. Восстановитель выбирают из ряда Al, Si, Mg, Ca.

Дополнительное введение в расплав криолита (Na₃AlF₆), при соотношении ванадийсодержащих материалов, восстановителя и криолита 1:(0,3-0,4):(0,008-0,013), позволяет за счет щелочных окислов криолита значительно снизить вязкость и соответственно повысить жидкотекучесть известково-глиноземной составляющей присаживаемых ванадийсодержащих материалов. А это тем самым способствует повышению эффективного восстановления ванадия и соответственно более полного усвоения ванадия расплавом, что также направлено на повышение качества прямого легирования стали.

Введение в расплав смеси ванадийсодержащих материалов, восстановителя и криолита, которые сформированы в виде брикетов, позволяет обеспечить повышение скорости их плавления в шесть - восемь раз, чем при использовании порошкоподобной смеси, что обеспечивается более рациональным использованием экзотермических реакций восстановления. Это также позволяет повысить уровень усвоения ванадия расплавом стали и тем самым способствует повышению качества прямого легирования стали.

Использование брикетов, которые сформированы в основном объемом 22 см³ и массой 70-100 грамм, позволяет также обеспечить повышение скорости их плавления и равномерное их поглощение расплавом.

Выбор восстановителя из ряда Al, Si, Mg, Ca позволяет обеспечить в основном одинаковую температуру плавления составляющих смеси брикетов, которая приблизительно составляет 700°С, что также направлено на повышение скорости плавления всех этих составляющих при их одновременном плавлении для более полного восстановления ванадия. Это также направлено на уменьшение количества тепла, которое необходимо для нормального протекания расплавления брикетов.

Изложенное выше подтверждает наличие причинно-следственных связей между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом.

Данная совокупность существенных признаков позволяет по сравнению с прототипом по способу выплавки ванадийсодержащей стали обеспечить повышение жидкотекучести известково-глиноземной составляющей присаживаемых ванадийсодержащих материалов. А это повышает восстановление ванадия и соответственно направлено на повышение качества прямого легирования стали.

По мнению авторов, заявляемое техническое решение отвечает критериям изобретения "новизна" и "изобретательский уровень", потому что совокупность существенных признаков, которые характеризуют способ выплавки ванадийсодержащей стали, является новой и не выплывает явным образом из известного уровня техники.

Заявляемое изобретение поясняется нижеприведенным примером способа выплавки ванадийсодержащей стали, который осуществляется следующим образом.

Предпочтительный вариант конкретного примера выполнения способа выплавки ванадийсодержащей стали при прямом легировании заключается в том, что в соответствии с технологией выплавки стали загружают металлошихту в сталеплавильный агрегат, расплавляют ее, рафинируют расплав для коррекции его состава. Выполняют выведение шлака, который образуется на поверхности расплава. После чего в расплав, на его поверхность, вводят ванадийсодержащие материалы, восстановитель и криолит в виде смеси, которая сформирована в брикеты, при следующем их соотношении 1:(0,3-0,4):(0,008-0,013). В качестве ванадийсодержащих материалов применяют конвертерный шлак, а в качестве восстановителя - кальций (Са). При этом составляющие этой экзотермической смеси подобраны приблизительно с одной температурой плавления, что обеспечивает повышенную скорость плавления исходных составляющих этой смеси при рациональном использовании тепла экзотермических реакций восстановления металлического ванадия из его окислов при его поглощении расплавом. Скорость плавления смеси, которая сформирована в виде брикетов, в шесть-восемь раз больше, чем порошкоподобной смеси, и равняется от одной до полторы минуты при температуре плавления приблизительно в 700°С. За счет введения криолита в качестве составляющей смеси осуществляется значительное снижение вязкости и соответствующее увеличение жидкотекучести известково-глиноземной составляющей присаживаемых ванадийсодержащих материалов. При введении указанного выше количества в 0,008 криолита относительно ванадийсодержащих материалов окончательная концентрация окислов ванадия (V₂О₅) в шлаке достигает 4-5%, а при введении указанного выше количества в 0,013 криолита концентрация V₂О₅ в шлаке достигает 0,3-0,4%. Пределы количества восстановителя в 0,3-0,4 относительно ванадийсодержащих материалов выбраны экспериментальным путем для обеспечения более полного восстановления ванадия.

В качестве сталеплавильных агрегатов могут быть применены: индукционные и электродуговые сталеплавильные печи, мартеновская печь, кислородный конвертер или ковш для разлива стали и тому подобное.

В качестве ванадийсодержащих материалов могут быть применены: конверторный ванадиевый шлак или шлак, полученный в мартеновской печи, зола ТЭЦ, катализаторы, продукты их обогащения и тому подобное.

В качестве восстановителей могут быть применены: алюминий (Al), кремний (Si), магний (Mg), кальций (Са).

Для обеспечения повышения скорости расплавления брикетов их формируют небольшими по объему и массой. В основном брикеты имеют оптимальный объем 22 см³ и массу 70-100 грамм, что обеспечивает их как быстрое расплавление, так и более полное восстановление ванадия с равномерным поглощением его расплавом.

В другом варианте выполнения способа выплавки ванадийсодержащей стали после загрузки металлошихти, расплавления ее, рафинирования расплава осуществляют сливание расплава в ковш. При наполнении приблизительно одной пятой объема ковша в него параллельно с последующим его наполнением расплавом вводят брикеты с ванадийсодержащей материалом, восстановителем и криолитом.

Также в одном из вариантов этого способа ванадийсодержащие материалы, восстановитель и криолит вводят в расплав в виде порошкоподобной смеси.

Хотя здесь показаны и описаны варианты, которые признаны лучшими для осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной отрасли техники будет понятно, что можно осуществлять разнообразные изменения и модификации, и признаки можно заменять на эквивалентные, не выходя при этом за пределы объема притязаний настоящего изобретения.

Соответствие заявляемого технического решения критерию изобретения "промышленная применимость" подтверждается указанными примерами выполнения способа выплавки ванадийсодержащей стали.

1. Способ выплавки ванадийсодержащей стали, включающий расплавление металлошихты, рафинирование расплава, введение в расплав ванадийсодержащих материалов и восстановителя, отличающийся тем, что дополнительно в расплав вводят криолит, при этом ванадийсодержащие материалы, восстановитель и криолит вводят при их соотношении 1:(0,3-0,4):(0,008-0,013).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ванадийсодержащие материалы, восстановитель и криолит вводят сформированными в брикеты.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что брикеты формируют в основном объемом 22 см³ и массой 70-100 г.

4. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что восстановитель выбирают из ряда Al, Si, Mg, Ca.