СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ С ВАНАДИЕМ Российский патент 1998 года по МПК C21C7/64 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству стали с применением обработки расплава в ковше для легирования и рафинирования стали.

Известен способ производства легированной ванадием стали с использованием ввода в жидкий металл порошковой проволоки TRIMTEC, содержащей в качестве наполнителя феррованадий (75-80% V, до 1,5% алюминия и до 1,5% кремния) [1].

Недостатками известного способа [1] являются высокая трудоемкость изготовления порошков требуемого грануломатрического состава из феррованадия, повышенные материальные и энергетические затраты при изготовлении феррованадия из пентоксида ванадия или материалов, его содержащих, необходимость значительного перегрева металла для компенсации потерь тепла при расплавлении тугоплавкого 75-80%-ного феррованадия.

Наиболее близким к предлагаемому является способ легирования стали ванадием, включающий погружение в расплав легирующего агента в виде спеченной смеси из 40-50% V₂O₅ и 50-60% тонкоизмельченного Ca-содержащего материала, выбранного из группы SiCa, CaC₂ и CaCN. Размер частиц: V₂O₅ - 10 меш, Ca-содержащего материала - 8 меш [2].

Недостатками известного способа [2] являются нестабильность восстановления ванадия из-за быстрого всплывания агента в шлак, который может содержать повышенное количество оксидов железа, что приводит к снижению извлечения ванадия в сталь, а также взрывной характер взаимодействия кальция с V₂O₅ в расплаве стали, что приводит к выводу значительного количества кальция из зоны реакции.

Предлагаемый способ устраняет указанные недостатки. Это достигается тем, что в способе производства низколегированной стали с ванадием, включающим выплавку стали и погружение в расплав легирующего агента, содержащего оксиды ванадия и восстановитель, в состав легирующего агента дополнительно вводят наполнитель, а в качестве восстановителя используют алюминий, при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%: оксиды ванадия 49-54; алюминий 30-40; наполнитель остальное, причем легирующий агент погружают в расплав в виде оболочковой порошковой проволоки, а перед погружением легирующего агента содержание алюминия в расплаве доводят до 0,02-0,07 мас.%. В качестве наполнителя можно использовать материалы, выбранные из группы CaF₂, CaO, ферросилиций, силикокальций, графит или их смесь.

Предлагаемый способ позволяет повысить стабильность извлечения ванадия, степень извлечения его за счет снижения скорости реакции восстановления ванадия и всплывания легирующего агента в шлак по сравнению с известным способам [2] . Использование для легирования стали вне печи порошковой проволоки позволяет, кроме того, снизить расход ферросплавов, количество случаев непопадания в заданные пределы химического состава и повысить качество металла за счет снижения содержания серы в стали.

Состав легирующего агента, содержащего 49-54 мас.% оксидов ванадия, 30-40 мас. % алюминия и наполнитель - остальное, позволяет получить шлаки с относительно низкой температурой плавления и высокой сульфидной емкостью при стабильном восстановлении ванадия из его оксидов. Наполнитель к тому же поглощает тепло, выделяющееся при восстановлении ванадия из оксида, и устраняет, таким образом, возможность взрывного характера реакции, что повышает степень извлечения ванадия. Степень извлечения ванадия определяется также и содержанием алюминия в расплаве перед введением в него легирующего агента. При снижении содержания алюминия в расплаве ниже 0,02 мас.% резко снижается степень извлечения ванадия. Тогда как при содержании алюминия в расплаве 0,02-0,07 мас.% степень извлечения максимальна и составляет 70-90%.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример 1. Сталь марки Grade 55 по стандарту США А ТМ 607-92а, содержащую 0,05-0,08 мас. % ванадия, выплавляют в 10-килограммовой индукционной печи с магнезитовой футеровкой тигля. Сталь раскисляют и легируют марганцем и алюминием.

Затем в расплав, содержащий 0,02 мас.% алюминия при температуре 1650^oC и отключенной печи вводят оболочковую порошковую проволоку диаметром 11 мм, содержащую легирующий агент, состоящий из смеси порошков следующего состава, мас. %: оксид ванадия 49; алюминий 30; плавиковый шпат 10; известь 6; графит 5. При скорости ввода проволоки 0,5 м/с бурление расплава и выделение дыма было незначительным. По окончании ввода проволоки включают печь, металл перемешивают для выравнивания состава и температуры, выпускают в ковш и разливают на 9-килограммовые слитки. До и после ввода проволоки отбирают пробы металла на химический анализ. Слитки прокатывают на полосу, из которой отбирают пробы для определения балла неметаллических включений и изготавливают образцы для испытания на растяжение.

Аналогичным образом осуществляли плавки NN 2, 4. На плавке N 4 легирующий агент присаживали на поверхность расплава в виде спеченной смеси, при этом наблюдали интенсивное бурление металла и дымовыделение.

Пример 2. В 350-тонном конвертере выплавляют стальной полупродукт для стали Grade 55 и выпускают в ковш с отсечкой конвертерного шлака от металла при температуре на 10^oC выше по сравнению со способом без использования порошковой проволоки. Во время выпуска металл раскисляют и легируют марганцем и алюминием, а также обрабатывают кусковой шлакообразующей смесью из извести и плавикового шпата. На установке доводки металла в ковш, после усреднительной продувки аргоном в течение 4 мин и отбора пробы металла на химический анализ присаживают 570 кг 52%-ного феррованадия, после чего металл продувают аргоном в течение 4 мин. После получения результатов анализа при содержании в металле ванадия 0,06 мас.% и алюминия 0,06 мас.% для обеспечения заданного заказчиком содержания ванадия в стали 0,08 мас.% в ковш посредством трайб-аппарата вводят 915 м оболочковой порошковой проволоки, содержащей легирующий агент, состоящий из смеси состава, мас.%: оксид ванадия 53; алюминий 34; плавиковый шпат 8; силикокальций СК30 5. Ввод проволоки осуществляют со средней скоростью 2,7 м/с (при колебаниях от 0,5 до 4,0 м/с) в течение 6 мин. Ввод проволоки проходит спокойно без выбросов и бурления расплава. Затем металл продувают аргоном в течение 4 мин, после чего отбирают пробу на химический анализ, замеряют температуру металла. Полученный металл разливают на установке непрерывной разливки на слябовые заготовки по действующей технологии, которые прокатывают на лист. От листа отбирают пробы для определения балла неметаллических включений и изготавливают образцы для испытания на растяжение.

Составы смесей легирующих агентов приведены в табл.1.

Результаты легирования стали ванадием и основные технологические параметры плавок приведены в табл.2.

Как видно, предлагаемый способ производства низколегированной стали с ванадием позволяет снизить расход легирующих агентов за счет повышения усвоения ванадия, снизить загрязненность металла неметаллическими включениями, обеспечить заданный состав стали и требуемые механические свойства листа из нее.

Изобретение может быть использовано при производстве стали с применением обработки расплава в ковше для легирования и рафинирования. В расплаве доводят содержание алюминия до 0,02-0,07 мас.%. Затем в расплав погружают легирующий агент в виде оболочковой проволоки. Легирующий агент состоит из смеси следующего состава, мас.%: оксиды ванадия 49-54; алюминий 30-40 и наполнитель остальное. В качестве наполнителя используют материалы, выбранные из группы: плавиковый шпат, известь, ферросилиций, силикокальций, графит или их смесь. Снижается расход легирующих агентов за счет повышения усвоения ванадия. Снижается загрязненность металла неметаллическими включениями. Обеспечивается заданный состав стали и требуемые механические свойства листа из нее. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ производства низколегированной стали с ванадием, включающий выплавку стали и погружение в расплав легирующего агента, содержащего оксиды ванадия и восстановитель, отличающийся тем, что в состав легирующего агента дополнительно вводят наполнитель, а в качестве восстановителя используют алюминий при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.

Оксиды ванадия 49 54
Алюминий 30 40
Наполнитель Остальное
причем легирующий агент погружают в расплав в виде оболочковой порошковой проволоки, а перед погружением легирующего агента доводят содержание алюминия в расплаве до 0,02 0,07 мас.