СПЛАВ ФЕРРОСИЛИЦИЯ С ВАНАДИЕМ И/ИЛИ НИОБИЕМ, ПРОИЗВОДСТВО СПЛАВА ФЕРРОСИЛИЦИЯ С ВАНАДИЕМ И/ИЛИ НИОБИЕМ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ Российский патент 2024 года по МПК C22C33/08 C21C1/08 C22C38/02 C22C35/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к сплаву ферросилиция с ванадием и/или ниобием, способу производства сплава ферросилиция с ванадием и/или ниобием, а также применению такого сплава. Более конкретно, изобретение относится к сплаву ферросилиция с ванадием и/или ниобием, особенно подходящему в качестве добавки при производстве чугуна.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Металлы ванадий и ниобий известны как добавка для улучшения качеств чугуна, таких как более высокая прочность, повышенная прокаливаемость и более высокая износостойкость, за счет выделения карбидов и нитридов микронного и наноразмера, распределяющихся в структуре при затвердевании. Этот эффект упоминается как дисперсионное твердение; см. обзорную статью J. V. Dawson, UK International Exchange Paper, 1982. Эти мелкие частицы будут способствовать так называемому скреплению дислокаций - металлургическому явлению, которое повышает прочность материала при нагрузке до текучести. Микроскопические частицы карбида, диспергированные в твердых металлах, часто формируют когерентность с металлической матричной структурой, вызывая тем самым деформацию кристаллической решетки в материале. Деформация кристаллической решетки и скрепление дислокаций представляют собой явления, которые способствуют получению желаемого эффекта упрочнения. Ванадий и/или ниобий также являются промоторами перлита в чугуне.

Ванадий традиционно добавляется в расплавленный чугун в виде сплава феррованадия, наиболее распространенным является FeV80 (80% ванадия), но также можно использовать другие марки, такие как FeV60 (60% ванадия) или FeV50. В дополнение к железу и ванадию сплавы феррованадия обычно содержат небольшие количества кремния, алюминия, углерода, серы, фосфора, мышьяка, меди, марганца, титана, хрома и других примесей.

Ниобий традиционно добавляется в расплавленный чугун в виде сплава феррониобия различных марок с содержанием ниобия в пределах 60-70%. Феррониобий производится алюмотермически из пентаоксида ниобия (Nb₂O₅) и оксида железа, который используется как есть или очищается электронно-лучевой плавкой. В зависимости от марки феррониобий содержит до 3% кремния и 2,5% алюминия, а также незначительные количества углерода, серы, фосфора, марганца, титана и т.д.

Обычными способами получения сплавов феррованадия и сплавов феррониобия являются восстановление кремнием и восстановление алюминием. В обоих способах восстановление выполняют в печи, где оксид ванадия или оксид ниобия восстанавливается путем реакции с кремнием или с алюминием. Указанные способы производства имеют недостатки, заключающиеся в высоком потреблении энергии для проведения реакции и относительно низком выходе ванадия или ниобия, поскольку значительное количество оксида ванадия или оксида ниобия попадает в шлак во время переработки. Сплавы феррованадия и феррониобия (температуры солидуса составляют 1677°С и 1503°С для FeV80 и FeNb66 соответственно) имеют относительно высокую температуру плавления. Следовательно, эти сплавы не плавятся и должны растворяться. Время растворения при добавлении в расплав чугуна является длительным, что ограничивает добавление этих сплавов добавлением в нагретые печи, и может приводить к тому, что ценные единицы ванадия или ниобия перейдут в шлак вместо чугуна, особенно когда используются частицы меньшего размера, уменьшая тем самым восстановление и делая его нестабильным. В дополнение, расплав чугуна необходимо перегревать, чтобы обеспечить растворение сплава, или дольше выдерживать в печи перед выпуском, что снижает эффективность производства чугуна. Дополнительным недостатком являются высокие плотности FeV80 и особенно FeNb65. FeNb65 падает на дно печи, что может привести к сегрегации ниобия, если расплав не перемешивается в достаточной степени.

Поэтому существует потребность в улучшенной ванадиевой и/или ниобиевой добавке для производства чугуна. Задача настоящего изобретения состоит в смягчении, облегчении или устранении одного или более из выявленных выше недостатков предшествующего уровня техники.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с первым аспектом предлагается сплав ферросилиция с ванадием и/или ниобием (FeSi V и/или Nb), содержащий 15-80 мас. % Si; 0,5-40 мас. % V и/или Nb; до 10 мас. % Mo; до 5 мас. % Cr; до 3 мас. % Cu; до 3 мас. % Ni; до 20 мас. % Mg; 0,01-7 мас. % Al; до 13 мас. % Ba; 0,01-7 мас. % Ca; до 13 мас. % Mn; до 8 мас. % Zr; до 12 мас. % La и/или Ce и/или мишметалла; до 5 мас. % Sr; до 3 мас. % Bi; до 3 мас. % Sb; до 1,5 мас. % Ti; остальное - Fe и случайные примеси.

В соответствии с первым вариантом осуществления первого аспекта сплав FeSi V и/или Nb содержит 15-29 мас. % Si; 0,5-40 мас. % V и/или Nb; до 10 мас. % Mo; до 5 мас. % Cr; до 3 мас. % Cu; до 3 мас. % Ni; до 20 мас. % Mg; 0,01-7 мас. % Al; до 13 мас. % Ba; 0,01-7 мас. % Ca; до 13 мас. % Mn; до 8 мас. % Zr; до 12 мас. % La и/или Ce и/или мишметалла; до 5 мас. % Sr; до 3 мас. % Bi; до 3 мас. % Sb; до 1,5 мас. % Ti; остальное - Fe и случайные примеси.

В соответствии со вторым вариантом осуществления первого аспекта сплав FeSi V и/или Nb содержит 30-50 мас. % Si; 16-40 мас. % V и/или Nb; до 10 мас. % Mo; до 5 мас. % Cr; до 3 мас. % Cu; до 3 мас. % Ni; до 20 мас. % Mg; 0,01-7 мас. % Al; до 13 мас. % Ba; 0,01-7 мас. % Ca; до 13 мас. % Mn; до 8 мас. % Zr; до 12 мас. % La и/или Ce и/или мишметалла; до 5 мас. % Sr; до 3 мас. % Bi; до 3 мас. % Sb; до 1,5 мас. % Ti; остальное - Fe и случайные примеси.

В соответствии с третьим вариантом осуществления первого аспекта сплав FeSi V и/или Nb содержит 51-80 мас. % Si; 0,5-40 мас. % V и/или Nb; до 10 мас. % Mo; до 5 мас. % Cr; до 3 мас. % Cu; до 3 мас. % Ni; до 20 мас. % Mg; 0,01-7 мас. % Al; до 13 мас. % Ba; 0,01-7 мас. % Ca; до 13 мас. % Mn; до 8 мас. % Zr; до 12 мас. % La и/или Ce и/или мишметалла; до 5 мас. % Sr; до 3 мас. % Bi; до 3 мас. % Sb; до 1,5 мас. % Ti; остальное - Fe и случайные примеси.

В соответствии с одним вариантом из упомянутых первого и третьего вариантов осуществления первого аспекта сплав FeSi V и/или Nb содержит 5-35 мас. % V и/или Nb.

Следующие варианты осуществления совместимы с любым из вышеперечисленных вариантов осуществления первого аспекта:

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сплав FeSi V и/или Nb содержит до 15 мас. % Mg.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сплав FeSi V и/или Nb содержит до 5 мас. % Mo.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сплав FeSi V и/или Nb имеет диапазон температуры плавления 1060-1640°C.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сплав FeSi V и/или Nb находится в виде частиц или кусков с крупностью 0,06-50 мм.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления частицы или куски сплава FeSi V и/или Nb покрыты или смешаны с оксидом висмута, и/или сульфидом висмута, и/или сульфидом сурьмы, и/или оксидом сурьмы, и/или оксидом другого металла, таким как оксид железа, и/или сульфидом другого металла, таким как сульфид железа.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сплав FeSi V и/или Nb является добавкой для применения в производстве чугуна.

В соответствии со вторым аспектом предлагается способ приготовления сплава ферросилиция с ванадием и/или ниобием (FeSi V и/или Nb) согласно первому аспекту и любому из его вариантов осуществления, включающий:

- обеспечение сплава ферросилиция в расплавленном состоянии;

- добавление сырья, содержащего оксид ванадия, и/или сырья, содержащего оксид ниобия, к расплавленному сплаву ферросилиция;

- смешивание и реагирование расплавленного сплава ферросилиция и оксида ванадия из содержащего оксид ванадия сырья и/или оксида ниобия из содержащего оксид ниобия сырья, с образованием тем самым расплава сплава FeSi V и/или Nb и шлака;

- отделение шлака от упомянутого расплава; и

- затвердевание или разливку расплавленного сплава FeSi V и/или Nb.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способа расплавленный сплав ферросилиция обеспечивают непосредственно из восстановительной печи, в которой ферросилиций получается из исходного сырья в соответствии с традиционными способами.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способа расплавленный сплав ферросилиция обеспечивают путем переплавки шихты одного или более сплавов ферросилиция.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способа содержащее оксид ванадия сырье и/или содержащее оксид ниобия сырье добавляют в количестве (по массе), обеспечивающем по существу целевое количество элементарного ванадия и/или ниобия (по массе) в сплаве FeSi V и/или Nb.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способа содержащее оксид ванадия сырье представляет собой одну или более фаз оксида ванадия, выбранных из оксида ванадия(II), оксида ванадия(III), оксида ванадия(IV), оксида ванадия(V) и/или других неосновных оксидов ванадия.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способа содержащее оксид ниобия сырье представляет собой одну или более фаз оксида ниобия, выбранных из оксида ниобия(II), оксида ниобия(III), оксида ниобия(IV), оксида ниобия(V) и/или других неосновных оксидов ниобия.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способа фаза оксида ванадия представляет собой оксид ванадия(V), V₂O₅, и/или оксид ванадия(III), V₂O₃.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способа фаза оксида ниобия представляет собой оксид ниобия(V), Nb₂O₅, и/или оксид ниобия(III), Nb₂O₃.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способа содержащее оксид ванадия сырье дополнительно содержит промышленные отходы или руду, содержащие оксид ванадия.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способа содержащее оксид ниобия сырье дополнительно содержит промышленные отходы или руду, содержащие оксид ниобия.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способа к расплавленному сплаву ферросилиция добавляют модифицирующее шлак соединение в количестве 0,5-30 мас. % в расчете на общее количество сплава ферросилиция и оксида ванадия и/или оксида ниобия.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способа модифицирующее шлак соединение представляет собой по меньшей мере одно из CaO и MgO.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способа расплавленный сплав ферросилиция содержит:

40-90 мас. % Si;

до 0,5 мас. % C;

0,01-7 мас. % Al;

до 6 мас. % Ca;

до 1,5 мас. % Ti;

до 15 мас. % Mn;

до 10 мас. % Cr;

до 10 мас. % Zr;

до 15 мас. % Ba;

до 0,3 мас. % P;

до 0,5 мас. % S;

остальное составляют Fe и случайные примеси.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способ дополнительно содержит добавление алюминия к расплаву ферросилиция до, одновременно или после добавления сырья, содержащего оксид ванадия, и/или сырья, содержащего оксид ниобия, в количестве до 10 мас. % в расчете на общее количество ферросилиция и оксида ванадия и/или оксида ниобия.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способа расплавленный сплав ферросилиция и содержащее оксид ванадия сырье и/или содержащее оксид ниобия сырье, и любые добавленные алюминий и/или модифицирующее шлак соединение, смешивают посредством механического перемешивания или перемешивания газом.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способа шлак отделяют до или во время разливки расплавленного сплава ферросилиция с ванадием и/или ниобием.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способа затвердевший разлитый сплав ферросилиция с ванадием и/или ниобием формуют в блоки или дробят и, необязательно, классифицируют на фракции по крупности или агломерируют.

В соответствии с третьим аспектом предлагается применение сплава ферросилиция с ванадием и/или ниобием согласно первому аспекту и любым вариантам осуществления первого аспекта в качестве добавки при производстве содержащего ванадий и/или ниобий чугуна.

Настоящее изобретение станет более понятным из приведенного ниже подробного описания. Подробное описание и конкретные примеры раскрывают предпочтительные варианты осуществления изобретения только в качестве иллюстрации. Специалисты в данной области техники из указаний в подробном описании поймут, что в рамках объема изобретения могут быть проделаны изменения и модификации.

Следовательно, нужно понимать, что раскрытое здесь изобретение не ограничено конкретными составными частями описанного устройства или стадиями описанных способов, поскольку такие устройство и способ могут варьироваться. Также следует понимать, что использованная здесь терминология предназначена только для описания конкретных вариантов осуществления и не является ограничивающей. Следует отметить, что используемые в описании изобретения и приложенной формуле изобретения грамматические формы единственного числа подразумеваются означающими, что имеется один или более упомянутых элементов, если контекст явно не указывает иное. Таким образом, например, ссылка на «блок» может включать в себя несколько устройств, и т.п. Кроме того, слова «содержащий», «включающий», «имеющий» и подобные формулировки не исключают других элементов или стадий.

Термин «случайные примеси» следует понимать как обозначающий незначительные количества примесных элементов, присутствующих в сплаве ферросилиция с ванадием и/или ниобием или в сплаве ферросилиция.

Термин «сплав ферросилиция» (может также обозначаться как «ферросилиций», «сплав FeSi» или просто «FeSi») в данном контексте следует понимать как содержащий железо сплав на основе кремния, обычно производимый в печи с погружной дугой (SAF) путем восстановления кремнезема или песка коксом (или любым другим обычным углеродистым материалом, используемым в качестве шихты) в присутствии железа или источника железа. Обычными составами на рынке являются сплавы ферросилиция с 15%, 45%, 65%, 75% и 90% (по массе) кремния. Исходно произведенные сплавы ферросилиция обычно содержат примерно 2 мас. % прочих элементов, в основном алюминия и кальция, однако также встречаются небольшие количества углерода, титана, меди, марганца, фосфора и серы. Сплав ферросилиция в данном контексте может также содержать в качестве легирующих элементов, например, марганец, и/или хром, и/или цирконий, и/или барий, или он может представлять собой смесь, например, ферросилиция и ферросиликомарганца, и/или ферросиликохрома, и/или ферросиликоциркония, и/или ферросиликобария. В данном контексте все такие возможные сплавы для простоты будут называться сплавами ферросилиция (или «ферросилицием», «сплавом FeSi» или просто «FeSi»), как было указано выше.

Термин «сплав ферросилиция с ванадием и/или ниобием» (может также обозначаться как «сплав FeSi V и/или Nb» или просто «FeSi V и/или Nb») в данном контексте следует понимать как сплав ферросилиция, содержащий ванадий или ниобий или содержащий как ванадий, так и ниобий. В дополнение к ванадию и/или ниобию, в сплаве могут также присутствовать другие элементы, как охарактеризовано в первом аспекте.

Термин «до», когда он используется для указания количества элемента в данном контексте, следует понимать как означающий, что этот элемент может присутствовать в диапазоне от 0 мас. % и до указанного значения мас. %.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 представляет собой диаграмму, показывающую сравнение времени растворения различных сплавов FeSiV в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения в расплаве чугуна при 1400°C.

Фиг. 2 представляет собой диаграмму, показывающую сравнение времени растворения различных сплавов FeSiV в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения и стандартного сплава FeV80 в расплаве чугуна при 1500°C.

Фиг. 3 представляет собой диаграмму, показывающую сравнение времени растворения различных сплавов FeSiNb в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения и стандартного сплава FeNb65 в расплаве чугуна при 1500°C.

Фиг. 4 представляет собой диаграмму, показывающую сравнение времени растворения сплавов FeSiNbV и FeSiNbVMo в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения и стандартных сплавов FeNb65 и FeV80 в расплаве чугуна при 1500°C.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Сплав ферросилиция с ванадием и/или ниобием согласно первому аспекту является особенно подходящим для применения в качестве добавки в производстве чугуна, для производства содержащего ванадий и/или ниобий чугуна. Первый аспект настоящего изобретения относится к сплаву FeSi V и/или Nb, содержащему 15-80 мас. % кремния (Si); 0,5-40 мас. % ванадия (V) и/или ниобия (Nb); до 10 мас. % молибдена (Mo); до 5 мас. % хрома (Cr); до 3 мас. % Cu; до 3 мас. % Ni; до 20 мас. % магния (Mg); 0,01-7 мас. % алюминия (Al); до 13 мас. % бария (Ba); 0,01-7 мас. % кальция (Ca); до 13 мас. % марганца (Mn); до 8 мас. % циркония (Zr); до 12 мас. % лантана (La) и/или церия (Ce) и/или мишметалла; до 5 мас. % стронция (Sr); до 3 мас. % висмута (Bi); до 3 мас. % сурьмы (Sb); до 1,5 мас. % титана (Ti); остальное - железо (Fe) и случайные примеси.

Предлагаемый сплав FeSi V и/или Nb является особенно подходящим в качестве добавки в производстве чугуна.

Кроме того, сплав FeSi V и/или Nb в соответствии с настоящим изобретением имеет более низкую температуру плавления и другой путь растворения в расплавленном чугуне по сравнению с традиционными сплавами FeV80 или FeNb65. Потенциально более низкая температура плавления и другой путь растворения приводят к значительно более высоким скоростям растворения в расплавленном чугуне по сравнению с FeV80 или FeNb65. Более низкая температура плавления и более высокая скорость растворения приводят к снижению энергопотребления при добавлении в расплавленный чугун и в результате приводят к лучшему распределению ванадия и/или ниобия в расплаве, что также могут улучшать более низкие плотности сплавов по настоящему изобретению. Кроме того, более высокая скорость растворения означает, что сплав ферросилиция с ванадием и/или ниобием может быть добавлен позже в процессе производства чугуна, что может привести к большей гибкости процесса в литейном производстве.

Кроме того, плотности сплава FeSi V и/или Nb согласно настоящему изобретению являются более низкими, чем плотности FeV80 и FeNb65. При добавлении в печь или на дно ковша их растворение не будет приводить к сегрегации V и Nb на дне. Например, добавленные на дно ковша кусочки сплава согласно настоящему изобретению, которые имеют более низкую плотность, чем железо, начнут перемещаться вверх при растворении. В отличие от этого, кусочки FeNb65, например, останутся на дне ковша и растворятся там, приводя к более высокой концентрации ниобия на дне.

Кремний является общепринятой добавкой при производстве чугуна. Кремний является легирующим элементом в чугуне в пределах от 1 до 4,3 мас. %. Кремний играет существенную роль в производстве чугуна (серого, с вермикулярным графитом и с шаровидным графитом) и способствует зародышеобразованию графита, а не цементита. Также известно, что кремний повышает прочность, износостойкость, упругость и устойчивость к окислению. Количество Si в предлагаемом сплаве FeSi V и/или Nb составляет от 15 до 80 мас. %. В одном варианте осуществления количество Si составляет по меньшей мере 15 мас. %; или по меньшей мере 30 мас. %; или по меньшей мере 45 мас. %; например, по меньшей мере 51 мас. % или по меньшей мере 55 мас. %. В одном варианте осуществления количество Si составляет до 75 мас. %; например, до 65 мас. %; или до 50 мас. %; или до 29 мас. %.

Предлагаемый сплав FeSi V и/или Nb содержит от 0,5 до 40 мас. % V и/или Nb. Это означает, что, если присутствует только V, то он может присутствовать в диапазоне 0,5-40 мас. %. Если присутствует только Nb, то он может присутствовать в диапазоне 0,5-40 мас. %. Если присутствуют и V, и Nb, то общее количество V и Nb в сплаве находится в диапазоне 0,5-40 мас. %. Если присутствуют как V, так и Nb, то они могут присутствовать в любом соотношении V к Nb в пределах данного диапазона. В одном варианте осуществления количество V и/или Nb составляет 5-35 мас. %. Ванадий и ниобий образуют устойчивые нитриды и карбиды, что приводит к значительному повышению прочности чугуна. Упрочнение чугуна может также происходить за счет повышения содержания перлита, уменьшения расстояния между перлитными пластинками или уменьшения структуры ячеек из микролегирующих элементов (V, Nb). Также может быть получен эффект упрочнения старением во время термообработки отжигом (обычно при 1000-1100°C) из-за растворения первичных карбидов и повторного выделения нанокарбидов при охлаждении. Улучшенная ударная вязкость, особенно в образцах без надрезов, улучшенные свойства усталостной долговечности отливок при циклических нагрузках, улучшенные свойства износостойкости из-за выделений карбидов, особенно в серых чугунах, являются другими улучшениями, связанными с использованием V и Nb. Высокопрочный чугун после изотермической закалки с выдержкой в бейнитной области (ADI) представляет собой термообработанный материал с превосходными прочностными, износостойкими и усталостными свойствами. При производстве ADI для улучшения прокаливаемости часто применяются легирующие элементы, такие как V и Nb.

Отношение V и/или Nb к Si в сплаве FeSiV может зависеть от количества Si в исходном сплаве ферросилиция, из которого производится сплав FeSi V и/или Nb, например, сплав FeSi50 или FeSi65 мог бы обеспечить более высокое отношение V и/или Nb к Si по сравнению, например, с исходным сплавом FeSi75.

В некоторых вариантах осуществления сплав FeSi V и/или Nb может содержать от 15 до 29 мас. % Si и от 0,5 до 40 мас. % V и/или Nb, например, 5-35 мас. % V и/или Nb, или 9-30 мас. % V и/или Nb, с другими элементами, как охарактеризовано выше в соответствии с первым аспектом (до 10 мас. % молибдена (Mo); до 5 мас. % хрома (Cr); до 3 мас. % меди (Cu); до 3 мас. % никеля (Ni); до 20 мас. % магния (Mg); 0,01-7 мас. % алюминия (Al); до 13 мас. % бария (Ba); 0,01-7 мас. % кальция (Ca); до 13 мас. % марганца (Mn); до 8 мас. % циркония (Zr); до 12 мас. % лантана (La) и/или церия (Ce) и/или мишметалла; до 5 мас. % стронция (Sr); до 3 мас. % висмута (Bi); до 3 мас. % сурьмы (Sb); до 1,5 мас. % титана (Ti); остальное - Fe и случайные примеси).

В некоторых вариантах осуществления сплав FeSi V и/или Nb может содержать от 30 до 50 мас. % Si и 16-40 мас. %, например 16-35 мас. % V и/или Nb, или 16-30 мас. % V и/или Nb, с другими элементами, как охарактеризовано выше в соответствии с первым аспектом (до 10 мас. % молибдена (Mo); до 5 мас. % хрома (Cr); до 3 мас. % меди (Cu); до 3 мас. % никеля (Ni); до 20 мас. % магния (Mg); 0,01-7 мас. % алюминия (Al); до 13 мас. % бария (Ba); 0,01-7 мас. % кальция (Ca); до 13 мас. % марганца (Mn); до 8 мас. % циркония (Zr); до 12 мас. % лантана (La) и/или церия (Ce) и/или мишметалла; до 5 мас. % стронция (Sr); до 3 мас. % висмута (Bi); до 3 мас. % сурьмы (Sb); до 1,5 мас. % титана (Ti); остальное - Fe и случайные примеси).

В других вариантах осуществления сплав FeSi V и/или Nb может содержать от 51 до 80 мас. % Si, например 55-75 мас. % Si, или 58-72 мас. % Si, или 60-72 мас. % Si, и от 0,5 до 40 мас. % V и/или Nb, например 5-35 мас. % V и/или Nb, или 9-30 мас. % V и/или Nb, с другими элементами, как охарактеризовано выше в соответствии с первым аспектом (до 10 мас. % молибдена (Mo); до 5 мас. % хрома (Cr); до 3 мас. % меди (Cu); до 3 мас. % никеля (Ni); до 20 мас. % магния (Mg); 0,01-7 мас. % алюминия (Al); до 13 мас. % бария (Ba); 0,01-7 мас. % кальция (Ca); до 13 мас. % марганца (Mn); до 8 мас. % циркония (Zr); до 12 мас. % лантана (La) и/или церия (Ce) и/или мишметалла; до 5 мас. % стронция (Sr); до 3 мас. % висмута (Bi); до 3 мас. % сурьмы (Sb); до 1,5 мас. % титана (Ti); остальное - Fe и случайные примеси).

Следует понимать, что в пределах охарактеризованных выше составов сплавов можно реализовать несколько диапазонов отношения V и/или Nb к Si.

Сплав FeSi V и/или Nb содержит до 10 мас. % Mo. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сплав FeSi V и/или Nb содержит до 5 мас. % Mo, или до 3 мас. % Mo, или до 1 мас. % Mo. Молибден также является легирующим элементом, часто используемым в некоторых марках чугуна, таких как высокопрочный чугун после изотермической закалки с выдержкой в бейнитной области (ADI). Молибден обеспечивает прокаливаемость и стабилизирует структуры для высокотемпературных применений. Сообщалось, что в серых чугунах молибден увеличивает прочность на растяжение (на 20% при 0,5 мас. % Mo в чугуне) и твердость (на 10% при 0,5 мас. % в чугуне). Молибден измельчает перлит.

Сплав FeSi V и/или Nb содержит до 5 мас. % Cr. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сплав FeSi V и/или Nb содержит до 2 мас. % Cr. Cr является легирующим элементом и, как сообщалось, увеличивает прочность на растяжение и твердость. Он используется вместе с ванадием и/или ниобием в некоторых марках чугуна.

Сплав FeSi V и/или Nb содержит до 3 мас. % Cu. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сплав FeSi V и/или Nb содержит до 1 мас. % Cu, или до 0,5 мас. % Cu. Медь может использоваться для противодействия образованию прочного эвтектического карбида железа, которому способствует ванадий и/или ниобий.

Сплав FeSi V и/или Nb содержит до 3 мас. % Ni. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сплав FeSi V и/или Nb содержит до 1 мас. % Ni, или до 0,5 мас. % Ni. Никель может использоваться для противодействия образованию прочного эвтектического карбида железа, которому способствует ванадий и/или ниобий.

Следующее раскрытие, относящееся к количествам дополнительных элементов Mg, Al, Ba, Ca, Mn, Zr, La, Ce, Sr, Bi, Sb, Ti, остальное - Fe и случайные примеси, применимо к каждому из вышеупомянутых вариантов осуществления, если явно не указано иное. Эти элементы обычно используются в лигатурах для производства чугуна.

Сплав FeSi V и/или Nb содержит до 20 мас. % Mg. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сплав FeSi V и/или Nb содержит до 15 мас. % Mg, или до 10 мас. % Mg. В некоторых вариантах осуществления с низким уровнем Si, например с содержанием Si в диапазоне 15-35 мас. %, сплав может вообще не содержать Mg. Магний главным образом используется в сфероидизирующих обработках для десульфуризации и раскисления расплава, что приведет к изменению формы графита с чешуйчатой на шаровидную. Магний может также использоваться в более низких концентрациях в модификаторах. Растворимость магния в железе ограничена, поэтому существует нижний предел содержания кремния, необходимого в сплаве ферросилиция для того, чтобы обеспечить легирование магнием.

Сплав FeSi V и/или Nb содержит 0,01-7 мас. % Al. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сплав FeSi V и/или Nb содержит от 0,01 до 5 мас. % Al или от 0,05 до 5 мас. % Al.

Сплав FeSi V и/или Nb содержит до 13 мас. % Ba. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сплав FeSi V и/или Nb содержит до 11 мас. % Ba, или до 8 мас. %, например до 6 мас. % Ba. В некоторых вариантах осуществления сплав FeSi V и/или Nb может содержать 1-5 мас. % Ba и 11-40 мас. % V и/или Nb.

Сплав FeSi V и/или Nb содержит 0,01-7 мас. % Ca. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сплав FeSi V и/или Nb содержит от 0,01 до 5 мас. % Ca или от 0,05 до 5 мас. % Ca.

Сплав FeSi V и/или Nb содержит до 13 мас. % Mn. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сплав FeSi V и/или Nb содержит до 8 мас. % Mn, или до 5 мас. % Mn. В некоторых вариантах осуществления сплав FeSi V и/или Nb может содержать до 13 мас. % Mn, до 8 мас. % или до 5 мас. % Mn и 10-40 мас. % V и/или Nb.

Сплав FeSi V и/или Nb содержит до 8 мас. % Zr. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сплав FeSi V и/или Nb содержит до 5 мас. % Zr.

Сплав FeSi V и/или Nb содержит до 12 мас. % La и/или Ce и/или мишметалла. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сплав FeSi V и/или Nb содержит до 7 мас. % La и/или Ce и/или мишметалла. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сплав FeSi V и/или Nb содержит до 4 мас. % La и/или Ce, и/или мишметалла. Мишметалл представляет собой сплав редкоземельных элементов, обычно содержащий приблизительно 50% Ce и 25% La, с небольшими количествами Nd и Pr. В последнее время из мишметалла часто удаляются более тяжелые редкоземельные металлы, и в состав сплава мишметалла могут входить примерно 65% Ce и примерно 35% La со следами более тяжелых РЗМ-металлов, таких как Nd и Pr.

Сплав FeSi V и/или Nb содержит до 5 мас. % Sr. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сплав FeSi V и/или Nb содержит до 3 мас. % Sr.

Сплав FeSi V и/или Nb содержит до 3 мас. % Bi. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сплав FeSi V и/или Nb содержит до 1,8 мас. % Bi.

Сплав FeSi V и/или Nb содержит до 3 мас. % Sb. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сплав FeSi V и/или Nb содержит до 1,5 мас. % Sb.

Сплав FeSi V и/или Nb содержит до 1,5 мас. % Ti. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сплав FeSi V и/или Nb содержит до 0,5 мас. % Ti. Титан обычно присутствует в исходном сплаве ферросилиция в низких количествах. Титан может также поступать из сырья с оксидом ванадия и/или сырья с оксидом ниобия, добавляемого во время производства сплава FeSi V и/или Nb. Титан вреден в некоторых марках чугуна, поскольку он может образовывать твердые карбиды и нитриды, которые приводят к хрупкости и снижению усталостных напряжений. Он также снижает уровень допуска для других вредных элементов. Поэтому содержание Ti в сплаве FeSi V и/или Nb предпочтительно является низким, таким как 0,1 мас. %, или до 0,05 мас. %.

Сплав FeSi V и/или Nb может содержать незначительные количества C, P и S. Упомянутые элементы могут обычно присутствовать в малых количествах в исходно произведенном ферросилиции или могут быть добавлены посредством сырья с оксидом ванадия и/или сырья с оксидом ниобия, и/или модифицирующего шлак соединения, добавляемого во время производства сплава FeSi V и/или Nb. Упомянутые элементы в указанных количествах как правило не являются критичными для производства чугуна. Из вышеперечисленных элементов именно P может быть наиболее проблематичным, поскольку он приводит к образованию легкоплавкого стедита, обнаруживаемого в областях, затвердевающих последними. Стедит подвергается существенному сжатию во время затвердевания, приводя к усадочной пористости и снижению прочности.

Сплав FeSi V и/или Nb в соответствии с любым из вышеописанных вариантов осуществления предпочтительно находится в виде кусков. В данном контексте термин «куски» обозначает частицы или кусочки сплава FeSiV и/или Nb, например, дробленого металла FeSi V и/или Nb. Куски сплава FeSi V и/или Nb могут быть произведены с различными марками по размерам. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сплав FeSi V и/или Nb находится в виде частиц или кусков с крупностью 0,06-50 мм. Обычные крупности, используемые при производстве чугуна, составляют от примерно 0,2 мм до примерно 50 мм. Термин «крупность» относится к размеру отверстий в сите, через которые проходят куски. Таким образом, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления сплав FeSi V и/или Nb находится в виде частиц или кусков с крупностью 0,2-50 мм. Следует понимать, что средний размер может варьироваться в пределах этого заданного диапазона и в зависимости от применений возможны меньшие и большие размеры кусков FeSi V и/или Nb. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сплав FeSi V и/или Nb имеет форму вставки, такой как литой блок или агломерат порошкового материала.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления частицы сплава FeSi V и/или Nb могут быть покрыты или смешаны с оксидом висмута, и/или сульфидом висмута, и/или сульфидом сурьмы, и/или оксидом сурьмы, и/или оксидом другого металла, таким как оксид железа, и/или сульфидом другого металла, таким как сульфид железа.

Сплав FeSi V и/или Nb в соответствии с любым из вышеописанных вариантов осуществления имеет диапазон температур плавления от примерно 1060 до примерно 1640°C, или до примерно 1610°C. Относительно низкая температура плавления и иной путь растворения предлагаемого сплава FeSi V и/или Nb в расплаве чугуна дают эффект, заключающийся в том, что FeSi V и/или Nb, добавленный к расплаву чугуна, растворяется относительно быстро. Испытания, выполненные авторами изобретения, показали, что куски предлагаемого FeSi V (30 мас. % V) с размером примерно 18 мм полностью усваиваются расплавом через 50 с при 1400°C, в то время как куски FeV80 того же размера не усваиваются даже через 3 мин. Время усваивания куска размером 20 мм будет вдвое больше для FeNb65 по сравнению с FeSiNb20 при 1500°C.

Фиг. 1 представляет собой диаграмму, показывающую время растворения различных сплавов FeSi V в соответствии с настоящим изобретением в расплаве чугуна при температуре примерно 1400°C. На диаграмме показано время растворения в зависимости от разной крупности сплавов FeSi V. При этой температуре куски FeV80 с размерами между 7 и 18 мм наблюдали в течение приблизительно 3 мин, но они совсем не растворялись, и поэтому не представлены на графике.

Фиг. 2 представляет собой диаграмму, показывающую время растворения различных сплавов FeSi V в соответствии с настоящим изобретением по сравнению со стандартным коммерческим сплавом FeV80 в расплаве чугуна при температуре примерно 1500°C. На диаграмме показано время растворения в зависимости от разной крупности сплавов FeSi V и кусков FeV80. Время растворения сплава FeV80 становится значительно больше по мере увеличения размера кусков, добавляемых в расплав чугуна, по сравнению со сплавами FeSi V. Таблица 3 показывает значительно более высокий выход V для сплава FeSi V по сравнению со сплавом FeV80, причем оба сплава обладали одинаковой крупностью при добавлении в расплав.

Фиг. 3 представляет собой диаграмму, показывающую время растворения различных сплавов FeSi Nb в соответствии с настоящим изобретением по сравнению со стандартным коммерческим сплавом FeNb65 в расплаве чугуна при температуре примерно 1500°C. На диаграмме показано время растворения в зависимости от разной крупности сплавов FeSi Nb и кусков FeNb65. Время растворения сплава FeV80 становится значительно больше по мере увеличения размера кусков, добавляемых в расплав чугуна, по сравнению со сплавами FeSi V. Таблица 6 показывает значительно более высокий выход Nb для сплава FeSi Nb по сравнению со сплавом FeNb65, причем оба сплава обладали одинаковой крупностью при добавлении в расплав.

Фиг. 4 представляет собой диаграмму, показывающую время растворения сплавов FeSi Nb V и FeSi Nb V Mo в соответствии с настоящим изобретением по сравнению со стандартными коммерческими сплавами FeV80 и FeNb65 в расплаве чугуна при температуре примерно 1500°C. На диаграмме показано время растворения в зависимости от разной крупности сплавов FeSi Nb V и FeSi Nb V Mo и кусков FeV80 и FeNb65. Время растворения сплавов FeV80 и FeNb65 становится значительно больше по мере увеличения размера кусков, добавляемых в расплав чугуна, по сравнению со сплавами FeSi Nb V и FeSi Nb V Mo.

Способ приготовления сплава FeSi V и/или Nb в соответствии с любым из вышеописанных вариантов осуществления включает: обеспечение сплава ферросилиция в расплавленном состоянии; добавление сырья, содержащего оксид ванадия, и/или сырья, содержащего оксид ниобия, к расплавленному сплаву ферросилиция; смешивание и реагирование расплавленного сплава ферросилиция и оксида ванадия из сырья, содержащего оксид ванадия, и/или оксида ниобия из сырья, содержащего оксид ниобия, с образованием тем самым расплава сплава FeSi V и/или Nb и шлака; отделение шлака от упомянутого расплава сплава FeSi V и/или Nb, необязательно, корректировку состава элементов в соответствии с первым аспектом; и затвердевание или разливку расплавленного сплава FeSi V и/или Nb.

Следующее подробное описание способа производства сплава FeSi V и/или Nb применимо к любому из вышеописанных вариантов осуществления сплава FeSi V и/или Nb в соответствии с настоящим изобретением.

Реакция между расплавленным сплавом ферросилиция и оксидом ванадия и/или оксидом ниобия протекает быстро, обеспечивая высокую производительность. Способ приготовления сплава FeSi V и/или Nb может осуществляться в ковше или в любом аналогичном подходящем сосуде, таком как тигель или плавильная емкость, включая любого рода печи, для удержания расплавленного ферросилиция. Следовательно, нет необходимости в нагреве за счет подачи внешней энергии, например с помощью печи. Температура расплава ферросилиция перед добавлением сырья, содержащего оксид ванадия, и/или сырья, содержащего оксид ниобия, должна составлять от примерно 1400 до примерно 1700°С. Предлагаемый способ производства сплава FeSi V и/или Nb приводит к высокому выходу V и/или Nb из оксида ванадия (например, пентаоксида ванадия) и/или оксида ниобия (например, пентаоксида ниобия) в сплав FeSi V и/или Nb по сравнению с традиционными способами производства сплавов феррованадия, FeV, и сплавов феррониобия, FeNb. По сравнению с традиционным производством FeV и FeNb предлагаемый способ является изящным и экономически эффективным.

Расплавленный сплав ферросилиция может быть обеспечен непосредственно из восстановительной печи, обычно из печи с погружной дугой (SAF), в которой сплав ферросилиция получается из исходного сырья в соответствии с традиционным способом, или со станции легирования, где элементы из первого аспекта, за исключением ванадия и/или ниобия, вводятся в ферросилиций, подаваемый непосредственно из восстановительной печи. Альтернативно, расплавленный сплав ферросилиция может быть обеспечен путем переплавки шихты одного или более сплавов ферросилиция, возможно рафинированных или уже легированных элементами из первого аспекта, за исключением ванадия и/или ниобия, или комбинации исходно произведенного (свежепроизведенного) сплава ферросилиция и затвердевшего ферросилиция, который переведен в расплавленное состояние любыми подходящими средствами нагрева.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способа исходный сплав ферросилиция может быть смесью нескольких сплавов ферросилиция с различными составами. Например, он может быть смесью ферросилиция и ферросиликомарганца, или ферросиликохрома, или ферросиликоциркония, или ферросиликобария.

В соответствии с этим способом содержащее оксид ванадия сырье, например V₂O₅, и/или содержащее оксид ниобия сырье, например Nb₂O_5, добавляют к расплавленному сплаву ферросилиция. Содержащее оксид ванадия сырье и/или содержащее оксид ниобия сырье может быть добавлено в количестве (по массе), обеспечивающем по существу целевое количество элементарного ванадия и/или ниобия (по массе) в сплаве FeSi V и/или Nb. Способ добавления содержащего оксид ванадия сырья и/или содержащего оксид ниобия сырья не критичен, и оно может выполняться любым удобным образом.

Содержащее оксид ванадия сырье может представлять собой одну или более фаз оксида ванадия, таких как оксид ванадия(II), оксид ванадия(III), оксид ванадия(IV), оксид ванадия(V) и/или другие неосновные оксиды ванадия. Оксид ванадия предпочтительно представляет собой оксид ванадия(V) (V₂O₅) и/или оксид ванадия(III) (V₂O₃), которые являются наиболее используемыми оксидами ванадия в промышленных применениях. Содержащее оксид ванадия сырье может также содержать промышленные отходы или руды, содержащие оксид ванадия.

Содержащее ниобий сырье может представлять собой одну или более фаз оксида ниобия, таких как оксид ниобия(II), оксид ниобия(III), оксид ниобия(IV), оксид ниобия(V) и/или другие неосновные оксиды ниобия. Оксид ниобия предпочтительно представляет собой оксид ниобия(V) (Nb₂O₅) и/или оксид ниобия(III) (Nb₂O₃), которые являются наиболее используемыми оксидами ниобия в промышленных применениях. Содержащее оксид ниобия сырье может также содержать промышленные отходы или руды, содержащие оксид ниобия.

Реакция восстановления оксида ванадия и/или оксида ниобия приводит к формированию оксидных соединений, обычно называемых шлаками, содержащих главным образом оксид алюминия, оксид кремния и оксид кальция. К расплаву ферросилиция может быть добавлено модифицирующее шлак соединение для того, чтобы модифицировать шлак, образующийся во время реакции. Модифицирующее шлак соединение может представлять собой CaO и/или MgO, и оно может быть добавлено в количестве примерно 0,5-30 мас. % конечного сплава, в расчете на общее количество сплава ферросилиция. Необходимое количество зависит от добавляемого количества оксида ванадия и/или оксида ниобия. Модифицирующее шлак соединение может добавляться до или во время добавления содержащего оксид ванадия сырья и/или содержащего оксид ниобия сырья. Состав шлака модифицируется таким образом, чтобы шлак имел низкую вязкость и легко плавился, чтобы обеспечить хороший контакт шлака с металлом во время реакции восстановления. Кроме того, он может модифицироваться для обеспечения хорошего разделения металла и шлака перед разливкой. Шлак, как образующийся в ходе реакции, так и добавляемый, будет плавать в расплаве, так что любые образовавшиеся отходы и соединения шлака, образующиеся во время реакции, будут накапливаться в слое шлака, плавающем сверху расплава.

Исходный сплав ферросилиция для производства сплава FeSi V и/или Nb должен иметь общий состав 40-90 мас. % Si; до 0,5 мас. % C; 0,01-7 мас. % Al; до 6 мас. % Ca; до 1,5 мас. % Ti; до 15 мас. % Mn; до 10 мас. % Cr; до 10 мас. % Zr; до 15 мас. % Ba; до 0,3 мас. % P; до 0,5 мас. % S; остальное - Fe и случайные примеси.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способа количество Si в исходном сплаве ферросилиция составляет 70-80 мас. %. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способа количество Si в исходном сплаве ферросилиция составляет 60-70 мас. %. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способа количество Si в исходном сплаве ферросилиция составляет 40-55 мас. %.

Исходно произведенные сплавы ферросилиция содержат небольшие количества Al из сырья, обычно в количестве до 1,5 мас. %. Исходный сплав ферросилиция по настоящему изобретению может содержать до 2 мас. % Al; например 0,01-2 мас. % Al. Когда содержащее оксид ванадия сырье и/или содержащее оксид ниобия сырье добавляется к расплавленному сплаву ферросилиция, присутствующий в расплавленном ферросилиции металлический Al реагирует с кислородом оксида ванадия и/или оксида ниобия, восстанавливая ванадий и/или ниобий, что приводит к образованию чистого V и/или Nb и выделению тепла. Si в расплавленном сплаве ферросилиция будет также реагировать с кислородом оксида ванадия и/или оксида ниобия, приводя к восстановлению оксида ванадия до элементарного V и/или оксида ниобия до элементарного Nb. В данной смеси Si является менее реакционноспособным, чем Al, поэтому по существу весь Al, присутствующий в сплаве ферросилиция, будет реагировать с кислородом оксида ванадия и/или оксида ниобия, приводя к очень низкому количеству алюминия в получаемом сплаве FeSi V и/или Nb. Кальций также является распространенным элементом в сплавах ферросилиция, обычно в количестве до примерно 1,5 мас. %. Ca, присутствующий в расплавленном сплаве ферросилиция, тоже будет реагировать с кислородом оксида ванадия и/или оксида ниобия, приводя к образованию чистого V и/или Nb и выделению тепла.

Дополнительный алюминий может быть добавлен к расплавленному сплаву ферросилиция для того, чтобы увеличить количество содержащегося в расплаве Al, доступного для восстановления оксида ванадия и/или оксида ниобия. Это может быть особенно актуально при производстве сплава FeSi V и/или Nb с высоким содержанием ванадия и/или ниобия, такого как FeSi V и/или Nb с количеством V и/или Nb в 10 мас. % (FeSi V и/или Nb 10); вплоть до FeSi V и/или Nb 20; вплоть до FeSi V и/или Nb 30 или даже вплоть до FeSi V и/или Nb 40, сохраняя при этом количество кремния в сплаве FeSi V и/или Nb в верхнем диапазоне. Если к расплаву ферросилиция добавляется дополнительный алюминий, это добавление можно производить до, во время или после, предпочтительно до или во время, добавления сырья, содержащего оксид ванадия, и/или сырья, содержащего оксид ниобия. Металлический алюминий может быть добавлен в количестве до примерно 10 мас. %, или до примерно 5 мас. %, или до примерно 1 мас. % в расчете на общее количество ферросилиция и оксида ванадия и/или оксида ниобия.

Расплавленный сплав ферросилиция предпочтительно перемешивают во время добавления сырья, содержащего оксид ванадия, и/или сырья, содержащего оксид ниобия, и любого добавляемого алюминия и/или модифицирующего шлак соединения, а также во время реакции восстановления, чтобы обеспечить контакт оксидов V и/или Nb и металла. Расплав удобно перемешивать с помощью средств механического перемешивания и/или перемешивания газом, общеизвестных в данной области техники.

Шлак может быть отделен до или во время разливки расплавленного сплава ферросилиция с ванадием и/или ниобием. Сплав FeSi V и/или Nb разливается и затвердевает в соответствии с общеизвестными в данной области техники способами. Затвердевший разлитый металл может быть раздроблен и классифицирован на фракции по крупности, адаптированные для различных областей применения. Затвердевший разлитый FeSi V и/или Nb также может быть агломерирован или оставлен в виде блоков.

Предлагаемый сплав FeSi V и/или Nb может использоваться в качестве добавки при производстве содержащего ванадий и/или ниобий чугуна.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сплав FeSi V и/или Nb может быть дополнительно легирован дополнительными элементами Mo, Cu, Cr, Ni, Mg, Al, Ba, Ca, Mn, Zr, La и/или Ce и/или мишметаллом, Sr, Bi, Sb по стандартным методикам производства литейных добавок.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления литейные добавки, содержащие до 10 мас. % Mo; до 5 мас. % Cr; до 3 мас. % Cu; до 3 мас. % Ni; до 20 мас. % Mg; 0,01-7 мас. % Al; до 13 мас. % Ba; 0,01-7 мас. % Ca; до 13 мас. % Mn; до 8 мас. % Zr; до 12 мас. % La и/или Ce и/или мишметалла; до 5 мас. % Sr; до 3 мас. % Bi; до 3 мас. % Sb; до 1,5 мас. % Ti; остальное - Fe и случайные примеси, также могут использоваться в качестве исходного сплава ферросилиция.

Гранулированные сплавы могут быть упакованы или смешаны с другими сплавами и упакованы, например, в проволоку с наполнителем. Легированный дополнительными элементами сплав на основе ферросилиция с ванадием и/или ниобием может использоваться в качестве модификатора для предварительного модифицирования, в качестве покрывающего материала при сфероидизирующей обработке в ковше, в качестве сфероидизатора, в качестве модификатора, либо измельченного, с покрытием или без него, либо в виде вставки, такой как литой блок или агломерат порошкового материала. В проволоке с наполнителем может использоваться любой тип сплава на основе ферросилиция с ванадием и/или ниобием, дополнительно легированного или покрытого другими элементами или нет.

Способ производства чугуна включает добавление сплава FeSi V и/или Nb, содержащего 15-80 мас. % кремния (Si); 0,5-40 мас. % ванадия (V) и/или ниобия (Nb); до 10 мас. % молибдена (Mo); до 5 мас. % хрома (Cr); до 3 мас. % Cu; до 3 мас. % Ni; до 20 мас. % магния (Mg); 0,01-7 мас. % алюминия (Al); до 13 мас. % бария (Ba); 0,01-7 мас. % кальция (Ca); до 13 мас. % марганца (Mn); до 8 мас. % циркония (Zr); до 12 мас. % лантана (La) и/или церия (Ce) и/или мишметалла; до 5 мас. % стронция (Sr); до 3 мас. % висмута (Bi); до 3 мас. % сурьмы (Sb); до 1,5 мас. % титана (Ti); остальное - Fe и случайные примеси. Упомянутый способ производства чугуна содержит добавление сплава FeSi V и/или Nb в соответствии с любыми вышеописанными вариантами осуществления.

Неожиданно было обнаружено, что сплав на основе ферросилиция, содержащий ванадий и/или ниобий, имел гораздо более быстрое усваивание ванадия и/или ниобия расплавом чугуна, что позволяет использовать такой сплав на последующих этапах процесса производства чугуна, поскольку температура его плавления является потенциально более низкой, а путь растворения - иным, с более высоким извлечением ванадия и/или ниобия, чем в решениях уровня техники. Преимущество возможности добавления ванадия и/или ниобия после выпуска плавки из печи заключается в возможности обработки меньшего количества чугуна, что позволяет облегчить переход между марками, избежать перегрева расплава чугуна и загрязнения футеровки в печи, даже при наличии высокой гибкости в отношении размера партии кусочков легированного чугуна, если добавляются в качестве элемента в модификаторе, подаваемом в струю.

Возможными применениями сплава на основе ферросилиция, содержащего ванадий и/или ниобий, являются использование FeSi V или FeSi Nb V или FeSi Nb и случайных примесей в качестве части шихты в печи или в печи-миксере без необходимости в длительном ожидании или повышении температуры сверх того, что необходимо для последующего процесса литейного производства, или дополнительном добавлении в последующем процессе. При легировании дополнительными элементами сплав на основе ферросилиция с ванадием и/или ниобием можно также использовать для легирования расплава в печи, использовать в качестве модификатора для предварительного модифицирования, в качестве покрывающего материала или в качестве сфероидизатора при обработке в ковше, в качестве модификатора либо в измельченном виде, с покрытием или без него, либо в виде вставки. В проволоке с наполнителем может использоваться любой тип сплава на основе ферросилиция с ванадием и/или ниобием, дополнительно легированного или покрытого другими элементами или нет, смешанного или нет с другими сплавами или элементами.

Еще одним преимуществом такого сплава является более низкая плотность по сравнению с FeV80 или FeNb65. На самом деле сплав с высокой плотностью будет иметь тенденцию оседать на дно печи или ковша и приводить к сегрегации в расплаве чугуна, если его не перемешивать должным образом.

Еще одним преимуществом такого сплава является наличие на одну меньше стадию добавления в процессе, когда добавление ванадия и/или ниобия сочетается с добавлением других необходимых лигатур.

Примеры

Пример 1. Производство содержащих ванадий сплавов ферросилиция

Приготовили десять плавок для производства сплавов FeSi V по настоящему изобретению. Произвели две категории сплавов. Первая категория - сплавы ферросилиция с ванадием, вторая категория сплавов - сочетание преимуществ сплавов ферросилиция с ванадием с добавлением некоторых из элементов, обычно используемых для обработки расплавов чугуна, причем обе категории соответствуют настоящему изобретению. FeSi V произвели, как описано в этом тексте, с использованием оксида ванадия. Для остальных сплавов к FeSi V добавляли другие элементы. Это было сделано в две стадии: была произведена большая партия FeSi V, затем разлита и грубо раздроблена, а затем переплавлена для добавления других элементов меньшими партиями.

В следующей таблице 1 показаны количества исходных материалов FeSi75 (кускового) и V₂O₅ (порошкового) для трех опытных производств FeSi V. Кроме того, приведены количества извести (CaO) для модификации шлака и общее количество Al в системе. Перед добавлением V₂O₅ температура (T) была установлена выше температуры плавления сплава FeSi V. Расплавленный сплав ферросилиция перемешивали во время добавления V₂O₅, извести и любого алюминия. Полученный состав приведен в правой части таблицы. Во время выпуска плавки важно для чистоты получаемого сплава FeSi V разделить шлак и металл.

Таблица 1: Производство сплава FeSi V

Плавка Добавленные количества (кг) T (°C) Анализы (мас. %) Идентификатор сплава FeSi V₂O₅ CaO Al Si V Fe Al Ca 1 10,0 1,84 1,00 0,01 1565 67,1 9,4 22,8 0,020 <0,1 2 7,94 1,46 0,80 0,11 1588 68,5 10,4 21,6 0,035 <0,1 3 10,0 3,78 2,00 0,28 1585 58,7 19,2 21,4 0,024 <0,1 4 10,0 1,83 1,00 0,06 1620 67,0 9,7 22,8 0,015 <0,1 FeSiV10 5 10,0 3,77 2,0 0,0 1620 58,3 18,1 21,5 0,2 <0,1 FeSiV18 6 8,8 5,3 2,8 0,2 1630 49,7 29,5 17,8 0,3 0,9 FeSiV30**

*Добавленный Al включает Al из FeSi и Al, добавленный отдельно.

**Сплав FeSiV30 содержит также 1,5 мас. % Cr.

Следующая таблица 2 показывает состав сплавов ферросилиция, содержащих ванадий, с обычно используемыми для обработки расплава чугуна дополнительными элементами. Сплав ферросилиция с ванадием сначала произвели в соответствии с вышеописанным способом, затем легировали в расплаве различными элементами, и эти получившиеся сплавы ферросилиция с ванадием по изобретению для простоты обозначены как «сплавы».

Таблица 2: Химический анализ произведенных V-содержащих сплавов ферросилиция

мас. % Сплав 1 Сплав 2 Сплав 3 Сплав 4 Si 56,6 57,4 55,1 55,1 V 15,7 16,4 16,7 17,1 Mg <0,1 0,12 <0,1 3,8 Al 0,76 1,14 1,15 0,47 Ba 1,43 <0,5 <0,5 <0,5 Ca 0,65 1,92 1 0,62 Zr <0,1 2,62 <0,1 <0,1 La <0,1 <0,1 <0,1 0,6 Ce 0,4 0,1 1,7 0,1 Bi <0,1 0,1 <0,1 <0,1

Пример 2. Сравнение поведения при растворении сплавов FeSi V относительно FeV80

Поведение при растворении сплавов FeSi V сравнивали с поведением при растворении FeV80 в расплавленном чугуне при температуре 1400°C и 1500°C. Концентрации углерода и кремния в расплаве чугуна составляли 3,6 мас. % и 2,2 мас. % соответственно. Время растворения может быть измерено различными методами, известными из литературы. Примерами могут служить подключение тензодатчика к ферросплаву и измерение потери веса [Gourtsoyannis et al., 1984] или отбор проб расплава чугуна через фиксированные интервалы времени и анализ содержания элементов [Argyropoulus, 1983]. В этих ссылках описаны методы измерения времени растворения в стали; тот же принцип можно применить и для измерения времени растворения в расплаве чугуна.

Обратимся к Фиг. 1, показывающей время растворения при 1400°C. При 1400°C кусочки FeV80 размерами между 7 и 18 мм наблюдали в течение приблизительно 3 минут, но они совсем не растворялись, и поэтому не представлены на графике. Таким образом, время растворения сплавов FeSi V намного меньше, чем таковое для FeV80.

Обратимся к Фиг. 2, где видно, что измеренное время растворения для FeV80 было в 2 раза больше для кусков размером до 20 мм, чем время растворения FeSiV18 (FeSi V с примерно 18 мас. % V). Для кусков большего размера разница была бы еще выше. 1500°C - это стандартная температура выпуска плавки из печи, и все процессы после выпуска будут проходить при более низкой температуре, между 1300°C и 1400°C для стадии модифицирования.

Пример 3. Выход ванадия

Сплавы FeSi V использовали на стадии модифицирования во время производства чугуна. Расплав нагревали в индукционной печи, обрабатывали сфероидизатором перед его разливкой в шесть разливочных ковшей. Перед разливкой сплавы добавляли на дно разливочных ковшей. Все сплавы были раздроблены до одинакового размера 1-3 мм. Количество чугуна, выливаемого в каждый ковш, было одинаковым. Температура чугуна в ковше со сфероидизатором сразу перед разливкой в разливочные ковши составляла 1424°С. Расплав выдерживали в разливочных ковшах в течение 1 и 5 мин, а затем заливали в песчаную форму. Перед заливкой брали пробу для химического анализа на спектрометре ArcSpark-OES.

Как можно увидеть в Таблице 3, сплавы FeSi V полностью усваивались в расплав через 1 мин с полным извлечением ванадия, в то время как извлечение ванадия из FeV80 составило лишь 63% через 5 мин.

Таблица 3: Выход ванадия

Ковш Сплав Добавленное количество V
в мас. % Продолжительность выдержки: 1 мин Продолжительность выдержки: 5 мин V в конечном чугуне (мас. %) Выход
% V в конечном чугуне (мас. %) Выход
% 1 FeV 80 0,120 Образца нет 0,080 63 2 FeSiV 18 0,128 0,134 102* 0,136 103* 3 Сплав 1 0,120 0,133 108* 0,133 107* 4 Сплав 2 0,116 0,128 106* 0,126 104* 5 Сплав 4 0,128 0,125 94 0,125 94 6 FeV 80 0,120 0,056 43 0,080 63

* Значения более 100% обусловлены небольшой вариацией количества заливаемого чугуна по сравнению с целевым.

Пример 4. Производство содержащих ниобий сплавов ферросилиция

Приготовили восемь плавок для производства сплавов FeSi Nb по настоящему изобретению. Произвели две категории сплавов. Первая категория - сплавы ферросилиция с ниобием, вторая категория сплавов - сочетание преимуществ сплавов ферросилиция с ниобием с добавлением некоторых из элементов, обычно используемых для обработки расплавов чугуна, причем обе категории соответствуют настоящему изобретению. FeSi Nb произвели, как описано в этом тексте, с использованием оксида ниобия. Для других сплавов к FeSi Nb добавляли другие элементы. Это было сделано в две стадии: была произведена большая партия FeSi Nb, разлита и грубо раздроблена, затем переплавлена для добавления других элементов меньшими партиями.

Следующая таблица 4 показывает количества исходных материалов FeSi75 и Nb₂O₅ (в виде мелкодисперсного порошка) для трех опытных производств FeSi Nb. Дополнительно приведены количества извести (CaO) для модификации шлака и общее количество Al в системе. Перед добавлением Nb₂O₅ температура (T) была установлена выше температуры плавления сплава FeSi Nb. Расплавленный сплав ферросилиция перемешивали во время добавления Nb₂O₅, извести и любого алюминия. Полученный состав приведен в правой части таблицы. Во время выпуска плавки важно для чистоты получаемого сплава FeSi Nb разделить шлак и металл.

Таблица 4: Производство сплава FeSi Nb

Добавленные количества (кг) Анализы (мас. %) Название Плавка FeSi N₂O₅ Известь Добавленный Al* T (°C) Si Nb Fe Al Ca 1 9 1,41 0,57 0,22 1600 70 8,9 21 0,25 0,08 FeSiNb10 2 9 3,09 1,23 0,47 1650 58 19,0 22 0,29 0,13 FeSiNb20 3 9 5,12 2,04 0,78 1700 47 31,9 21 0,35 0,11 FeSiNb30

*Добавленный Al включает Al из FeSi и Al, добавленный отдельно.

Следующая таблица 5 показывает состав сплавов ферросилиция, содержащих ниобий, с обычно используемыми для обработки расплава чугуна дополнительными элементами. Сплав ферросилиция с ниобием с целевым уровнем Nb 30 мас. % сначала произвели в соответствии с вышеописанным способом, затем легировали в расплаве различными элементами, и эти получившиеся сплавы ферросилиция с ниобием по изобретению для простоты обозначены как «сплавы».

Таблица 5: Химический анализ произведенных Nb-содержащих сплавов ферросилиция.

мас. % Сплав 5 Сплав 6 Сплав 7 Сплав 8 Сплав 9 Si 48,8 49,5 51,5 48,5 47,4 Nb 28,5 23,7 26,0 29,3 27,2 Al 0,93 3,7 1,9 1,6 4,71 Ba <0,5 <0,5 <0,5 0,18 <0,5 Ca 1,7 2,3 2,7 1,9 1,35 Zr <0,05 3,2 <0,05 0,16 0,97 La <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 Ce <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 Sr 1,2 <0,02 <0,02 <0,02 1,27 Ti <0,5 <0,5 <0,5 0,9 <0,5

Пример 5. Сравнение поведения при растворении сплавов FeSi Nb относительно FeNb65

Поведение при растворении сплавов FeSi Nb сравнивали с поведением при растворении FeNb65 в расплавленном чугуне при температуре 1500°C. Концентрации углерода и кремния в расплаве чугуна составляли 3,6 мас. % и 2,2 мас. % соответственно.

Как можно увидеть на Фиг. 3, время растворения сплавов FeSi Nb короче, чем таковое для FeNb65. 1500°C - это стандартная температура выпуска плавки из печи, и все процессы после выпуска будут проходить при более низкой температуре, между 1300°C и 1400°C для стадии модифицирования. При более низкой температуре более длительное время растворения FeNb65 между различными сплавами было бы еще более очевидным.

Пример 6. Выход ниобия

Nb обычно добавляют к чугуну путем добавления FeNb в печь из-за высокой температуры плавления. Целью использования Nb в составе сплава FeSi является получение сплава с более низкой температурой плавления, что могло бы облегчить добавление на более поздних этапах процесса. Это было проверено путем добавления Nb-содержащих сплавов на стадии модифицирования во время производства чугуна. Уровень добавления различных Nb-содержащих сплавов корректировали для доставки в чугун одинакового количества Nb, в данном случае - 0,20 мас. %. Опыт также проводили при двух температурах, 1500°C и 1440°C, чтобы убедиться, что выход не будет проблемой при более низких температурах. Температура выпуска 1500°C означает пиковую температуру около 1420°C для растворения Nb-содержащих сплавов, в то время как температура выпуска 1440°C означает пиковую температуру около 1350°C для растворения Nb-содержащих сплавов. Сплавы добавляли на дно разливочных ковшей и выдерживали в течение 1 мин перед разливкой. Крупность сплавов была одинаковой для всех разливочных ковшей в обоих опытах, составляя 1-3 мм.

Настройки опыта для испытаний при температуре выпуска 1500°C приведены ниже в таблице 6.

Таблица 6: Настройки опыта для проверки выхода Nb при температуре выпуска 1500°C.

HV1 Сплав мас. % Nb в сплаве Добавленное количество Целевой мас. % Nb Фактический мас. % Nb Выход Nb % 11 FeNb ≈65 0,3 мас. % - 60 г 0,2 0,027 8 12 FeSiNb20 19 1,0 мас. % - 200 г 0,19 0,164 81 13 FeSiNb30 31 0,63 мас. % - 126 г 0,2 0,176 83 14 Сплав 8 29 0,88 мас. % - 176 г 0,26 0,219 80 15 Сплав 6 24 0,78 мас. % - 156 г 0,18 0,182 95 16 Сплав 5 29 0,80 мас. % - 160 г 0,26 0,219 80

Опыт повторили для FeNb, FeSiNb30 и Сплава 8 с более низкой температурой выпуска, 1440°C, и настройки опыта показаны ниже в таблице 7.

Таблица 7: Настройки опыта для проверки выхода Nb при температуре выпуска 1440°C.

HV2 Сплав мас. % Nb Добавленное количество Целевой мас. % Nb Фактический мас. % Nb Выход
Nb % 21 FeNb ≈65 0,30 мас. % - 60 г 0,2 0,042 16% 22 Сплав 8 29 0,88 мас. % - 176 г 0,26 0,211 77% 23 FeSiNb30 30 0,63 мас. % - 126 г 0,2 0,145 69%

Как видно из результатов в таблицах 6 и 7, значительно более высокий выход Nb был достигнут со сплавами FeSi с Nb по сравнению со сплавом FeNb. Для Nb-содержащих сплавов на основе FeSi выход Nb свыше 80% достигнут при температуре выпуска 1500°C, в то время как с FeNb достигнут выход всего лишь 8%. При более низкой температуре выпуска 1440°C выход Nb из сплавов FeSi с Nb уменьшается до примерно 70%, в то время как с FeNb наблюдается выход Nb в 16%.

Пример 7. Производство сплавов ферросилиция, содержащих ниобий и ванадий, и сплавов с ниобием, ванадием и молибденом

Приготовили один расплав для производства сплава FeSi V Nb в соответствии с настоящим изобретением. Следующая таблица 8 показывает количества исходных материалов FeSi75, V₂O₅ и Nb₂O₅.

Дополнительно приведены количества извести (CaO) для модификации шлака и общее количество Al в системе. Перед добавлением V₂O₅ и Nb₂O₅ температура (T) была установлена выше температуры плавления сплава FeSi V Nb. Расплавленный сплав ферросилиция перемешивали во время добавления V₂O₅, Nb₂O₅, извести и любого алюминия. Полученный состав приведен в правой части таблицы. Во время выпуска плавки важно для чистоты получаемого сплава FeSi V Nb разделить шлак и металл.

Изготовили дополнительный сплав путем добавления FeMo65 в дополнение к оксиду ванадия и ниобия для того, чтобы получить сплав FeSi V Nb Mo. FeMo65 содержит 65 мас. % Mo. Количества исходных материалов, используемых для производства, и состав сплава FeSi V Nb Mo показаны в Таблице 9.

Таблица 8: Производство и состав сплава FeSi V Nb

Добавленные количества (кг) Анализы (мас. %) Плавка FeSi V₂O₅ N₂O₅ Известь Добавленный Al* T (°C) Si V Nb Fe Al Ca 1 9,0 1,93 1,51 1,68 0,44 1700 57,0 8,8 10,6 23,4 0,12 0,03

Таблица 9: Производство и состав сплава FeSi V Nb Mo

Добавленные количества (кг) Анализы (мас. %) Плавка FeSi V₂O₅ N₂O₅ Известь Al FeMo 65 T (°C) Si V Nb Mo Fe Al Ca 1 9,0 1,93 1,51 1,68 0,44 0,77 1700 54,2 8,4 10,1 4,8 22,2 0,11 0,03

Пример 8. Сравнение поведения при растворении сплавов FeSi Nb V и FeSi Nb V Mo относительно FeNb65 и FeV80

Поведение при растворении сплавов FeSi Nb V и FeSi Nb V Mo сравнивали с поведением при растворении FeNb65 и FeSiV80 в ванне чугуна при температуре 1500°C. Концентрации углерода и кремния в расплаве чугуна составляли 3,6 мас. % и 2,2 мас. % соответственно. Из Фиг. 4 очевидно, что времена растворения FeSi Nb V и FeSi Nb V Mo являются более низкими, чем таковые для FeV80 и FeNb65.

Пример 9. Производство FeSi V из FeSiCr/FeSiMn

Исходя из сплавов FeSi, содержащих Mn и Cr в качестве легирующих элементов, с содержанием Mn или Cr 5 мас. %, в результате будут получены сплавы FeSi V с составами, указанными в таблице 10 ниже.

Таблица 10: Количества FeSiMn/FeSiCr, оксида ванадия, извести и получившиеся составы сплавов в результате добавления V₂O₅ в FeSiMn или FeSiCr.

Добавленные количества Получившийся сплав (мас. %) Сплав FeSiCr/FeSiMn Известь V₂O₅ Si мас. % Fe мас. % Mn мас. % Cr мас. % кг кг кг кг %Si %V %Fe %Mn %Cr 70 25 5 0 9,7 1 1,8 10 60,9 10 24 4,8 0,0 70 25 5 0 9,4 2 3,6 10 51,9 20 23 4,7 0,0 69 26 0 5 9,7 1 1,8 10 60,9 10 24 0,0 4,8 69 26 0 5 9,4 2 3,6 10 51,9 20 23 0,0 4,7

Провели дополнительный опыт по производству сплавов FeSi V в соответствии с настоящим изобретением с использованием FeSiMn в качестве сырья. В следующей таблице 11 показаны количества исходных материалов FeSiMn и V₂O₅ для двух опытных производств FeSi V. Кроме того, приведены количества извести (CaO) для модификации шлака и общее количество Al в системе. Расплавленный сплав перемешивали во время добавления V₂O₅, извести и любого алюминия. Полученный состав приведен в правой части таблицы 11.

Таблица 11: Количества FeSiMn, извести, алюминия, V₂O₅. Анализ составов произведенных сплавов.

Добавленные количества Анализы Сплав FeSiCr/FeSiMn Известь V₂O₅ Al Si
мас. % Fe
мас. % Mn
мас. % Cr
мас. % кг кг кг кг Т
(°C) Si
мас. % V
мас. % Fe
мас. % Mn
мас. % Cr
мас. % 63 21 14 - 9,7 1,0 1,8 0,1 1600 56 10 19 13 -

Пример 10. Измерение плотности выбранных сплавов

Таблица 12 показывает измеренные плотности для выбранных сплавов. Как можно увидеть из этой таблицы, плотности сплавов FeSi V Nb по изобретению являются значительно более низкими, чем плотности FeV80 и FeNb65.

Таблица 12: Плотности сплавов

Материал Плотность (г/см³) FeV80 6,02 FeSi V10 3,43 FeSi V18 3,87 FeSi V30 4,55 Сплав 1 3,76 Сплав 2 3,79 Сплав 4 3,07 FeNb65 7,84 FeSi Nb10 3,33 FeSi Nb20 3,64 FeSi Nb30 4,12 FeSi V Nb 4,11 FeSi V Nb Mo 4,33 Сплав 8 4,02

Специалисту в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение не ограничено описанными выше предпочтительными вариантами осуществления. Специалисту в данной области техники также будет понятно, что возможны модификации и вариации в рамках приложенной формулы изобретения. В дополнение, вариации раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и проделаны специалистом при практической реализации заявленного изобретения на основе изучения описания и приложенной формулы изобретения.

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению сплава ферросилиция с ванадием и/или ниобием, который используют в качестве легирующей добавки при производстве чугуна. Способ включает обеспечение исходного сплава ферросилиция, содержащего Si, C, Al, Ca, Ti, Mn, Cr, Zr, Ba, P, S, Fe , добавление к исходному сплаву литейных добавок в виде Mo, Cu, Ni, Mg, La и/или Ce и/или мишметалла, Sr, Bi, Sb, и сырья, содержащего оксид ванадия и/или оксид ниобия, расплавление шихты с образованием расплава сплава, который содержит, мас. %: 15-80 Si; 5-35 V и/или Nb; до 10 Mo; до 5 Cr; до 3 Cu; до 3 Ni; до 20 Mg; 0,01-7 Al; до 13 Ba; 0,01-7 Ca; до 13 Mn; до 8 Zr; до 12 La, и/или Ce, и/или мишметалла; до 5 Sr; до 3 Bi; до 3 Sb; до 1,5 Ti; остальное - Fe и случайные примеси. Изобретение позволяет создать сплав для легирования чугуна, уменьшить плотность сплава и время его растворения в расплаве чугуна, а также получить сплав с более низкой температурой плавления для облегчения добавления его на более поздних этапах процесса. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 4 ил., 12 табл., 10 пр.

1. Сплав ферросилиция с ванадием и/или ниобием (FeSi V и/или Nb), содержащий

15-80 мас. % Si;

5-35 мас. % V и/или Nb;

до 10 мас. % Мо;

до 5 мас. % Cr;

до 3 мас. % Cu;

до 3 мас. % Ni;

до 20 мас. % Mg;

0,01-7 мас. % Аl;

до 13 мас. % Ва;

0,01-7 мас. % Са;

до 13 мас. % Mn;

до 8 мас. % Zr;

до 12 мас. % La, и/или Се, и/или мишметалла;

до 5 мас. % Sr;

до 3 мас. % Bi;

до 3 мас. % Sb;

до 1,5 мас. % Ti;

остальное - Fe и случайные примеси.

2. Сплав FeSi V и/или Nb по п. 1, причем сплав FeSi V и/или Nb содержит 15-29 мас. % Si; 5-35 мас. % V и/или Nb; до 10 мас. % Мо; до 5 мас. % Cr; до 3 мас. % Cu; до 3 мас. % Ni; до 20 мас. % Mg; 0,01-7 мас. % Аl; до 13 мас. % Ва; 0,01-7 мас. % Са; до 13 мас. % Mn; до 8 мас. % Zr; до 12 мас. % La, и/или Се, и/или мишметалла; до 5 мас. % Sr; до 3 мас. % Bi; до 3 мас. % Sb; до 1,5 мас. % Ti; остальное - Fe и случайные примеси.

3. Сплав FeSi V и/или Nb по п. 1, причем сплав FeSi V и/или Nb содержит 30-50 мас. % Si; 16-35 мас. % V и/или Nb; до 10 мас. % Мо; до 5 мас. % Cr; до 3 мас. % Cu; до 3 мас. % Ni; до 20 мас. % Mg; 0,01-7 мас. % Аl; до 13 мас. % Ва; 0,01-7 мас. % Са; до 13 мас. % Mn; до 8 мас. % Zr; до 12 мас. % La, и/или Се, и/или мишметалла; до 5 мас. % Sr; до 3 мас. % Bi; до 3 мас. % Sb; до 1,5 мас. % Ti; остальное Fe и случайные примеси.

4. Сплав FeSi V и/или Nb по п. 1, причем сплав FeSi V и/или Nb содержит 51-80 мас. % Si; 5-35 мас. % V и/или Nb; до 10 мас. % Мо; до 5 мас. % Cr; до 3 мас. % Cu; до 3 мас. % Ni; до 20 мас. % Mg; 0,01-7 мас. % Аl; до 13 мас. % Ва; 0,01-7 мас. % Са; до 13 мас. % Mn; до 8 мас. % Zr; до 12 мас. % La, и/или Се, и/или мишметалла; до 5 мас. % Sr; до 3 мас. % Bi; до 3 мас. % Sb; до 1,5 мас. % Ti; остальное Fe и случайные примеси.

5. Сплав FeSi V и/или Nb по любому из пп. 1-4, содержащий до 15 мас. % Mg.

6. Сплав FeSi V и/или Nb по любому из пп. 1-5, содержащий до 5 мас. % Мо.

7. Сплав FeSi V и/или Nb по любому из пп. 1-6, причем сплав FeSi V и/или Nb имеет диапазон температуры плавления от 1060 до 1640°С.

8. Сплав FeSi V и/или Nb по любому из пп. 1-7, причем сплав FeSi V и/или Nb находится в виде частиц или кусков с крупностью от 0,06 мм до 50 мм.

9. Сплав FeSi V и/или Nb по п. 8, причем частицы или куски сплава FeSi V и/или Nb покрыты или смешаны с оксидом висмута, и/или сульфидом висмута, и/или сульфидом сурьмы, и/или оксидом сурьмы, и/или оксидом другого металла, таким как оксид железа, и/или сульфидом другого металла, таким как сульфид железа.

10. Сплав FeSi V и/или Nb по любому из пп. 1-9, причем сплав FeSi V и/или Nb представляет собой добавку для применения в производстве чугуна.

11. Способ производства сплава ферросилиция с ванадием и/или ниобием (FeSi V и/или Nb) по любому из пп. 1-10, включающий:

- обеспечение исходного сплава ферросилиция в расплавленном состоянии, содержащего: 40-90 мас. % Si; до 0,5 мас. % С; 0,01-7 мас. % Аl; до 6 мас. % Са; до 1,5 мас. % Ti; до 15 мас. % Mn; до 10 мас. % Cr; до 10 мас. % Zr; до 15 мас. % Ва; до 0,3 мас. % Р; до 0,5 мас. % S; остальное составляют Fe и случайные примеси;

- добавление к расплавленному исходному сплаву ферросилиция литейных добавок, которые содержат до 10 мас. % Мо; до 3 мас. % Cu; до 3 мас. % Ni; до 20 мас. % Mg; до 12 мас. % La, и/или Се, и/или мишметалла; до 5 мас. % Sr; до 3 мас. % Bi; до 3 мас. % Sb;

- добавление сырья, содержащего оксид ванадия, и/или сырья, содержащего оксид ниобия, к расплавленному исходному сплаву ферросилиция, причем содержащее оксид ванадия сырье и/или содержащее оксид ниобия сырье добавляют в количестве (по массе), обеспечивающем по существу целевое количество элементарного ванадия и/или ниобия (по массе) в сплаве FeSi V и/или Nb;

- смешивание и реагирование расплавленного сплава ферросилиция с упомянутыми литейными добавками и оксидом ванадия из сырья, содержащего оксид ванадия, и/или оксидом ниобия из сырья, содержащего оксид ниобия, с образованием расплава сплава FeSi V и/или Nb и шлака;

- отделение шлака от упомянутого расплава; и

- затвердевание или разливку расплавленного сплава FeSi V и/или Nb.

12. Способ по п. 11, в котором расплавленный сплав ферросилиция обеспечивают непосредственно из восстановительной печи, в которой ферросилиций получается из исходного сырья в соответствии с традиционными способами.

13. Способ по п. 11, в котором расплавленный сплав ферросилиция обеспечивают путем переплавки шихты сплава ферросилиция.

14. Способ по любому из пп. 11-13, в котором содержащее оксид ванадия сырье представляет собой одну или более фаз оксида ванадия, выбранных из оксида ванадия(II), оксида ванадия(III), оксида ванадия(IV), оксида ванадия(V) и/или других неосновных оксидов ванадия, и/или содержащее оксид ниобия сырье представляет собой одну или более фаз оксида ниобия, выбранных из оксида ниобия(II), оксида ниобия(III), оксида ниобия(IV), оксида ниобия(V) и/или других неосновных оксидов ниобия.

15. Способ по п. 14, в котором фаза оксида ванадия представляет собой оксид ванадия(V), V₂O₅, и/или оксид ванадия(III), V₂O₃, и/или фаза оксида ниобия представляет собой оксид ниобия(V), Nb₂O₅, и/или оксид ниобия(III), Nb₂O₃.

16. Способ по п. 14 или 15, в котором содержащее оксид ванадия сырье дополнительно содержит промышленные отходы или руду, содержащие оксид ванадия, и/или содержащее оксид ниобия сырье дополнительно содержит промышленные отходы или руду, содержащие оксид ниобия.

17. Способ по любому из пп. 11-16, в котором к расплавленному сплаву ферросилиция добавляют модифицирующее шлак соединение в количестве 0,5-30 мас. % в расчете на общее количество сплава ферросилиция и оксида ванадия и/или оксида ниобия.

18. Способ по п. 17, в котором модифицирующее шлак соединение представляет собой по меньшей мере одно из СаО и MgO.

19. Способ по любому из пп. 11-18, дополнительно включающий добавление алюминия в расплав ферросилиция до, одновременно или после добавления сырья, содержащего оксид ванадия, и/или сырья, содержащего оксид ниобия, в количестве до 10 мас. % в расчете на общее количество ферросилиция и оксида ванадия и/или оксида ниобия.

20. Способ по любому из пп. 11-19, в котором расплавленный сплав ферросилиция и содержащее оксид ванадия сырье и/или содержащее оксид ниобия сырье, и любые добавленные алюминий и/или модифицирующее шлак соединение смешивают посредством механического перемешивания или перемешивания газом.

21. Способ по любому из пп. 11-20, в котором шлак отделяют до или во время разливки расплавленного сплава ферросилиция с ванадием и/или ниобием.

22. Способ по любому из пп. 11-21, в котором затвердевший разлитый FeSi V и/или Nb формуют в блоки или дробят и, необязательно, классифицируют на фракции по крупности или агломерируют.

23. Применение сплава FeSi V и/или Nb по любому из пп. 1-10 в качестве добавки в производстве содержащего ванадий и/или ниобий чугуна.