Способ получения азотированного феррониобия Советский патент 1993 года по МПК C22C33/04 

удается. Сплав с большим содержанием ниобия использовать нецелесообразно, так как продукт после азотирования имеет низкую плотность, что приводит к низкой степе- ни усвоения ниобия, а значит, к повышенному расходу лигатуры.

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

Предлагаемые пределы соотношения феррониобия и порошков кальция, магния, кремния, алюминия и их сплавов выбраны из условия максимального раскисления металла и наибольшего извлечения ниобия. Нижний предел содержания элементов-рас- кислителей выбран на основе анализов исходного феррониобия на содержание кислорода, верхний предел - в связи с необходимостью проведения процесса в режиме горения.

При азотировании феррониобия в атмосфере газообразного азота неизбежно происходит окисление части ниобия примесным кислородом. Исследования показывают, что даже при содержании в азоте кислорода 0,1 % в конечном прбдукте содержание кислорода достигает 0,2-1,8%. Причем этот кислород находится в сплаве в виде соединений ниобия. При введении такого азотированного феррониобия в сталь окисленный ниобий удаляется из стали в шлак. Кроме того, некоторая часть ниобия окисляется остаточным кислородом, растворенным в стали. Таким образом, за счет окисления кислородом стали и кислородом в исходном феррониобии теряется 5-20% ниобия.

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

Рентгемофазовый и металлографический анализы показывают, что в азотированном феррониобии, дополнительно содержащем химически активные элементы, кислород связан в окислы этих элементов. При введении в сталь окисленные кальций, магний, алюминий и кремний удаляются в шлак. Кроме того, использование азотированного феррониобия, полученного предлагаемым способом, обеспечивает дополнительное рафинирование металла от

вредных примесей, в частности от серы, повышая качество стали.

Температура предварительного нагрева, давление и продолжительность обеспечивают эффективную очистку исходных

материалов от адсорбированных на поверхности порошков примесей и газов. Без предварительной термообработки резко сужаются возможности проведения процесса по концентрационным пределам ниобия,

соотношения исходных компонентов, дисперсности и давлению азота.

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

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

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

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

Суть предлагаемого способа поясняется на следующем примере.

Исходным материалом служит феррониобии по ГОСТ 16773-71.

Пример. Исходным материалом для

реализации способа служит феррониобии по ГОСТ 16773-71 марки ФН1 с содержанием ниобия 64,5% (суммарное количество примесей в виде титана, углерода, кремния, алюминия и серы составило 2,65%). Феррониобий в шаровой мельнице измельчали в порошок с размером частиц менее 0,16 мм. К порошку феррониобия добавили 10% порошка сидикокальция с размером частиц г менее 0,10 мм (силикокальций марки СКЗО

по ГОСТ 4762-71), содержание кальция 32,5%, железо 4,5% алюминий 1,6%, углерод 0,4% остальное кремний). После смешивания в шаровой мельнице в течение 40 мин шихту сушат путем термообработки в вакууме (давление 103 Па, температура 120°С) в течение 60 мин. Высушенную смесь в количестве 15 кг засыпают в тигель, который помещают в реактор. Путем двухкратного продува рабочего объема реактора после

герметизации проводят его очистку от воздуха. Далее реактор заполняют азотом до 60 атм (6 -10 Па). Целесообразно использовать азот чистотой 99,5%. При помощи вольфрамовой спирали и навески зажигающей смеси шихту воспламеняют и азотируют в самораспространяющемся режиме горения при температуре 1560°С. При этом необходимо, чтобы давление в реакторе не снижалось ниже 5 106 Па. Азотирование в режиме горения продолжается в течение 16 минут. Далее в течение 2 часов феррониобий выдерживается в реакторе в атмосфере азота. В начальный период этого времени происходит его доазотирование. а далее он остывает до 200-250°С. После такой выдержки реактор разгерметизируется (давление предварителььо сбрасывается). Продукт извлеченный из реактора представляет собой плотный брикет, содержащий 9,8% азота, 52,2 ниобия, 2,9 кальция, 5,5 кремния - остальное железо и примеси. Плотность брикета 5,8 г-см3. Азотированный феррониобий, дополнительно содержащий силикокалыдий, был испытан при выплавке низколегированной стали 08Г2АБФ. Сплав задавали в ковш под струю металла при условии получения в стали 0,08% ниобия. Параллельно испытывался сплав, полученный по способу прототипу. Полученные результаты представлены в таблице. Результаты испытания показали, что предлагаемый способ позволяет повысить усвоение ниобия и азота на 25-30%. Расход

сплава при этом снижается с 1,86-8,52 кг/т до 0,91-1,53 кг/т. Кроме того расход электроэнергии снижается в среднем в 1000 раз. Формула изобретения 1. Способ получения азотированного феррониобия, включающий смешивание порошка исходного феррониобия с порошками металлов или сплавов и азотирование при.повышенной температуре в атмосфере азота, отл имеющийся тем, что, с целью снижения расхода легирующего сплава при выплавке стали путем повышения усвоения азота и ниобия, порошок исходного феррониобия, содержащий 40-95% ниобия с раз- 5 мером частиц не более 0,3 мм, смешивают с порошками кальция, магния, алюминия, кремния и/или их сплавами с размером частиц не более 0,5 мм в количестве 5-60%, полученную шихту нагревают до 25-600 С

0

0

5

0

при давлении 102 - 105 Па в течение 0,1-2,5 ч и азотируют в режиме горения при давлении 1.0-105 - 2-Ю7 Па при 1400-1700°С в течение 0,05-0,6 ч.

2. Способ по п. 1,отличающий с я тем, что кальций, магний, алюминий и/или кремний предварительно сплавляют с исходным феррониобием в количестве 5-20% или вводят их в исходную шихту в виде порошков силикокальция, силумина, алюмо- магниевого сплава, силикоциркония и/или ниобийалюминиевого. сплава в количестве 5-40%.

,5

,5 66,t 65.16

.10 20 5

10 33,3

Феррониобий и: Ферромарганец65,26 (прототип)

ерро«иобий&о,0

верроииобий силикоцирконий40,0

40

,16 ,10 ,05

3

,5

16

20

3

3 J

05

10 16

12D

10

600

10

25

10

250

10

со

to1

2,5 0.5 0,1 1,2

0.5 0,3

6-10

2-10т

10

«.10

10

10

6-10

4-10

1560

0.05

1660

0.2

1700

0.15

1650

0,6

950

В

950

8

1400

5

52,2

8,9

50,5

7,9

88,3

4,5

ЗЛ

«,5

7,

36,8

98,1 95,. 97,8 96,6 93,0 95,8 98,6 97,7 68,1. 65,6 75,i 71,0 9М 95.2 ,3 93,2

1,53 1,62 0,92 111. О 1.86 8,52 2.28 2.30