Патент на изобретение №2395609

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2395609 (13) C1
(51) МПК

C22C35/00 (2006.01)
C21C7/00 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 18.08.2010 – действует

(21), (22) Заявка: 2008144242/02, 07.11.2008

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

07.11.2008

(30) Конвенционный приоритет:

22.04.2008 KZ 2008/0409.1

(46) Опубликовано: 27.07.2010

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
KZ 3231 С, 15.03.1996. SU 990853 A, 23.01.1983. SU 651046 A, 05.03.1979. SU 1235967 A1, 07.06.1986. RU 2200767 C2, 20.03.2003. EP 0268679 A1, 01.06.1988.

Адрес для переписки:

050036, Республика Казахстан, г. Алматы, ул. Джандосова, 67, РГП НЦ КПМС РК, патентно-лицензионный отдел

(72) Автор(ы):

Назарбаев Нурсултан Абишевич (KZ),
Школьник Владимир Сергеевич (KZ),
Жарменов Абдурасул Алдашевич (KZ),
Толымбеков Манат Жаксыбергенович (KZ),
Байсанов Сайлаубай Омарович (KZ)

(73) Патентообладатель(и):

Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения “Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан” Министерства индустрии и торговли РК (KZ)

(54) СПЛАВ “КАЗАХСТАНСКИЙ” ДЛЯ РАСКИСЛЕНИЯ И ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к процессам создания сплава для раскисления, легирования и модифицирования стали. Сплав содержит, мас.%: кремний 45,0-63,0, алюминий 10,0-25,0, кальций 1,0-10,0, барий 1,0-10,0, ванадий 0,3-5,0, титан 1,0-10,0, углерод 0,1-1,0, железо – остальное. Изобретение позволяет повысить качество обработанной стали заявляемым сплавом за счет глубокого раскисления и модифицирования неметаллических включений и одновременного микролегирования стали барием, титаном и ванадием. 4 табл.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к процессам создания сплава для раскисления, легирования и модифицирования стали.

Известен сплав для раскисления и модифицирования стали (а.с. 990853, СССР, кл. С22С 35/00, опубл. Б.И. 1983, 3) состава, мас.%: 30,0-49,0 кремний; 6,0-20,0 кальций; 4,0-20,0 ванадий; 1,0-10,0 марганец; 1,5-4,0 титан; 1,5-5,0 магний; 0,3-0,8 алюминий; 0,5-1,5 фосфор; остальное – железо.

Недостатком сплава является присутствие фосфора, негативно влияющего на качество стали, в частности, это может привести к хладноломкости. Пониженное содержание кремния и алюминия в сплаве не обеспечивают достаточного раскисления стали. Для большего усвоения легирующих элементов данного сплава необходимо предварительно раскислять сталь алюминием. В противном случае необходим повышенный расход сплава.

Наиболее близким по составу к заявляемому сплаву является сплав для раскисления и легирования стали (патент РК 3231, кл. С22С 35/00, опубл. 15.03.96, бюл. 1), который содержит следующие компоненты, мас.%: 15,0-30,0 алюминий; 45,0-55,0 кремний; 1,0-3,0 кальций; 0,1-0,3 магний; 0,1-0,8 углерод; остальное железо. Сплав выплавляется восстановлением золы углей коксом. Технические и химические составы шихтовых материалов представлены в таблице 1.

Недостатком получения сплава (прототипа) является то, что качественные характеристики стали при обработке таким сплавом недостаточно высокие, такой состав сплава не достаточно раскисляет сталь и в результате выплавляемая сталь имеет низкие характеристики. Повышенные количества кислорода в стали, обработанной известным сплавом (прототипом), достигающее 0,0036%, способствует увеличению остаточных количеств оксидных включений (до 0,097%) в стали. Это является следствием пониженного количества кальция, являющегося элементом-модификатором, что не позволяет более полно удалять неметаллические включения и снизить их количество ниже 0,0082%. Кроме того, применение в составе шихтовой смеси кокса и золы сжигания углей негативно влияет на процесс плавки в виде увеличенной спекаемости шихтовых материалов на поверхности колошника электропечи и приводит к затруднениям при отводе технологических газов. Легкоплавкая зола начинает интенсивно оплавляться и приводит к преждевременному шлакообразованию, плохой газопроницаемости, выносу основных элементов в газовую фазу через высокотемпературные газовые прорывы. Удельный расход электроэнергии при выплавке сплава составляет 11,0-11,6 МВт·ч/т. При этом содержание кальция не превышает 3,0%.

Совокупность перечисленных недостатков способствует понижению качественных характеристик выплавляемой стали, в частности ударная вязкость (-40°С) не превышает значения 0,88 МДж/м2.

Достигаемым техническим результатом является повышение качества обработанной стали заявляемым сплавом за счет глубокого раскисления и модифицирования неметаллических включений и одновременного микролегирования стали барием, титаном и ванадием.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем:

Сплав для раскисления, легирования и модифицирования стали, содержащий алюминий, кремний, кальций, углерод и железо, дополнительно содержит барий, ванадий и титан в следующем соотношении, в мас.%:

кремний 45,0-63,0
алюминий 10,0-25,0
кальций 1,0-10,0
барий 1,0-10,0
ванадий 0,3-5,0
титан 1,0-10,0
углерод 0,1-1,0
железо остальное

Содержание элементов раскислителей в составе сплава в указанных пределах позволяет снизить количество кислорода в объеме стали в 1,4-1,8 раза по сравнению с известным сплавом (прототипом). Это позволило повысить полезное использование ванадия до 90%. Усвоение марганца из силикомарганца в сталь повысилась на 9-12%, достигнув значения 98,8%, вследствие глубокого раскисления и экранирования кислорода активными кальцием, барием, алюминием и кремнием. Барий и кальций в указанных пределах, кроме раскисляющей способности, играют роль активных десульфураторов, дефосфораторов, модификаторов неметаллических включений (НВ), придавая им легкоплавкость, за счет комплексности, заметно снижают общее количество НВ в стали. Остаточная сера и оксиды в присутствии кальция, бария и титана модифицируются в мелкие оксисульфиды и комплексные оксиды с равномерным распределением в объеме стали без образования строчечных включений и их скоплений. Количество остаточных оксидных НВ снизилось в 1,16-1,35 раза, чем при обработке стали сплавом (прототипом).

Микролегирование ванадием и титаном по сравнению с применением известного сплава (прототипа) заметно улучшают механические свойства обработанной стали. Так ударная вязкость при (-40°С) достигла значений 0,92-0,94 МДж/м2.

Предлагаемый сплав повышает переход марганца в сталь при ее обработке как марганецсодержащими концентратами при прямом легировании, так и из ферросплавов. Извлечение марганца повысилось на 0,3-0,5%, количество оксидных включений снизилось на 20%, ударная вязкость повысилась на 0,04-0,06 МДж/м2, чем при использовании известного сплава (прототипа).

Сплав выплавляется из высокозольных углеотходов угледобычи с добавками длиннопламенного угля низкой степени метаморфизма, извести, баритовой руды, ванадийсодержащего кварцита, ильменитового концентрата. Использование кокса исключается. Удельный расход электроэнергии составляет 10,0-10,9 МВт·ч. В процессе выплавки сплава, в отличие от известного сплава (прототипа), применяется высокозольная углистая порода и длиннопламенный уголь. Углистая порода содержит 50-65% золы, в которой сумма оксидов кремния и алюминия составляет не менее 90%, содержит в достаточных количествах природный углерод для восстановительных процессов, что технологично и экономически целесообразно. Добавки длиннопламенного угля, обладающего свойством разрыхлителя шихты, улучшают газопроницаемость верхних слоев колошника и отвод технологических газов. Расход электроэнергии при выплавке заявляемого сплава ниже на 8,7% по сравнению с прототипом.

Пример. Заявляемый состав сплава выплавляли в стационарной руднотермической электропечи мощностью трансформатора 0,2 МВА. Химические и технические составы использованных шихтовых материалов представлены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2
Технический анализ углистой породы и угля
Материал Содержание, %
Ас Vc W Ств S
Углистая порода 57,6-59,8 16,0 4,0 20,0-22,4 0,05
Уголь 4,0 40,1 10,7 55,9 0,36
Таблица 3
Химический анализ шихтовых материалов
Материал Содержание, %
SiO2 Al2O3 Fe2O3 СаО MgO TiO2 BaO V S P
Углистая порода 57,6 34,2 5,72 0,7 0,4 1,2 0,05 0,015
Уголь 53,5 27,1 8,35 6,19 3,89 0,012
Ванадийсодержащий кварцит 94,3 1,1 1,2 0,4 0,3 0,8 0,15
Баритовая руда 35,7 1,0 1,0 2,0 44,0 8,57 0,02
Ильменитовый концентрат 7,4 3,4 16,8 2,2 1,7 59,7 3,0 0,01 0,015
Известь 0,2 0,3 1,5 92,0 5,95 0,02 0,03

В результате проведения испытаний было установлено, что наименьший удельный расход электроэнергии, стабильный ход работы печи и лучшая газопроницаемость колошника соответствует плавкам предлагаемого состава сплава. При этом исключается карбидообразование и улучшаются технологические свойства колошника печи и, соответственно, его эксплуатация.

Оценку раскисляющей и легирующей способности заявляемого и известного (прототип) сплавов осуществляли в открытой тигельной индукционной печи ИСТ-0,1 (садка 100 кг) при выплавке низколегированных марок сталей (17ГС, 15ГЮТ). В качестве металлической шихты использовали металлический лом с содержанием 0,03-0,05% углерода и до 0,05% марганца.

После получения металлического расплава и доведения его температуры до 1630-1650°С металл сливали в ковш. Раскисление заявляемым сплавом и сплавом (прототипом) проводили в ковше совместно с силикомарганцем СМн 17 из расчета получения в стали до 1,4% марганца. Степень извлечения марганца в сплав определяли по химическому составу проб металла. Металл разливали в слитки, которые затем прокатывали на листы толщиной 10-12 мм. Результаты раскисления и легирования приведены в таблице 4.

Заявляемый сплав использовался при обработке стали в опытных плавках 3-11. Лучшие результаты по раскислению, легированию и модифицированию стали достигнуты в опытных плавках при обработке стали сплавами 5-9 (таблица 4). В этих плавках достигнуто наиболее максимальное усвоение марганца из силикомарганца в сталь, составляющее 96,0-98,0%, что на 9-12% выше по сравнению при использовании сплава прототипа. Увеличение извлечения марганца объясняется более полным раскислением стали за счет повышенного содержания в заявляемом сплаве кремния и алюминия, а также присутствия кальция, бария и титана. Содержание кислорода в опытной стали, обработанной сплавами 5-9, снизилось в 1,4-1,8 раза до значений 0,002-0,0026%, чем в стали, обработанной сплавом (прототипом) 0,003-0,0036%) соответственно.

Для оценки качества и механических свойств полученного металла определяли количество неметаллических включений по ГОСТ 1778-70. Неметаллические включения при раскислении заявляемым сплавом были более мелкими и глобулярной формы с отсутствием строчечных включений глинозема и скоплений оксидов, чем при использовании сплава (прототипа). Это обеспечивается благодаря кальцию и барию в составе сплава, которые проявляют кроме десульфурирующей и дефосфорирующей способности также и модифицирующие свойства, аналогичные поверхностно-активным веществам, что проявляется в коагуляции оксидов в легкоплавкие комплексы, легко удаляемые из объема стали. Содержание остаточных оксидных НВ снизилось до 0,007-0,0075% по сравнению с раскислением известным сплавом (прототипом), при раскислении которым количество оксидных включений составило 0,0084-0,0097%. Микролегирование ванадием и титаном в заявляемом сплаве позволили одновременно увеличить ударную вязкость, пластичность и твердость опытной стали. Ударная вязкость при (-40°С) повысилась до 0,92-0,94 МДж/м2 против 0,82-0,88 МДж/м2, предел текучести (т) – 490-510 МПа, относительное удлинение (5) 35-37%, временное сопротивление (в) – 610-629 МПа. Полученное соотношение компонентов в заявляемом сплаве соответствует оптимуму и позволяет применять его для раскисления и легирования полуспокойных и низколегированных марок сталей, обеспечивая равномерное образование легкоплавких комплексных НВ, легко удаляемых из объема стали, а остаточные НВ преобразуя в тонкодисперсные и оптимальной глобулярной формы.

Принятые пределы соотношения компонентов в сплаве являются рациональными. В частности, уменьшение концентрации кальция, бария, ванадия и титана ниже определенного предела в сплаве не обеспечивает при обработке стали желаемого эффекта раскисления, легирования и модифицирования остаточных НВ. Так обработка стали сплавом, полученной при плавке 3 с пониженным содержанием кремния, кальция и бария, несмотря на повышенное содержания алюминия и титана недостаточно раскисляет сталь, содержит повышенное количество строчечных включений глинозема и оксидных НВ, а механические свойства – на уровне стали, обработанной сплавом (прототипом).

В то же время превышение допустимых пределов концентрации этих элементов нецелесообразно вследствие того, что увеличивается удельный расход электроэнергии при получении заявляемого сплава, а положительные свойства от применения не намного отличаются от заявляемых пределов по составу.

Таким образом, предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом за счет дополнительного содержания в сплаве бария, ванадия и титана позволяет:

– проводить более глубокое раскисление стали;

– значительно снизить содержание неметаллических включений;

– модифицировать остаточные неметаллические включения в благоприятные комплексы с их равномерным распределением в объеме стали;

– повысить степень извлечения марганца в сталь;

– повысить ударную вязкость стали.

Кроме того, экономическая целесообразность выплавки сплава заключается в применении дешевых высокозольных углистых пород, исключении применения дорогостоящего кокса.

Результаты проведенных опытных плавок стали марки 17ГС, 15ГЮТ показали на высокую эффективность заявляемого сплава.

Формула изобретения

Сплав для раскисления и легирования стали, содержащий алюминий, кремний, кальций, углерод и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит в своем составе барий, ванадий и титан при следующем соотношении компонентов, мас.%:

кремний 45,0-63,0
алюминий 10,0-25,0
кальций 1,0-10,0
барий 1,0-10,0
ванадий 0,3-5,0
титан 1,0-10,0
углерод 0,1-1,0
железо остальное

Categories: BD_2395000-2395999