ШИХТА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩЕЙ СТАЛИ
CHARGE FOR REMELTING OF VANADIUM-BEARING STEEL

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к составу шихты для выплавки ванадийсодержащей стали.
Известен выбранный в качестве прототипа композиционный шихтовый материал для производства высококачественной стали, включающий чугун с заплавленными в нем железорудными окатышами при их соотношении (3-5):1, в котором в качестве железорудных окатышей используют офлюсованный железорудный концентрат с содержанием в нем СаО+MgO в пределах 5-25%, причем окатыши офлюсованного железорудного концентрата берут фракцией 5-15 мм.
Существенными недостатками данного материала являются:
- невозможность и высокая стоимость операции легирования стали ванадием в связи с отсутствием в составе композиционного шихтового материала (металлической основы и железорудной части) ванадийсодержащих материалов;
- большое количество шлака, образующегося из оксидсодержащегося материала, в связи с использованием офлюсованного агломерата и увеличения длительности плавки и затрат на производство, связанных с повышением количества шлака в печи;
- низкая механическая прочность композиционного материала в связи с большим количеством оксидного материала, выбранным соотношением железорудной составляющей к металлической основе.
Известна также [2] шихтовая заготовка для металлургического передела, содержащая железоуглеродистый сплав, твердую легирующую добавку, где в качестве твердой легирующей добавки она содержит ферросплавы и/или отходы ферросплавных производств при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Ферросплавы и/или отходы ферросплавных производств
0,5-50,0
Железоуглеродистый сплав
Остальное
Существенными недостатками данной шихтовой заготовки являются:
- высокая стоимость затрат на легирование в связи с применением в качестве ванадийсодержащего материала ферросплавов или отходов ферросплавных производств;
- увеличение длительности плавления и легирования в связи с отсутствием в составе шихтовой заготовки ванадийсодержащих оксидных материалов, которые в результате реакции восстановления за счет углерода железоуглеродистого расплава и выделения пузырей СО способствуют перемешиванию стали;
- снижение качества выплавляемой стали в связи с формированием при использовании шихтовой заготовки тугоплавкого чугуна - стального конгломерата, и образование силикатных ванадийсодержащих неметаллических включений.
Желаемыми техническими результатами изобретения являются: снижение себестоимости выплавляемой стали за счет снижения затрат на легирование стали ванадием и повышение качества выплавляемой стали.
общ
2
2
3
2
5
2
5
2
Для этого предлагается шихта для выплавки ванадийсодержащей стали, содержащая железоуглеродистый сплав и оксидный материал, в которой в качестве железоуглеродистого сплава используют ванадийсодержащий чугун с содержанием, %: 93,5-95,5 Fe; 2,5-4,8 С; 0,15-1,25 Si; 0,15-0,75 Mn; 0,10-0,35 V; менее 0,18 P; менее 0,040 S; менее 0,20 Cr; менее 0,16 Cu; менее 0,16 Ni; менее 0,08 Al; менее 0,009 As; менее 0,18 Ti, а в качестве оксидного материала используются ванадийсодержащие окатыши или ванадийсодержащий агломерат с содержанием, %: 45,0-75,0 Fe; 0,5-15,0 SiO; 0,1-8,5 AlO; 0,15-12,5 CaO; 0,15-3,8 MgO; 0,1-6,5 MnO; 0,01-0,12 S; 0,01-0,06 PO; 0,25-0,95 VO; 0,5-5,2 TiO, причем компоненты содержатся в следующем соотношении, мас.%:
ванадийсодержащий чугун
80-95
ванадийсодержащие окатыши или
ванадийсодержащий агломерат
5-20,
2
5
при этом шихта выполнена в виде чушек с оболочкой, содержащей ванадийсодержащий чугун, и центральной частью, содержащей ванадийсодержащие окатыши фракции 5-20 мм или ванадийсодержащий агломерат фракции 0,1-20 мм, при этом отношение оксидов ванадия в ванадийсодержащих окатышах или ванадийсодержащем агломерате к содержанию углерода в ванадийсодержащем чугуне (VO/С) поддерживают не менее 1:20.
Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем.
Ванадийсодержащий чугун является основной составляющей шихты для выплавки стали, причем при изготовлении шихты с содержанием менее 80% ванадийсодержащего чугуна механическая прочность чушки заметно снижается, а при увеличении более 95% нет эффекта активного перемешивания металла при расплавлении за счет реакции взаимодействия углерода ванадийсодержащего чугуна с оксидами ванадийсодержащих окатышей или ванадийсодержащего агломерата.
Концентрация углерода в ванадийсодержащем чугуне выбрана исходя из того, что при содержании углерода менее 2,5% невозможно проведение активного окислительного периода, а при увеличении содержания углерода более 4,8% увеличивается продолжительность плавки в связи с окислением «избыточной» концентрации углерода.
2
При увеличении содержания кремния более 1,25% для нейтрализации SiO, образующегося при окислении, необходимо значительное количество извести, в связи с чем наблюдаются значительные теплопотери и увеличивается расход электроэнергии и электродов, при снижении содержания кремния менее 0,15% снижается экзотермичность шихты, связанная с химическим теплом заявляемой шихты.
Содержание марганца выбрано исходя из следующих предпосылок: при содержании марганца менее 0,15% необходимо введение значительного количества марганецсодержащих ферросплавов для доведения стали до требуемых Государственными стандартами содержаний; напротив, при увеличении концентрации марганца в ванадийсодержащем чугуне более 0,75% необходимо проведение дополнительных мероприятий по окислению избыточного содержания марганца, что увеличивает длительность плавки.
Содержание ванадия выбрано исходя из того, что при содержании ванадия менее 0,10% не обеспечивается легирование стали в полном объеме, а при увеличении концентрации ванадия более 0,35% происходит резкое увеличение температуры плавления получаемой шихты для выплавки ванадийсодержащей стали, приводящей к увеличению расходных коэффициентов.
Превышение заявляемых концентраций фосфора и серы в ванадийсодержащем чугуне приводит к увеличению длительности плавки в связи с более интенсивной дефосфорацией и десульфурацией стали, что в свою очередь повышает расход электроэнергии и электродов.
Концентрация хрома, никеля, меди и мышьяка выбрана исходя из получения требуемых концентраций данных элементов (с учетом использования металлолома) в особокачественных марках стали с регламентированной концентрацией примесей.
Содержание титана и алюминия выбрано исходя из исключения получения неметаллических включений оксидов титана и алюминия в готовой стали, резко снижающих механические свойства качественных сталей.
Ванадийсодержащие окатыши или ванадийсодержащий агломерат, ввиду наличия кислородной составляющей, способствуют раннему началу окисления примесей ванадийсодержащего чугуна, причем при количестве менее 5% не удается достичь гарантированного эффекта снижения себестоимости стали ввиду значительной разницы стоимости ванадийсодержащего чугуна и ванадийсодержащих окатышей или ванадийсодержащего агломерата, а при увеличении более 20% уменьшается механическая прочность и снижаются технико-экономические показатели плавки в связи с увеличением кратности шлака.
Содержание железа в ванадийсодержащих окатышах или ванадийсодержащем агломерате выбрано исходя из того, что при содержании железа менее 45% увеличивается количество шлака, а при увеличении концентрации железа более 75% метод подготовки ванадийсодержащих окатышей или ванадийсодержащего агломерата требует дополнительных расходов и увеличения стоимости продукции.
Содержание оксидов кремния, алюминия, кальция, магния и марганца выбрано исходя из получения требуемых концентраций данных оксидов для наведения оптимального шлакового режима.
Превышение заявляемых концентраций фосфора и серы в ванадийсодержащих окатышах или ванадийсодержащем агломерате приводит к снижению качественных показателей выплавляемой стали, а также приводит к увеличению длительности плавки в связи с более интенсивной дефосфорацией и десульфурацией стали, что в свою очередь повышает расход электроэнергии и электродов.
Содержание оксидов ванадия выбрано исходя из того, что при содержании оксида ванадия менее 0,25% не удается достичь требуемого количества окисленной формы ванадия и как следствие качественного легирования стали, а при увеличении концентрации оксида ванадия в более 0,95% происходит образование ванадийсодержащих неметаллических включений в получаемой стали.
Содержание оксида титана выбрано исходя из исключения получения неметаллических включений оксидов титана в готовой стали, резко снижающих механические свойства качественных сталей.
Фракция добавляемых материалов выбрана исходя из того, что при фракции ванадийсодержащих окатышей менее 5 мм или ванадийсодержащего агломерата менее 0,1 мм требуются определенные расходы на дополнительный помол, а при содержании фракции ванадийсодержащих окатышей или ванадийсодержащего агломерата более 20 мм снижается поверхность взаимодействия с углеродом ванадийсодержащего чугуна, в результате чего повышается длительность плавки.
Отношение концентрации оксидов ванадия в ванадийсодержащих окатышах или ванадийсодержащем агломерате к содержанию углерода в ванадийсодержащем чугуне поддерживают не менее 1:20 в связи с отсутствием полного окисления углерода ванадийсодержащего чугуна кислородом ванадийсодержащих окатышей или ванадийсодержащего агломерата ниже указанного предела.
Заявляемая шихта для выплавки ванадийсодержащей стали была получена:
общ
2
3
2
2
3
2
5
2
5
2
2
5
1. Методом заливки ванадийсодержащих окатышей фракции 15 мм с содержанием, %: 60,2 Fe (82,7 FeO, 3,1 FeO); 4,3 SiO, 2,3 AlO; 1,7 CaO; 2,4 MgO; 0,22 MnO; 0,016 S; 0,011 PO; 0,653 VO; 2,6 TiO ванадийсодержащим чугуном с содержанием, %: 94,2 Fe; 4,5 С; 0,37 Si; 0,43 Mn; 0,2 V; 0,077 P; 0,025 S; 0,03 Cr; 0,05 Cu; 0,01 Ni; 0,035 Al; 0,003 As; 0,07 Ti, при соотношении: ванадийсодержащий чугун 85%, ванадийсодержащие окатыши 15, при отношении оксидов ванадия в ванадийсодержащих окатышах к содержанию углерода в ванадийсодержащем чугуне (VO/C) 1:39.
общ
2
5
2
2
3
2
5
2
5
2
2
5
2. Методом заливки ванадийсодержащего агломерата фракции 5 мм с содержанием, %: 53,4 Fe (62,66 FeO, 12,34 FeO); 8,15 SiO; 2,13 AlO; 9,65 CaO; 3,16 MgO; 0,84 MnO; 0,020 S; 0,05 PO; 0,45 VO; 0,55 TiO, ванадийсодержащим чугуном с содержанием, %: 94,2 Fe; 4,5 С; 0,37 Si; 0,43 Mn; 0,2 V; 0,077 P; 0,025 S; 0,03 Cr; 0,05 Cu; 0,01 Ni; 0,035 Al; 0,003 As; 0,07 Ti, при соотношении: ванадийсодержащий чугун 85%, ванадийсодержащий агломерат 15%, при отношении оксидов ванадия в ванадийсодержащем агломерате к содержанию углерода в ванадийсодержащем чугуне (VO/С) 1:57.
Далее полученную шихту использовали при выплавке стали в 100-тонных дуговых электропечах с трансформатором мощностью 95 МВА как в смеси с металлошихтой. При выплавке по заявляемому способу на 26 плавках стали марок НЭ76Ф, Э76Ф снижена загрязненность стали неметаллическими включениями (средняя длина строчки оксидов не превышает 0,3 мм), себестоимость выплавленной стали снижена на 0,1-0,8 руб/кг стали.
Источники, принятые во внимание при экспертизе
5
1. Патент RU №2009207, МПК С21С 5/52.
6
2. Патент RU №2089331, МПК B22D 3/00, 5/00, С21С 5/52.