СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ В ПРОЦЕССЕ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА
METHOD OF ALLOYING OF STEELS AND ALLOYS DURING PROCESS OF ELECTROSLAG REMELTING

Изобретение относится к специальной электрометаллургии и может быть использовано при получении высококачественных легированных сталей и сплавов при электрошлаковом переплаве.
Известен способ легирования электрошлакового металла в процессе переплава, при котором для увеличения степени усвоения легирующих материалов вместе с их окислами подают углерод. При этом усвоение легирующих элементов увеличивается с 5-6 до 40-60% (авт. св. СССР №1585339, кл. С22В 9/18, 15.08.90 г.).
Недостатком известного способа является то, что в начале переплава усвоение легирующих элементов на 15-25% меньше, чем при формировании остальной части слитка, в результате чего увеличивается технологическая обрезь со стороны нижней части слитка.
Известен способ легирования стали при электрошлаковом переплаве, включающий порционную подачу легирующих элементов в плавильное пространство. Масса порций и периоды их подачи зависят от скорости наплавления, массы жидкой металлической ванны, концентрации легирующих элементов в расходуемом электроде, требуемой концентрации элементов в готовом слитке и др. (авт. св. СССР №1420048, кл. С22В 9/18, 30.08.88 г.).
Недостатком известного способа является то, что усвоение легирующих элементов в начале переплава и в процессе переплава разное. В нижней части слитка усвоение легирующих элементов на 15-25% меньше, чем в остальной части слитка.
В качестве прототипа принят способ электрошлаковой выплавки заготовки из стали, легированной титаном, включающий дифференцированную подачу в шлак по ходу плавки раскислителя, при этом первую порцию раскислителя в количестве 1,1-3,5% от общего подают в кристалллизатор до заливки шлака (SU №1387460, кл. С22В 9/18, 30.08.90 г.).
Недостатком известного способа является то, что он относится к переплаву только сталей, легированных титаном, и в нем речь идет не о легировании, а о раскислении флюса, с целью избежать угара титана из стали. Смесь титана и алюминия, имеющих высокое сродство к кислороду, подаваемая на флюс, связывает имеющийся во флюсе кислород. Этот способ для легирования металла элементами, не имеющими высокого сродства к кислороду, не гарантирует равномерного распределения легирующих элементов по сечению слитка в его нижней части.
Задачей изобретения является легирование металла в процессе электрошлакового переплава с равномерным распределением легирующих элементов по слитку и уменьшение обрези нижней части слитка.
Задача решается следующим образом. До начала переплава в кристаллизатор печи в смеси с флюсом засыпают легирующие материалы, каждый в количестве 1-2% от его массы и фракцией 2-3 мм, а остальная часть легирующих материалов в процессе переплава подается через дозатор. Возможно легирование несколькими элементами.
Загрузка части легирующих материалов в смеси с флюсом позволяет увеличить содержание легирующего элемента в нижней части слитка.
Тщательное перемешивание флюса с легирующими материалами перед загрузкой флюса в кристаллизатор необходимо для равномерного распределения его по объему шлаковой ванны, что дает равномерное усвоение легирующих элементов по сечению наплавляемого слитка в нижней его части.
Если загружать флюс и легирующие материалы отдельно, возможна ликвация легирующих по сечению слитка в его нижней части, что увеличит технологическую обрезь.
Загрузка легирующих материалов в количестве 1 -2% позволяет получить содержание легирующего элемента в нижней части слитка такое же, как и по всей высоте слитка.
При загрузке легирующих материалов в количестве менее 1% от массы флюса содержание легирующих элементов в нижней части слитка меньше, чем по всей высоте слитка.
При загрузке легирующих материалов в количестве более 2% от массы флюса содержание легирующих элементов в нижней части слитка больше, чем по высоте слитка.
При фракции легирующих материалов 2-3 мм процент усвоения легирующих элементов в нижней части слитка соответствует его усвоению в остальной части слитка и технологическая обрезь нижней его части не превышает 130 мм.
При фракции легирующих материалов менее 2 мм усвоение легирующих элементов в нижней части слитка меньше, чем в остальной части из-за того, что при загрузке флюса происходит сублимация мелкой фракции.
При фракции легирующих материалов более 3 мм процент усвоения легирующих элементов в нижней части слитка меньше, чем в остальной части из-за недостаточно быстрого их расплавления.
Пример конкретного осуществления
На ОАО «Златоустовский металлургический завод» проведена работа по легированию металла марганцем, кремнием, хромом, ванадием и ниобием в процессе переплава расходуемых электродов на электрошлаковой печи.
Исходные материалы для легирования (феррохром марки ФХ800, марганец металлический, ферросилиций марки ФС65-75, хром металлический, феррованадий марки ВД1-3, феррониобий марки ФНб 55-60) подвергались дроблению и просеиванию через сито с ячейками 2-3 мм. Состав смеси для дозатора состоял из легирующего элемента или ферросплава, содержащего его, порошка алюминия и флюса, используемого для переплава в соотношении 3:1:1. Смесь тщательно перемешивали.
По одному из вариантов легирование металла в процессе плавки производилось через дозатор. Количество легирующего элемента в смеси выбирали из условий содержания его в расходуемом электроде, степени усвоения, массы слитка.
По остальным вариантам кроме подачи легирующего элемента через дозатор его добавляли во флюс. Для этого различное количество легирующего материала после дробления и просеивания через сито перемешивали с флюсом и засыпали в кристаллизатор перед началом плавки.
Результаты опытов приведены в таблицах 1 и 2.
При ЭШП с легированием металла через дозатор без добавления легирующего элемента во флюс перед началом плавки технологическая обрезь нижней части слитка составила 250-300 мм (20%) из-за недостаточного ее легирования.
При ЭШП с легированием металла через дозатор с добавкой легирующего материала менее 1% от массы флюса обрезь нижней части слитка составила 200 мм (13,5%) из-за недостаточного ее легирования.
При ЭШП с легированием металла через дозатор с добавкой легирующих материалов более 2% от массы флюса до начала переплава технологическая обрезь слитка составила 200-250 мм (16%) от нижней части слитка из-за излишнего легирования.
При ЭШП с легированием металла через дозатор с добавлением в рабочий флюс до начала переплава 1-2% легирующего материала от массы флюса легирующий элемент равномерно распределяется по высоте и сечению всего слитка и технологическая обрезь слитка составляет 100-130 мм (8,7%).
Предлагаемый способ позволяет получить увеличение выхода годного металла более чем на 10%.