Спосіб легування сталі вольфрамом

Спосіб легування сталі вольфрамом, що включає присадку в рідку сталь вольфрамвмісного матеріалу, який відрізняється тим, що як вольфрамвмісний матеріал використовується штучний шеєліт, який вводять у рідку сталь сумісно з феросиліцієм при виконанні масового співвідношення m Si/m W =0,5-0,7. Винахід відноситься до чорної металургії зокрема до способів легування сталі. Відомий спосіб легування сталі вольфрамом шляхом присадки у розплав вольфрамового порошку, який отримують відновленням триоксиду вольфраму WO3 вуглецем або воднем [А.Н. Зеликман, Л.С. Никитина, Вольфрам, М. "Металлургия" 1978, с.152-153]. Основним недоліком відомого способу є багатостадійна, енерго- та матеріалоємна технологічна схема виробництва вольфрамового порошку, що включає ряд послідовних операцій, у тому числі отримання штучного шеєліту CaWO 4, вольфрамової кислоти H2WO4, паравольфрамату амонію і чистого триоксиду вольфраму. В результаті відновлення останнього і отримують вольфрамовий порошок, що використовується для виробництва компактного вольфраму або як легуючий елемент при виплавці вольфрамвмісної сталі за відомим способом. Усе вище вказане обумовлює високу вартість легуючого матеріалу і знижує ефективність процесу виплавки вольфрамвмісної сталі. До недоліків відомого способу слід також віднести дуже високу температуру плавлення чистого вольфраму і відповідно високу тривалість його засвоєння рідким металом. Значно більш ефективним слід вважати легування сталі не чистими елементами, а їх сплавами з залізом - феросплавами. Найбільш близьким за технічною сутністю та результатом, що досягається , є спосіб легування сталі вольфрамом шляхом присадки феровольфраму у завалку, в процесі плавлення завалки або після його закінчення, у кількості, необхідній для (19) UA (11) 78107 (21) a200502847 (22) 28.03.2005 (24) 15.02.2007 (46) 15.02.2007, Бюл. № 2, 2007 р. (72) Боженко Дмитро Борисович, Долгов В'ячеслав Володимирович, Король Леонід Наумович, Логозинський Ігор Миколайович, Лоза Володимир Васильович, Лянгузов Ігор Валентинович, Поляков Георгій Анатолійович, Рабінович Олександр Вольфович, Сальников Анатолій Семенович, Тарасьєв Ми хайло Іванович (73) Боженко Дмитро Борисович, Долгов В'ячеслав Володимирович, Король Леонід Наумович, Логозинський Ігор Миколайович, Лоза Володимир Васильович, Лянгузов Ігор Валентинович, Поляков Георгій Анатолійович, Рабінович Олександр Вольфович, Сальников Анатолій Семенович, Тарасьєв Ми хайло Іванович (56) SU, 1 507 843, A1, 15.09.1989 Заявка UA, 2002042895, A, 15.10.02 UA, 71 015, C2, 15.11.2004 RU, 2 044 061, C1, 20.09.1995 RU, 2 184 791, C1, 10.07.2002 RU, 2 186 856, C1, 10.08.2002 C2 2 (13) 1 3 78107 4 одержання марочного складу сталі [В.М. Заморуму шля хом застосування легуючого матеріалу ев, Вольфрам в стали, М. "Металлургиздат" 1962, (штучного шеєліту), виробництво якого крім того с.138-153]. не потребує застосування дефіцитної природної До переваг способу слід віднести його простосировини. Це виробництво із використанням воту і надійність отримання потрібних концентрацій льфрамвмісних відходів вже сьогодні засвоєно вольфраму у сталі. Ступінь засвоєння вольфраму вітчизняною промисловістю. сталлю при цьому досягає 96,5% [В.М. Заморуев, У результаті розширеного пошуку по патентній Вольфрам в стали, М. "Металлургиздат" 1962, і науково-технічній літературі по відповідних рубс.151]. риках МПК й УДК сукупність істотних ознак, цілком Практично єдиним, але суттєвим недоліком або частково збіжних з тою, що пропонується і, що описаного способу легування сталі вольфрамом є дозволяє вирішувати поставлену винахідницьку хоча і менша порівняно з чистим вольфрамом, але задачу, не була виявлена в жодному технічному все ж досить висока вартість феросплаву, що рішенні, отже, запропонований винахід відповідає обумовлюється в значній мірі високою енергоємнікритерію "новизна". стю заключної стадії отримання феровольфраму З відомого рівню техніки сукупність істотних його виплавки (відновлення) з кисеньвмісних споознак даного технічного рішення з очевидністю не лук (штучний шеєліт, вольфрамовий концентрат випливає. Сукупність ознак, які характеризують тощо). відоме рішення не забезпечують досягнення нових Задачею даного технічного рішення є підвивластивостей і лише наявність вказаних відрізнящення ефективності виплавки вольфрамвмісних ючих ознак дозволяє отримати новий технічний сталей, зниження витрат на їх легування шляхом результат. Отже запропонований винахід відповізаміни дорогих і дефіцитних феросплавів більш дає критерію "винахідницький рівень". дешевою і доступною сировиною, що виробляєтьЗапропонований винахід був апробований у ся в Україні, при збереженні високих техніколабораторних умовах Проблемної лабораторії економічних показників процесу легування, зокренових металургійних процесів Національної метама високого і стабільного рівня засвоєння вольфлургійної академії України. Отже запропонований раму сталлю. винахід відповзає критерію „Промислова придатПоставлена задача вирішується тим, що у ність". Це підтверджується прикладом його конкспособі легування силі вольфрамом, який включає ретного здійснення. присадку до неї у процесі або після закінчення Виплавку сталі 15Х5ВФ і легування її вольфплавлення вольфрамвмісного матеріалу, на відмірамом здійснювали у індукційній печі ИСТ-006 з ну від прототипу як вольфрамвмісний матеріал основним тиглем. Маса плавки складала 30кг. Пісвикористовується штучний шеєліт, який вводять у ля повного розплавлення завалки у рідку сталь сталь сумісно з феросиліцієм при виконанні наступрисаджували порошок штучного шеєліту фракції пного масового співвідношення m Si/m W=0,5-0,7. 0,5мм і феросиліцій фракції 1-3мм. Перед присадСутність запропонованого рішення заключакою і через 5 хвилин після легування відбирали ється у суміщенні безпосередньо при виплавці пробу металу для проведення хімічного аналізу. сталі процесів відновлення вольфраму з кисеньвЗасвоєння вольфраму розраховували за формісної сировини (шеєліту) і засвоєння отриманого мулою: вольфраму сталлю (легування вольфрамом). Сумісний ввід до рідкої сталі штучного шеєліту m [W ]2 - m1[W ] 1 hW = 2 і відновника при виконанні вищевказаного співвідmш × 0,63 ношення m Sllm w m Si/m W забезпечує практично повне відновлення вольфраму за реакцією: де hW - засвоєння вольфраму сталлю, %; 2CaWO4+3Si=2W+2CaO·SiO2+2SiO2 m 1, m 2- маса сталі перед та після присаджуПозитивним фактором, що впливає на ефеквання шеєліту, кг; тивність процесу відновлення, є присутність у [W]1 , [W] 2 - фактичний вміст вольфраму в сталі складі шеєліту СаО, який зв'язує SiO2 і зсуває рівперед та після присадки шеєліту, %; новагу реакції вправо. m ш - маса шеєліту, кг; Ступінь засвоєння вольфраму сталлю складає 0,63 - масова доля вольфраму у штучному 90-95мас.%, що знаходиться на рівні наскрізного шеєліті. коефіцієнту його використання при виплавці феМаса шеєліту в усі х випадках складала ровольфраму і легуванні ним сталі. 0,190кг. Вміст вольфраму перед легуванням [W]1 Нами експериментально встановлено, що зназнаходився у межах 0,005-0,008%. чення співвідношення m Si/m W нижче вказаної нижРозрахункова концентрація вольфраму в усі х ньої межи призводить до зменшення ступеню завипадках складала 0,4мас.%. Питому кількість своєння вольфраму сталлю внаслідок кремнію, що додавався у вигляді феросиліцію ранедостатньої кількості відновника (Si). Підвищення зом з шеєлітом, змінювали згідно з запропоновапитомої кількості кремнію до значень m Si/m W вище ним способом таким чином, щоб значення співвідверхньої межи не призводить до скільки-небудь ношення m Si/m W знаходилось у межах і поза значних змін ступеню засвоєння вольфраму, тобто межами, вказаними вище. Для отримання порівняє неефективним. льних з прототипом результатів в одній з плавок Таким чином запропонований спосіб легуванлегування здійснювали присадкою феровольфраня сталі вольфрамом у порівнянні з відомими дає му марки ФВ 75 також на 0,4% W у сталі. змогу виключити необхідність попередньої складРезультати експериментів наведені у таблиці. ної і енергоємної стадії отримання феровольфра 5 78107 6 Таблиця Вміст вольфраму в сталі Кінцева концентрація воль- Засвоєнню № Легуючий матеріал m Si/m W перед легуючого матеріалу, пл. фраму в сталі, [W] 2, % вольфраму, % [W]1 , % 1. ФВ75 0,006 0,382 94,50 2. Штучний шеєліт 0,45 0,006 0,361 89,28 3. Штучний шеєліт 0,50 0,008 0,383 94,33 4. Штучний шеєліт 0,60 0,006 0,378 93,63 5. Штучний шеєліт 0,70 0,005 0,385 95,70 6. Штучний шеєліт 0,75 0,007 0,387 95,73 Як бачимо, засвоєння вольфраму у запропонованому способі і прототипі знаходиться на одному рівні (пл. 1 і 3-5). Зниження значення m Si/m W нижче нижньої межи (пл. 2) призводить до зниження ступеню засвоєння вольфраму внаслідок нестачі відновника, а підвищення m Si/m W вище верхньої межи (пл. 6) є неефективним, оскільки не призводить до покращення результатів процесу. Запропонований спосіб легування сталі вольфрамом був випробуваний у промислових умовах Комп’ютерна в ерстка О. Гапоненко ВАТ „Дніпроспецсталь" при виплавці сталі Х12В із застосуванням вольфрамвмісних відходів. Вміст вольфраму перед присадкою шеєліту складав 0,23%. У готовому металі вміст вольфраму склав 0,68%, що з урахуванням розбавлення за рахунок додаткових присадок легуючих елементів, відповідає засвоєнню вольфраму 0,93, що знаходиться на одному рівні з плавками тієї ж марки сталі при легуванні феровольфрамом (0,92-0,95). Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601