Спосіб легування сталі

УКРАЇНА (19) UA (51) 7 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ Д ЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛ ЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ (11) 71015 (13) C2 C21C5/56,C21C7/00,C22C33/06 ОПИС ДО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД (54) СПОСІБ ЛЕГУВАННЯ СТАЛІ 1 (13) де: Ті - температура розплаву при введенні оксиду ітого легуючого елементу, °С; Тст - початкова температура розплаву, °С; ki - коефіцієнт пропорційності, який враховує кінетику відновлення і-того легуючого елементу, (кг * °С) / МДж; ΔΗi - питомий ендотермічний ефект відновлення ітого легуючого елементу, МДж / Кмоль; ni - сте хіометричний коефіцієнт за реакцією відновлення і-того легуючого елементу; Аi - а томна маса і-того легуючого елементу; ti - час підтримання температури розплаву, встановленої при введенні оксиду і-того легуючого елементу, с; m - маса розплаву, кг; a i - процентний вміст і-того легуючого елементу в розплаві, %; N - теплова потужність сталеплавильного агрегату, МДж / с; а величину тиску над розплавом встановлюють вище величини тиску насичених парів найбільш леткого легуючого елементу. 2. Спосіб легування сталі за п.1, який відрізняється тим, що величину тиску над розплавом встановлюють шля хом регульованого дроселювання відхідних газів. C2 DHi m × ai × , ni × Ai 100 × N 71015 ti = гуючих елементів в розплаві в силу їх легких властивостей. Зазначену проблему вирішують різними способами, зокрема, розташуванням легуючої шихти в агрегаті, керуванням режимом продувки металу, регулюванням температури розплаву в сталеплавильному агрегаті, застосуванням матеріалів, що містять легуючі елементи тощо. Однак проблема, в повній мірі, залишається не вирішеною. Так є відомим спосіб легування сталі за заявкою Російської Федерації № 95100020, МКВ (19) Винахід належить до чорної металургії, а саме, до способів обробки розплавленого металу і може бути використаний при легуванні сталей. В сучасних процесах легування сталей з використанням оксидів легуючих елементів існує проблема більш повного витягу легуючи х елементів з початкового матеріалу з причини їх нераціонального відновлення, що відбувається в умовах одночасного їхнього застосування, що спричиняє винос легуючи х елементів шлаковим розплавом, і неможливості повного утримання вже відновлених ле UA (11) (21) 2002010211 (22) 08.01.2002 (24) 15.11.2004 (46) 15.11.2004, Бюл. № 11, 2004 р. (72) Кравцов Владлен Васильович, Купін Володимир Миколайович (73) Кравцов Владлен Васильович, Купін Володимир Миколайович (56) RU 2051180 C1, 27.12.1995 SU 1044641 A, 30.09.1983 RU 2031137 C1, 20.03.1995 RU 2140994 C1, 10.11.1999 SU 1094349 A1, 27.03.1996 (57) 1. Спосіб легування сталі, що включає продування розплаву, введення в розплав рудних матеріалів, які містять оксиди легуючих елементів, і регулювання температури розплаву, який відрізняється тим, що введення в розплав рудних матеріалів, які містять оксиди легуючи х елементів, виконують послідовно, за зростанням питомого ендотермічного ефекту відновлення, регулювання температури розплаву виконують шляхом ступінчастого підвищення температури розплаву в міру введення рудних матеріалів, які містять оксиди легуючи х елементів, за залежністю: k DH Ti = Tст + i i , ni Ai де зазначену температур у розплаву підтримують після введення оксиду і-того легуючого елементу протягом часу, який визначають за залежністю: 2 3 71015 4 С21С7/00, пріоритет від 05.01.1995, що включає рахунок його стартової частини, введення в розобробку металу шлаком, введення в розплав окплав сумісно з газом, що вдувають, рудних матесидів легуючи х елементів, а саме оксидів марганріалів, що містять оксиди легуючих елементів і цю і кремнію і додаткове введення оксидної суміші регулювання температури розплаву. Разом з заліз відновлювачем, що містить кремній. Марганець зорудним концентратом в стартовий шлаковий відновлюють кремнієм, алюмінієм, розчиненим в розплав вдувають відповідну кількість рудних маметалі і витримують сталь в ковші під шлаком, теріалів, що містять оксиди легуючих елементів. утвореним після відновлення марганцю, що доРідку ванну створюють із стартових розплавів стазволяє підвищити якість легованої сталі за рахунок лі і хімічно рівноважного з нею сталеплавильного збільшення місткості марганцю, зниження місткості шлаку. При цьому в ванні створюють технологічні алюмінію і неметалевих включень на основі глиноокислювальну і відновлювальну зони, через які по зему. замкнутому контуру пересувають по поверхні розЗагальними ознаками відомого способу і ріплаву сталі стартовий шлаковий розплав шляхом шення, що заявляється є введення в розплав окдинамічного впливу на нього струменями факелу сидів легуючи х елементів. горіння палива в газі, що містить кисень. Тепло, Обробка металу шлаком, відповідно до зазнанеобхідне для проведення процесу відновлення, ченого способу, а також додаткове введення оксипередають в зону відновлення за допомогою шладної суміші з відновлювачем, що містить кремній кового розплаву, шляхом перегріву розплаву віддозволяє підвищити якість легованої сталі за раносно температури рідкої сталі. Після перегріву хунок збільшення місткості марганцю, зниження шлакового розплаву, його масу з зони відновлення місткості алюмінію і неметалевих включень на осзнову спрямовують до зони окислення для провенові глинозему, однак одночасне введення в роздення чергового технологічного циклу, виключаюплав оксидів легуючих елементів, що мають різний чи тим самим витрату тепла на виготовлення стапитомий ендотермічний ефект і різну температуру ртового шлакового розплаву, що використовують в відновлення, і сумісне їх відновлення в розплаві якості теплогенератора, який пересувають в цирведе до виносу частки легуючи х елементів з об'куляційному режимі по замкнутому технологічному єму металу шлаковим розплавом, що тягне за соконтуру, що дозволяє знизити витрати палива при бою додаткові витрати легуючого матеріалу. отриманні сталі за рахунок двозонного технологічЄ також відомим спосіб легування сталі за заного процесу. явкою Російської Федерації №95100956, МКВ: Загальними ознаками прототипу і способу, що С21С5/04, пріоритет від 03.02.1995, що включає заявляється є продувка розплаву, введення в розпродувку розплаву, введення в розплав оксидів плав рудних матеріалів, які містять оксиди легуюлегуючи х елементів, регулювання температури чих елементів і регулювання температури розпларозплаву, вистилання подини ванни дрібним скраву. пом, завантаження карбюраторі, завантаження Рішення по прототипу дозволяє виключити вичастки скрапу і завантаження решти ши хти. В розтрати тепла на виготовлення стартового шлаковоплаві утворюють дві або більше зон перегріву і го розплаву за рахунок створення в агрегаті дво"холодну" зону, причому холодну зону утворюють зонного технологічного циклу легування сталі, оду середині ванни, а карбюратор завантажують в нак при одночасному і сумісному відновленні в зони, що розташовані між зонами перегріву і холорозплаві легуючих елементів, що мають різний дною зоною. Оксиди легуючи х елементів і розкиспитомий ендотермічний ефект і різну температуру люючі елементи завантажують на карбюратор, над відновлення, частка легуючих елементів перехокарбюратором завантажують шлакоутворюючі, що дить з об'єму метала до шлаку, а частка - за рахудозволяє узгодити оптимальні умови прогріву і нок їх летучи х властивостей - до атмосфери, раплавлення шихти з процесами відновлення легуюзом з газами, що відходять, що приводить до дочих елементів і сприяє процесу насичення розпладаткових витрат легуючого матеріалу. ву вуглецем. В основу винаходу поставлено задачу удоскоЗагальними ознаками відомого способу і ріналення способу легування сталі шляхом оптимішення, що заявляється є продувка розплаву, ввезації процесу відновлення кожного легуючого еледення оксидів легуючи х елементів в розплав і ременту, з тим, щоб забезпечити більш повний витяг гулювання температури розплаву. легуючи х елементів з, рудних матеріалів і зниженТехнологічний порядок завантаження шихтоня виносу легуючи х елементів з розплаву, що дових матеріалів по зонах печі відомого способу дозволяє здійснювати легування сталі з мінімальнизволяє сприяти процесу насичення розплаву вугми витратами рудної сировини і, тим самим, знилецем, однак одночасне введення в розплав оксизити собівартість легованої сталі. дів легуючих елементів, що мають різний питомий Поставлена задача вирішується тим, що в ендотермічний ефект і різну температуру відновспособі легування сталі, що включає продувку лення, і сумісне їх відновлення в розплаві спричирозплаву, введення в розплав рудних матеріалів, няє винос частки легуючих елементів з об'єму меякі містять оксиди легуючих елементів, і регулюталу шлаковим розплавом, що веде до додаткових вання температури розплаву, згідно до винаходу, витрат легуючого матеріалу. введення в розплав рудних матеріалів, які містять За прототип прийнято спосіб легування сталі оксиди легуючи х елементів, виконують послідовза патентом Російської Федерації № 2051180, МКВ но, за зростанням питомого ендотермічного ефекС21С5/56, пріоритет від 18.09.90, що включає проту відновлення, регулювання температури розпладувк у розплаву газом, що містить кисень з многокву виконують шляхом ступінчастого підвищення ратним збільшенням маси шлакового розплаву за температури розплаву в міру введення рудних 5 71015 6 матеріалів, які містять оксиди легуючи х елементів, виконання. за залежністю: Спосіб легування сталі включає продувку розплаву, введення в розплав рудних матеріалів, що k iDHi Ti = Tст + , містять оксиди легуючи х елементів, за зростанням niA i питомого ендотермічного ефекту відновлення лезазначену температуру розплаву підтримують пісгуючих елементів, ступінчасте підвищення темпеля введення оксиду і-того легуючого елементу ратури розплаву, в міру введення рудних матеріапротягом часу, який визначають за залежністю: лів, що містять оксиди легуючих елементів за заDHi m × ai лежністю: ti = × , ni × Ai 100 × N k DH Ti = Tст + i i , де: niA i Τі- температура розплаву при введенні оксиду підтримування зазначеної температури розплаву ί-того легуючого елементу; після введення оксиду і-того легуючого елементу Тст - початкова температура розплаву; протягом часу, який визначають за залежністю: kі - коефіцієнт пропорційності, враховуючий кіDHi m × ai нетику відновлення і-того легуючого елементу; ti = × , ni × Ai 100 × N ΔΗі - питомий ендотермічний ефект відновлення ί-того легуючого елементу; де: ni - стехіометричний коефіцієнт по реакції відΤі - температура розплаву при введенні оксиду новлення і-того легуючого елементу; і-того легуючого елементу; Аі - а томна вага і-того легуючого елементу; Тст - початкова температура розплаву; kі - коефіцієнт пропорційності, враховуючий кіtі - час підтримання температури розплаву, встановленої при введенні оксиду і-того легуючого нетику відновлення і-того легуючого елементу; ΔΗі - питомий ендотермічний ефект відновелементу; лення і-того легуючого елементу; m - маса розплаву; ni - стехіометричний коефіцієнт по реакції відa i- процентний вміст і-того легуючого елеменновлення і-того легуючого елементу; ту в розплаві; Аі - а томна вага і-того легуючого елементу; N - теплова потужність сталеплавильного агtі - час підтримання температури розплаву, регату, встановленої при введенні оксиду і-того легуючого а величину тиску над розплавом встановлюють елементу; вище величини тиску насичених парів найбільш m - маса розплаву; леткого легуючого елементу. Перераховані ознаки складають сутність винаa i - процентний вміст і-того легуючого елеменходу і забезпечують досягнення технічного рету в розплаві; зультату: більш повний витяг легуючи х елементів з N - теплова потужність сталеплавильного агрудних матеріалів і зниження виносу легуючих регату, елементів з об'єму металу. і встановлення тиску над розплавом вище величиДоцільно величину тиску над розплавом встани тиску насичених парів найбільш леткого легуюновлювати шля хом регульованого дроселювання чого елементу. газів, що відходять. Спосіб здійснюють таким чином. Стартовий Причинно-наслідковий зв'язок істотних ознак розплав, в склад якого входять залізо і шлаковинаходу і те хнічного результату, що досягається, утворюючі флюси, продувають інертним газом, що виявляється в наступному. Особливістю рішення, забезпечує барботування розплаву і насичують що заявляється є те, що продувка розплаву, вверозплав відновлювачем, в якості якого використодення в розплав рудних матеріалів, що містять вують вуглець, шляхом вдування в розплав вугіоксиди легуючих елементів, за зростанням питольного порошку за допомогою інертного газу. Для мого ендотермічного ефекту відновлення легуюотримання певної марки сталі з використанням чих елементів, ступінчасте підвищення температудекількох легуючи х компонентів, в насичений вугри розплаву, в міру введення рудних матеріалів, лецем розплав за допомогою нагнітання інертного що містять оксиди легуючи х елементів з підтримугазу диспергують перший рудний матеріал, що ванням заданої температури після введення рудмістить оксид легуючого елементу, який має найного матеріалу, що містить оксид і-того легуючого менший питомий ендотермічний ефект відновленелементу в розплав за зазначеними залежностями ня. В міру введення зазначеного матеріалу в розі встановлення над розплавом тиску вище величиплав, підвищують температуру розплаву до велини тиску насичених парів найбільш леткого легуючини, що забезпечує відновлення введеного легучого елементу, дозволяє в процесі легування сталі ючого елементу і підтримують зазначену темперастворити оптимальні умови для відновлення кожтуру розплаву протягом часу, необхідного для його ного легуючого елементу і утримання відновлених відновлення. Величину температури розплаву для легуючи х елементів в розплаві за рахунок керувідновлення введеного легуючого елементу і час її вання технологічними режимами температури і підтримання вираховують по зазначеним вище тиску в сталеплавильному агрегаті, що забезпечує залежностям. При цьому над розплавом шляхом більш повний витяг легуючи х елементів з рудних регульованого дроселювання газів, що відходять, матеріалів і зниження виносу легуючи х елементів враховуючи нагнітання інертного газу, встановлюз розплаву. ють величину тиску вище величини тиску насичеНижче наводиться опис способу, що заявляних парів при відновленні найбільш леткого·з усіх ється з наведенням конкретних прикладів його легуючи х елементів, які мають бути введені і під 7 71015 8 тримують зазначену величину тиску протягом Далі виконують введення в розплав решту р удних всього циклу. Після завершення відновлення перматеріалів, які містять оксиди легуючих елементів шого легуючого елементу, який має найменший за таким самим принципом. питомий ендотермічний ефект відновлення, в розНижче наводяться таблиці, в яких представплав вводять рудний матеріал, що містить оксид лені конкретні приклади технологічного процесу легуючого елементу, який має наступний за зрослегування для отримання марок сталі: 10ХСНД танням питомий ендотермічний ефект відновлення (Таблиця 1) і 10Г2С1 (Таблиця 2) в 100-тонному і виконують зазначені вище технологічні операції. агрегаті при тепловій потужності N=90Мдж/с Таблиця 1 Оксиди легуючи х елементів, n i, ΔΗі, в порядку відносна їх введен- Мдж/Кмоль одиниця ня в розплав 1. СuО 2. NiO 3. МnО 4. Сг2О 3 5. SiO2 49 152 287 780 635 2 1 1 2 1 Аі, кг kі, кгС°/Мдж Ті, С° tі, сек. 63,5 58,7 55,0 52,0 28,0 10 10 10 10 10 1454 1476 1500 1525 1700 5 29 56 83 274 Величина Величина тиску над тиску насичених розплавом парів ле- протягом всього цигуючих клу, елементів, МПа МПа (const.) 0,20 0,25 0,45 0,30 0,40 0,35 Таблиця 2 Оксиди легуючи х елементів, n i, ΔΗі, в порядку відносна їх введен- Мдж/Кмоль одиниця ня в розплав 1. МnО 2. SiO2 287 635 2 1 Аі, кг kі, кгС°/Мдж Ті, С° t, сек. 55,0 28,0 10 10 1500 1700 112 274 Порівняльний з прототипом аналіз дозволяє зробити висновок, що спосіб легування сталі, який пропонується, відрізняється тим, що базується на принципово новому те хнологічному рішенні проблеми подачі в розплав і відновлення в розплаві легуючи х елементів, які містяться в рудних матеріалах, пов'язаної з запобіганням втрати частки легуючи х елементів. Це рішення полягає в тому, Комп’ютерна в ерстка Р. Ціхановський Величина Величина тиску над тиску насичених розплавом парів ле- протягом всього цигуючих клу, елементів, МПа МПа (const.) 0,30 0,40 0,35 що керування технологічними режимами температури і тиску в сталеплавильному агрегаті в процесі легування сталі дозволяє створити оптимальні умови для відновлення кожного легуючого елементу і утримання відновлених легуючи х елементів в розплаві, що забезпечує більш повний витяг легуючих елементів з рудних матеріалів і зниження виносу легуючи х елементів з розплаву. Підписне Тираж 38 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, Льв івська площа, 8, м. Київ , МСП, 04655, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601