Дріт для легування рідкої сталі ванадієм

Дріт для легування рідкої сталі ванадієм, який складається зі сталевої оболонки та порошкового заповнювача, що містить ванадій та залізо, який відрізняється тим, що заповнювач дроту додатково містить кремній, алюміній, вуглець, марганець, нікель, фосфор, сірку, мідь та миш'як при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: ванадій 70-85 кремній не більше 2,0 алюміній не більше 4,0 вуглець не більше 0,30 марганець не більше 0,50 нікель не більше 0,15 фосфор не більше 0,10 сірка не більше 0,10 мідь не більше 0,10 миш'як не більше 0,10 залізо решта, при цьому відношення між вмістом ванадію та вмістом заліза в складі заповнювача становить величину (2,8-10,5):1, а співвідношення між товщиною сталевої оболонки дроту, в мм, та кількістю порошкового заповнювача в дроті, в мас. долях, знаходиться в межах (0,4-0,9):1. UA (21) a201005530 (22) 06.05.2010 (24) 26.07.2010 (46) 26.07.2010, Бюл.№ 14, 2010 р. (72) ПЕТРОВ МИХАЙЛО ЮРІЙОВИЧ, ДАШКОВСЬКА ОЛЕНА ВОЛОДИМИРІВНА, ПЛЕЦИС ВАДИМ ЮРІЙОВИЧ, КИСІЛЕНКО ВОЛОДИМИР ВАСИЛЬОВИЧ (73) ПЕТРОВ МИХАЙЛО ЮРІЙОВИЧ, ДАШКОВСЬКА ОЛЕНА ВОЛОДИМИРІВНА, ПЛЕЦИС ВАДИМ ЮРІЙОВИЧ, КИСІЛЕНКО ВОЛОДИМИР ВАСИЛЬОВИЧ (56) UA 37563 U, 25.11.2008 UA 53272 A, 15.01.2003 UA 36615 U, 27.10.2008 UA 22782 U, 25.04.2007 UA 22890 U, 25.04.2007 SU 1788031 A1, 15.01.1993 RU 2306346 C2, 20.09.2007 DE 19916234 A1, 07.09.2000 Дюкин Д.А. и др. Технология легирования стали ванадием из порошковой проволоки // Черная металлургия. – 2002. - № 2. - C. 40-42 Каблуковский А.Ф. и др. Легирование стали ванадием с использование порошковой проволоки // Металлург. - 1996. - №1. - C. 21-22. C2 2 (19) 1 3 № 83444. Дріт для легування сталі ванадієм). Цей дріт вибрано в якості прототипу. Як відомо, в промислових умовах отримати сплав ванадію тільки с залізом (без домішок) надзвичайно важко та й занадто дорого, що призведе до значного подорожчання дроту й підвищеним витратам на легування сталі. Невизначеність у вмісті, домішок, які можуть бути присутніми в сплаві, призведе до погіршення якості сталі, що легується дротом, й навіть до технологічного браку при виробництві сталі. В той же час відсутність в складі заповнювача елементів, що знижують температуру розплавлення сплаву ванадію с залізом та сприяють кращому розчиненню ванадію в рідкому розплаві сталі (вуглець, марганець, кремній, алюміній) призводить до того, що при використанні дроту зі сплавом ванадію с залізом, порошковий заповнювач буде мати температуру розплавлення вищу за температуру рідкої сталі й ванадій також не буде встигати розчинятися в локальному об’ємі розплаву, що призведе до виносу його на поверхню, підвищеному вигару й зниженню ефективності процесу легування рідкої сталі ванадієм. В заповнювачі дроту також не визначено співвідношення між ванадієм та залізом, а, як відомо, залізо є основою для отримання сплаву ванадію та заліза і в разі недотримання означених меж співвідношення між цими елементами сплав буде неоднорідним, окремі його частки можуть бути перенасичені ванадієм, а інші містити його недостатньо, що призводить до нестабільних результатів при використанні дроту. Відсутність регламентації в товщині сталевої оболонки та кількістю заповнювача в дроті, призведе при використанні такого коштовного легуючого матеріалу як ванадій до того, що після розплавлення сталевої оболонки в локальному об’ємі розплаву може вивільнитися така кількість ванадію, що не встигне розчинитися в сталі, або навпаки, його буде занадто мало, що призведе до підвищених витрат при використанні дроту й зниженню ефективності його використання. В основу винаходу поставлена задача удосконалення дроту для легування рідкої сталі ванадієм шляхом зміни складу заповнювача введенням до нього додаткових елементів та встановленням означених меж співвідношення як між окремими складовими частками дроту між собою, так і всього дроту в цілому. Рішення цієї задачі дає змогу при використанні дроту стабільно отримувати в середині дроту однорідний заповнювач з рівномірним розподілом всіх складових елементів як в перерізі, так і по довжині дроту з необхідною температурою розплавлення й підвищеними властивостями до швидкого розчинення ванадію в рідкому розплаві сталі, синхронізувати в часі процеси розплавлення сталевої оболонки в локальній зоні, нагріву порошкового заповнювача до температури навколишнього металу та вивільнення саме зазначеної кількості ванадію в розплав, що значно прискорює процес розчинення ванадію в сталі. Це дозволяє підвищити та стабілізувати на високому рівні ступінь засвоєння ванадію, зменшити технологічний брак металу, знизити витрати дроту та підвищити ефективність використання ванадію. 91486 4 Суть винаходу полягає в тому, що в дроті для легування рідкої сталі ванадієм, який складається зі сталевої оболонки та порошкового заповнювача, що містить ванадій та залізо, заповнювач дроту додатково містить кремній, алюміній, вуглець, марганець, нікель, фосфор, сірку, мідь та миш’як при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: ванадій 70-85; кремній не більше 2,0; алюміній не більше 4,0; вуглець не більше 0,30; марганець не більше 0,50; нікель не більше 0,15; фосфор не більше 0,10; сірка не більше 0,10; мідь не більше 0,10; миш’як не більше 0,10; залізо решта, при цьому відношення між вмістом ванадію та вмістом заліза в складі заповнювача становить величину (2,8-10,5):1, а співвідношення між товщиною сталевої оболонки дроту (мм) та кількістю порошкового заповнювача в дроті (долі) знаходиться в межах (0,4-0,9):1. Загальними з прототипом суттєвими ознаками є: - сталева оболонка; - порошковий заповнювач, що містить ванадій та залізо. Суттєвими ознаками, що відрізняються від прототипу, є: - заповнювач дроту додатково містить кремній, алюміній, вуглець, марганець, нікель, фосфор, сірку, мідь та миш'як при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: ванадій 70-85; кремній не більше 2,0; алюміній не більше 4,0; вуглець не більше 0,30; марганець не більше 0,50; нікель не більше 0,15; фосфор не більше 0,10; сірка не більше 0,10; мідь не більше 0,10; миш’як не більше 0,10; залізо решта, - відношення між вмістом ванадію та вмістом заліза в складі заповнювача становить величину (2,8-10,5):1; - співвідношення між товщиною сталевої оболонки дроту (мм) та кількістю порошкового заповнювача в дроті (долі) знаходиться в межах (0,40,9):1. Наведені вище ознаки є необхідними й достатніми для всіх випадків, на які розповсюджується область застосування винаходу. Між суттєвими ознаками і технічним результатом - підвищенням та стабілізацією на високому рівні ступеня засвоєння ванадію, зменшенням технологічного браку металу, зниженням витрат дроту та підвищенням ефективності використання ванадію - існує причинно-наслідковий зв'язок, який пояснюється наступним чином. Дріт зі всіма означеними межами співвідношення як між окремими складовими частками, так і в цілому, стабільно 5 занурюється в ківш з рідкою сталлю на достатню глибину. В локальній зоні взаємодії з розплавом сталева оболонка розплавляється, порошковий заповнювач вивільняється й ванадій починає розчинятися в об'ємі рідкої сталі, підвищуючи вміст до необхідної величини хімічного аналізу заданої марки сталі. Присутність в складі заповнювача в зазначених межах таких елементів як вуглець, марганець, кремній, алюміній дозволяє знизити температуру розплавлення сплаву ванадію с залізом й сприяє більш швидкому розчиненню ванадію в локальній зоні рідкого розплаву сталі. В разі відсутності вказаних елементів в зазначених межах порошковий заповнювач буде мати температуру розплавлення вищу за температуру рідкої сталі й ванадій не буде встигати розчинятися в локальному об'ємі розплаву, що призведе до виносу його на поверхню, підвищеному вигару й зниженню ефективності процесу легування рідкої сталі ванадієм. Як відомо, в промислових умовах отримати сплав ванадію тільки с залізом (без домішок) надзвичайно важко та й занадто дорого, що призведе до значного подорожчання дроту й підвищеним витратам на легування сталі. Наявність та визначені межі вмісту в складі заповнювача таких домішок як нікель, фосфор, сірка, мідь та миш'як з одного боку дозволяє використовувати при виробництві дроту недефіцитні матеріали як (наприклад - ферованадій), а з другого використовувати дріт при легуванні спеціальних марок сталі з дуже низьким вмістом домішок (сірки 0,003%, загальний вміст нікелю, фосфору, сірки, міді та миш'яку 0,05%). Невизначеність у вмісті вказаних домішок може призвести до погіршення якості сталі, що легується дротом по вмісту ванадію, й навіть до технологічного браку при виробництві сталі. Визначене відношення між вмістом ванадію та вмістом заліза в складі заповнювача в межах (2,8-10,5):1 дозволяє стабільно отримувати в середині дроту однорідний заповнювач з рівномірним розподілом всіх складових елементів як в перерізі, так і по довжині дроту. В разі недотримання означених меж співвідношення між цими елементами сплав буде неоднорідним, окремі його частки можуть бути перенасичені ванадієм, а інші містити його недостатньо, що призводить до нестабільних результатів при використанні дроту. Співвідношення між товщиною сталевої оболонки дроту (мм) та кількістю порошкового заповнювача в дроті (долі) в межах (0,4-0,9):1 обумовлене синхронізацією процесу розплавлення сталевої оболонки, нагріву порошкового заповнювача до температури навколишнього металу й вивільненням в локальній зоні розплаву саме такої кількості ванадію, що встигне розчинитися в сталі. Все це дозволяє значно підвищити й стабілізувати на високому рівні ступінь засвоєння ванадію, зменшуючи його вигар. Якщо відношення між товщиною сталевої оболонки дроту (мм) та кількістю порошкового заповнювача в дроті (долі) буде більше, ніж 0,9:1, порошковий заповнювач вивільнятиметься в розплав з температурою нижчою, ніж у навколишнього металу і будуть додаткові втрати на підігрів та розчинення матеріалу, що містить ванадій, зниження температури сталі в ковші, та, як наслідок, зниження ефек 91486 6 тивності використання ванадію. До того ж заповнювача буде занадто мало, що призведе до підвищених витрат при використанні дроту й зниженню ефективності його використання. Якщо ж вказане співвідношення буде менше, ніж 0,40:1, це призведе до виготовлення дроту з тонкою оболонкою й при його використанні оболонка розплавлятиметься на недостатній глибині, порошковий заповнювач вивільнятиметься в розплав в надмірній кількості в верхніх шарах металу, ванадій не встигатиме розчинитися в сталі, що призведе до зниження ступеня засвоєння ванадію і, як слід, зниженню ефективності використання ванадію, підвищеним витратам дроту. Процес обробки рідкої сталі дротом зі всіма вказаними параметрами перебігає спокійно, без викидів та виносу порошку на поверхню, стабільно забезпечуючи високий рівень засвоєння ванадію й необхідний його вміст в сталі на заданій нижній межі. Проведений аналіз показав, що винахід, який заявляється, має новизну та винахідницький рівень й саме зазначена сукупність суттєвих ознак забезпечує технічний результат - підвищення та стабілізація на високому рівні ступеня засвоєння ванадію, зменшення технологічного браку металу, зниження витрат дроту та підвищення ефективності використання ванадію. Готують порошковий дріт наступним чином. Сталеву стрічку профілюють в жолобоподібну оболонку. Дозованими порціями з бункеру заповнюють оболонку порошком, що містить ванадій, залізо та інші зазначені елементи, який рівномірно розподіляється по жолобу оболонки. Потім за допомогою роликових клітей обтискають оболонку і формують замок. Готовий дріт намотується на котушку і поставляється у відділення обробки сталі. На одному з металургійних підприємств в сталеплавильному цеху проведено випробування запропонованого дроту. В кисневому конверторі виплавляють сталь 10Г2ФБ (межі вмісту ванадію 0,05-0,09%), випускають в 150-тонний ківш та передають на установку позапічної обробки, яка обладнана трайбапаратами для введення дроту, де проводять розкислення, усереднювальну продувку та інші необхідні технологічні дії. Потім відбирають пробу металу, визначають вміст в металі ванадію й розраховують ту кількість ванадію, що необхідно ввести у ківш у вигляді порошкового дроту. Після цього за допомогою трайбапарату вводять порошковий дріт 13мм в оболонці із сталі 08пс (товщина оболонки 0,45 мм) із заповненням матеріалом, що містить наступні елементи, мас. %: ванадій 81,0, кремній - 1,5, алюміній - 1,5, вуглець - 0,3, марганець - 0,4, нікель - 0,10, фосфор - 0,05, сірка - 0,05, мідь - 0,05, миш'як - 0,05, залізо - 15,0. Заповнення дроту складає 420 г/м, вміст заповнювача в дроті - 0,75 (долі) або 75 %, вміст ванадію 60,8 %. Співвідношення між товщиною сталевої оболонки дроту (мм) та кількістю порошкового заповнювача в дроті (долі) становило 0,6:1. Відношення між вмістом ванадію та вмістом заліза в складі заповнювача складало величину 5,4:1. Вводять 200 м дроту (0,75 кг/т). Перед введенням дроту вміст ванадію в сталі був 0,007 % Приріст 7 91486 вмісту ванадію в готовому металі склав 0,0448 % й вміст ванадію в готовому металі становив 0,0518 %, причому випадів по вмісту ванадію на нижній межі не було. Проведено 20 обробок. Мінімальний ступінь засвоєння ванадію склав 95 %, середній 98,8 %, технологічний брак був відсутній. На цій же установці позапічної обробки металу обробляли сталь 10Г2ФБ порошковим дротом з заповненням сплавом ванадію (72 %) та заліза (28 %), відношення між вмістом ванадію та вмістом заліза - 2,6:1. Заповнення дроту 13 мм (товщина оболонки 0,33 мм) складало 460 г/м, вміст заповнювача в дроті - 0,87 (долі) або 87 %, вміст ванадію - 62,6 %. Співвідношення між товщиною ста Комп’ютерна верстка В. Мацело 8 левої оболонки дроту (мм) та кількістю порошкового заповнювача в дроті (долі) становило 0,38:1. Ступінь засвоєння ванадію на порівнювальних обробках складав 77-100 %, що призвело в трьох випадках до випаду по вмісту ванадію від заданої нижньої межі й технологічного браку металу - 2,4 %. Для внесення в готовий метал такої ж кількості ванадію, як і у винаходу, що заявляється, із гарантованим забезпеченням заданого вмісту ванадію в сталі витрати цього дроту становили 0,98 кг/т, або були вищими на 30,7 %. До того вартість дроту внаслідок використання в заповнювачі коштовного сплаву ванадію та заліза (без домішок) була на 45 % вищою. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601