Лігатура nі-mо для виплавки сплавів на нікелевій основі

Реферат: Лігатура для виплавки сплавів на нікелевій основі містить нікель, молібден, марганець, кремній і залізо та додатково містить алюміній. UA 107121 U (54) ЛІГАТУРА Nі-Mо ДЛЯ ВИПЛАВКИ СПЛАВІВ НА НІКЕЛЕВІЙ ОСНОВІ UA 107121 U UA 107121 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до чорної металургії і може бути використана при отриманні матеріалів, необхідних для виплавки сплавів на нікелевій основі. Відомий прецизійний сплав 79 НМ (ГОСТ 10994-74, ТУ 2545-78. Інструкція по виплавці прецизійного сплаву 79 НМ в основній індукційній печі ємністю 8 т. згідно з ТІ 143-СУ-6-83 Збірник технологічних інструкцій по виплавці і розливанню жароміцних, прецизійних сталей і сплавів в дуговій і індукційних печах МЧМ СРСР. Завод "Дніпроспецсталь", місто Запоріжжя, 1983. - с. 192), який містить компоненти в наступному співвідношенні, мас. %: нікель 78,5-80,5 молібден 3,8-4,1 марганець 0,6-1,1 кремній 0,3-0,5 залізо решта. Прецизійний сплав 79 НМ має високі магнітні властивості і застосовується для виробництва холоднокатаних штабів. Проте даний прецизійний сплав з погляду ресурсо- і енергозбереження має ряд недоліків, до суттєвих слід віднести: - висока витрата технологічної енергії за рахунок тривалого часу розчинення легуючих металевих матеріалів в процесі його виробництва; - в процесі виплавки виключається можливість утилізації дорогих легуючих елементів з висококонцентрованих дрібнодисперсних оксидних і частково окислених тугоплавких відходів власного виробництва, що здорожує переділ виплавки сплаву; - у зв'язку з високою ціною легуючих матеріалів на основі нікелю і молібдену на легування, значно дорожчає виплавка сплаву за рахунок використання "свіжих" дорогих металевих легуючих елементів (електролітичного нікелю і молібдену в штабиках). Відомий дріт для легування сталі молібденом (Патент UA № 45245, С21С 7/00. Заявл. 07.09.2009 № U200908379, публ. 26.10.2009. Бюл. № 20), що містить металеву оболонку, наповнену гідроновим наповнювачем, який є подрібненим до частинок заданого розміру сплав молібдену і заліза - феромолібден із вмістом молібдену 40-87 %, а наповнення металевої 3 оболонки порошковим наповнювачем складає від 200 до 1150 г/м при співвідношенні компонентів, мас. %: металева оболонка - 15-50; порошковий наповнювач у вигляді частинок заданого розміру сплав молібдену і заліза (феромолібден) - залишок. Феромолібден дозволяє легувати розплав молібденом, підвищуючи кількість молібдену до необхідної консистенції, відповідно хімічного складу марки сталі. Проте даний дріт для легування сталі з позиції технологічності і ефективності отримання і використання для легування розплаву молібденом має ряд недоліків, до яких слід віднести: - нетехнологічність отримання легуючого матеріалу на основі молібдену за рахунок додаткових витрат на подрібнення феромолібдену і виготовлення дроту з наповнювачем: - використання стандартного феромолібдену при виплавці сталі підвищує витрату "свіжих" феросплавів, що збільшує показники собівартості переділу виплавки сталі; - відсутні при отриманні і використанні легуючого матеріалу компоненти вторинної сировини і техногенних відходів, які містять молібден, що істотно знижує ефективність легування сталі; - легування розплаву сталі стандартним компактним плавленим феромолібденом збільшує час розчинення молібдену і підвищує витрати на технологічну енергію. Найбільш близьким за сукупності ознак до лігатури, що заявляється, є лігатура для виплавки сплавів на нікелевій основі (Патент UA № 18365, С22С 35/00. Заявл. 24.09.93 № 95320911, опубл. 25.12.97. Бюл. № 6), яка містить, мас. %: нікель - 60-85, молібден - 3,5-16,0, марганець - 1,2-6,6, кремній - 0,6-5,0, залізо - решта, яка дозволяє підвищити ступінь використання легуючих елементів, приводить до скорочення часу плавки і зниження чаду молібдену. Проте дана лігатура має недоліки, до яких належать: - відносно низький ступінь використання легуючих елементів за рахунок відсутності у складі лігатури легкоплавких елементів і розкислювачів, які забезпечують скорочення тривалості легування розплаву тугоплавкими елементами і зниження їх чаду; - знижується ефективність використання легуючих елементів з вторинної сировини і техногенних відходів за рахунок недостатнього повного їх використання як при отриманні лігатури, так і при виплавці прецизійних сплавів; - знижується ступінь використання матеріалів і технологічної енергії, що приводить до високої собівартості виплавки лігатури. В основу корисної моделі поставлена задача розробки складу Ni-Mo лігатури для виплавки сплавів на нікелевій основі шляхом додаткового введення в її склад алюмінію, що підвищує 1 UA 107121 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ступінь використання легуючих елементів і знижує собівартість переділу виплавки прецизійного сплаву. Для вирішення поставленої задачі лігатура Ni-Mo для виплавки сплавів на нікелевій основі, що містить нікель, молібден, марганець, кремній і залізо, згідно з корисною моделлю додатково містить алюміній за наступним співвідношенням компонентів, мас. %: нікель 42,0-87,0 молібден 2,7-19,0 марганець 1,0-4,4 кремній 1,2-4,8 алюміній 0,5-3,3 залізо решта. Розширення меж вмісту нікелю і молібдену до 42,0-87,0 і 2,7-19,0 мас. %, відповідно, пов'язано з розширенням меж витратних коефіцієнтів і підвищенням ступеня використання тугоплавких елементів при виплавці лігатури з використанням вторинної сировини і техногенних відходів різних джерел утворення. Зміна співвідношення розкислювачів марганцю і кремнію до 1,0-4,4 і 1,2-4,8 мас. %, відповідно, викликано додатковим введенням до складу лігатури більш активного розкислювача алюмінію в межах 0,5-3,3 мас. % для глибинного розкислювання розплаву лігатури і зниження окислювального потенціалу при виплавці прецизійного сплаву за рахунок підвищеного їх залишкового вмісту щодо стехіометрії. Зниження вмісту нікелю в лігатурі нижче за нижню граничну межу 42,0 мас. % приводить до дорожування переділу виплавки прецизійного сплаву, оскільки кількість нікелю, яка бракує до заданого хімічного складу сплаву необхідно заповнювати (згідно з технологічною інструкцією ТІ 143-СИ-6-83, що діє) електролітичним листовим нікелем високої чистоти, що значно підвищує вартість цільового продукту. Підвищення вмісту нікелю вище за верхню граничну межу 87,0 мас. % обмежує витратні коефіцієнти лігатури на виплавку прецизійного сплаву і це знижує ступінь утилізації нікелю з техногенних відходів металургійного і оброблювального переділів. Якщо вміст молібдену в лігатурі нижчий за нижню граничну межу 2,7 мас. % при виплавці прецизійного сплаву з її застосуванням, тоді доведення до заданого хімічного складу по молібдену, згідно з технологічною інструкцією, що діє, необхідно проводити молібденом металевим в штабиках, що здорожує виплавку сплаву. Перевищення вмісту молібдену в лігатурі вище за верхню граничну межу 19,0 мас. % значно обмежує витрату лігатури при виплавці прецизійного сплаву, що, у свою чергу, знижує ступінь утилізації молібдену з техногенних відходів і здорожує легування розплаву сплаву молібденом. Зниження вмісту марганцю в лігатурі нижче за нижню граничну межу 1,0 мас. % вимагає для розкислювання і легування розплаву сплаву марганцем із залишковим вмістом марганцю 0,61,0 мас. % додаткової витрати металевого марганцю не гірше за марку МР-1 по ГОСТ 6008-75. Перевищення вмісту марганцю в лігатурі Ni-Mo вище за верхню граничну межу 4,4 мас. % приводить до обмеження витратних коефіцієнтів по марганцю і підвищеному чаду марганцю за рахунок атмосфери печі. Залишковий вміст кремнію в прецизійному сплаві 79 НМ, для використання при виплавці сплаву розробленої Ni-Mo лігатури, знаходиться в межах 0,30-0,50 мас. %. Зниження вмісту кремнію нижче за нижню граничну межу 1,2 мас. % приводить до неповноцінного розкислювання розплаву сплаву і підвищеного чаду тугоплавких елементів. Підвищення вмісту кремнію в лігатурі вище за верхню граничну межу 4,8 мас. % пов'язано із зниженням питомої витрати лігатури і підвищенням чаду кремнію в розплаві сплаву. Залишковий вміст алюмінію в сплаві не має жорстких обмежень згідно з технологічною інструкцією щодо виплавки прецизійних сплавів. Алюміній введено до складу Ni-Mo лігатури для глибинного дифузійного розкислювання розплаву сплаву і поліпшення його якості. Зниження вмісту алюмінію нижче за нижню граничну межу 0,5 мас. % при відповідних витратних коефіцієнтах на виплавку сплаву не робить помітного впливу на розкислення рідкого металу у ванні печі. Вміст алюмінію в лігатурі вище 3,3 мас. % приводить до підвищеного чаду алюмінію і підвищеного утворення тугоплавкого глиноземного шлаку. ПРИКЛАД. Випробувані дослідні партії розробленого складу лігатури Ni-Mo для виплавки сплавів на нікелевій основі. Виплавку лігатури проводили в електропечі ДСВ-8 з основною футеровкою відповідно до технологічної інструкції з доповненнями (Інструкція по виплавці прецизійного сплаву 79НМ в основній дуговій печі ТІ 143-СИ-6-83, Збірник технологічних інструкцій по виплавці і розливанню жароміцних, прецизійних сталей і сплавів в дуговій і 2 UA 107121 U 5 10 15 індукційних печах МЧМ СРСР, завод "Дніпроспецсталь", м. Запоріжжя, 1983 р., стор. 192). Для виплавки лігатури Ni-Mo складу, що заявляється, використовували техногенні відходи обробки металу тиском (окалину) сплаву 79НМ і металоабразивну обрізку ад'юстажної обробки металу. Молібден, окрім наведених інгредієнтів, додатково вводили до складу шихти обпаленим молібденовим концентратом марки КМо-2. Регулювання хімічного складу лігатури нікелем проводили технічним закисом нікелю з вмістом NiO 96,0 мас. %. У складі лігатури використовували циклонний пил кремнію (99,9 мас. % Si), металевий марганець марки МР-2 (96,1-97,1 мас. % Μn) як розкислювачі розплаву металу, сажу марки ТГМ-33 (99,0 мас. %) як твердофазного попереднього відновника оксидів металів шихти. Алюміній марки АК-8 вводили до складу шихти для підтримки в Ni-Mo лігатурі 0,3-3,3 мас. % залишкового алюмінію з подальшим його використанням як розкислювача для повнішого розкислювання розплаву сплаву 79НМ при його виплавці, а також з метою зниження чаду тугоплавких легуючих елементів і зниження собівартості переділу виплавки сплаву. Регулювання заліза в лігатурі проводили порошком марки ПЖ-1. Техніко-економічні показники випробування виплавки Ni-Mo лігатури і її застосування при виплавці прецизійного сплаву 79НМ наведені в таблиці. Таблиця Порівняльні характеристики процесу Вміст елементів в лігатурі, мас. % № варіан ту Ni Мо Μn Si Αl Fe Зниження Зниження витрати Засвоєння Засвоєння Витратні собівар"свіжих" нікелю з молібдену коефіцієнти Час тості ферослігатури 3 лігатури лігатури при плавки, виплавки плавів, при при виплавці хв. прециметалевих виплавці виплавці сплаву, кг/кг зійного легуючих сплаву, % сплаву, % сплаву, % металів, % Прот 60,0-85,0 16,0-35,0 6,6-1,2 5,0-0,6 - 9,70-12,40 0,100-0,750 отип 1 40,0 22,0 4,7 5,0 3,6 ост 0,120 1а 40,0 21,0 4,6 5,0 3,5 ост 0,120 1б 41,0 20,0 4,5 4,9 3,4 ост 0,130 2 42,0 19,0 4,4 4,8 3,3 ост 0,150 2а 49,5 17,4 4,0 4,1 3,1 ост 0,200 2б 57,5 13,5 3,3 3,6 2,5 ост 0,250 2в 64,5 10,9 2,8 3,1 1,9 ост 0,350 2г 72,5 7,7 2,3 2,5 1,6 ост 0,400 2д 79,5 5,3 1,7 1,8 1,0 ост 0,450 2е 87,0 2,7 1,0 1,2 0,5 ост 0,550 3 88,0 2,5 0,9 1,1 0,4 ост 0,600 3а 89,0 2,4 0,8 1,0 0,3 ост 0,650 3б 89,0 2,4 0,7 1,0 0,3 ост 0,650 3в 90,0 2,3 0,7 1,0 0,2 ост 0,650 20 25 30 35 17-63 200-210 96-98 95-98 7 7 8 9 12 21 31 37 40 48 49 50 50 50 190 190 190 190 190 195 195 195 200 200 205 205 205 210 98 98 98 99 99 99 99 98 98 98 98 98 97 97 95 96 96 97 97 97 97 98 98 98 98 98 99 99 6 6 6 7 8 17 27 29 31 33 34 34 34 34 Випробування розробленої лігатури для виплавки сплавів на нікелевій основі дозволили виявити ряд переваг в порівнянні з прототипом: - підвищується ступінь утилізації і ефективність використання вторинної сировини техногенних відходів виробництва за рахунок попередньої підготовки до плавки лігатури і рециркуляції у власному виробництві прецизійних сплавів; - знижується витрата дорогих "свіжих" феросплавів, металевого нікелю і електролітичного нікелю з 17-63 до 9-48 % (залежно від витратних коефіцієнтів використання лігатури при виплавці прецизійного сплаву в умовах власного виробництва) за рахунок додаткової рециркуляції легуючих елементів і додаткового введення до складу шихти відновника і додаткового вмісту розкислювачів в лігатурі; - знижується час плавки з 200-220 до 190-200 хв., за рахунок скорочення часу розчинення тугоплавких елементів в розплаві лігатури у зв'язку з утворенням додаткових евтектоїдних інтерметалідів, що мають нижчу температуру плавлення; - підвищується засвоєння молібдену з лігатури при виплавці прецизійного сплаву з 96-98 до 98-99 %, за рахунок зниження окислювального потенціалу розплаву прецизійного сплаву з додатковим залишковим вмістом алюмінію в лігатурі; - знижується собівартість переділу виплавки прецизійного сплаву від 6,0 до 33 %, за рахунок ефективнішого використання техногенних відходів і вторинної сировини при виплавці лігатури і її використання при виплавці прецизійного сплаву. 3 UA 107121 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Лігатура для виплавки сплавів на нікелевій основі, що містить нікель, молібден, марганець, кремній і залізо, яка відрізняється тим, що додатково містить алюміній, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: нікель 42-87 молібден 2,7-19,0 марганець 1,0-4,4 кремній 1,2-4,8 алюміній 0,5-3,3 залізо решта. Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4