Способ получения азотированного феррониобия

(505 С 22 С САНИ Я Е ОБРЕ ПАТЕНТУ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Томский филиал Института структурноймакрокинетики АН СССР(73) Томский филиал Института структурноймакрокинетики АН СССР(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЗОТИРОВАННОГО ФЕРРОНИОБИЯ(57) Использование: легирующий сплав длявыплавки стали, Сущность изобретения: поИзобретение относится к черной металлургии, а именно к способам получения комплексных азотсодержащих ферросплавов, предназначенных для микролегировании и модифицирования сталей и чугунов.Целью изобретения является снижение расхода легирующего сплава при выплавке стали путем повышения усвоения азота и ниобия.Сущность способа получения азотированного феррониобия, заключаются в следующем. Порошок исходного феррониобия, содержащий 40 - 95 ниобия с размером частиц не более 0,3 мм смешивает с порошками кальция, магния, алюминия, кремния и/или их сплавами с размерами частиц не более 0,5 мм в количестве 5-60. Полученрошок исходного феррониобия, содержащий 40-95 ниобия с размером частиц не более 0,3 мм, смешивают с порошками кальция, магния, алюминия, кремния и/или их сплавами с размерами частиц не более 0,5 мм в количестве 5-60. Полученную шихту нагревают до 25 - 600 С при давлении 10 -2 10 Па в течение 0,1-2,5 ч и азотируют при5давлении 1,0 10 - 2 10 Пэ при темпера 5, 7туре 1400 - 1700 С в течение 0,05 - 0,6 ч, Кальций, магний, алюминий и/или кремний предварительно сплавляют с исходным феррониобием в количестве 5 - 20или вводят в исходную шихту в виде порошков силикокальция, силумина, алюмомагниевого сплава, силикоциркония и/или ниобийалюминиевого сплава в количестве 5 - 400. 1 з, и. ф-лы, 1 табл. ную шихта нагревают до 25-600 С при давлении 10 - 10 Па в течение 0,1 - 2,5 ч и5азотируют при давлении 10 - 2 10 Па при температуре 1400 - 1700 С в течение 0,05 - 0,6 часа. Кроме того, целесообразно кальций, магний, алюминий, и/или кремний предварительно сплавить с исходным феррониобием в количестве 1-20; или ввести их в исходную шихту в виде порошков силикокальция, силумина, алюминомагниевого сплава, силикоциркония и/или ниобийалюминиевого сплава в количестве 1-400.,Содержание ниобия в исходном ферро. ниобии ограничено 40 - 95 процентами. Нижний предел выбран из условия, что сплав с меньшим содержанием ниобия предлагаемым способом азотировать неудается. Сплав с большим содержанием ниобия использовать нецелесообразно, таккак продукт после азотирования имеет низкую плотность, что приводи к низкой степени усвоения ниобия, а значит, кповышенному расходу лигатуры,Размер частиц исходного феррониобияи порошков кальция, магния, алюминия,кремния и их сплавов ограничен необходимостью проведения процесса в режиме горения, Некоторые смеси можнопроазотировать, используя более крупныепорошки, однако в этом случае образуетсяматериал с низкой плотностью и неравномерным распределением азота по объемубрикета,Предлагаемые пределы соотношенияферрониобия и порошков кальция, магния,кремния, алюминия и их сплавов выбраныиз условия максимального раскисления металла и наибольшего извлечения ниобия,Нижний предел содержания элементов-раскислителей выбран на основе анализов исходного феррониобия на содержаниекислорода, верхний предел - в связи с необходимостью проведения процесса в режимегорения.При азотировании феррониобия в атмосфере газообразного азота неизбежнопроисходит окисление части ниобия примесным кислородом. Исследования показывают, что даже при содержании в азотекислорода 0,1 в конечном прбдукте содержание кислорода достигает 0,2-1,8;. Причем этот кислород находится в сплаве в видесоединений ниобия. При введении такогоэзотированного феррониобия в сталь окисленный ниобий удаляется иэ стали в шлак,Кроме того, некоторая часть ниобия окисляется остаточным кислородом, растворенным в стали. Таким образом, за счетокисления кислородом стали и кислородомв исходном феррониобии теряется 5-20ниобий.Действие кислорода предлагается нейтрализовать путем введения в исходнуюшихту элементов, обладающих сильнымродством к кислороду, в частности таких каккальций, магний, алюминий и кремний. Впроцессе взаимодействия исходной шихтыс азотом примесный кислород в первую очередь связывается с элементами-раскислителями,Рентгенофазовый и металлографический анализы показывают, что в взотированном феррониобии; дополнительносодержащем химически активные элементы, кислород связан в окислы этих элементов. При введении в сталь окисленныекальций, магний, алюминий и кремний удаляются в шлак. Кроме того, использованиеаэотированного феррониобия, полученногопредлагаемым способом, обеспечивает дополнительное рафинирование металла от5 вредных примесей, в частности от серы, повышая качество стали,Температура предварительного нагрева, давление и продолжительность обеспечивают эффективную очистку исходных10 материалов от адсорбированных на поверхности порошков примесей и газов, Безпредварительной термообработки резко сужаются возможности проведения процессапо концентрационным пределам ниобия,15 соотношения исходных компонентов, дисперсиости и давлению азота.Пределы по давлению при азотировании, температура и продолжительность выбраны из условия получения продукта с20 высоким содержанием азота и обладающего максимальной плотностью. При болеенизких давлениях азота и температуре продукт обладает низкой плотностью, что приводит к снижению степени усвоения азота.25 При меньшей продолжительности процессав конечном материале содержится мало азота, что также приводит к повышенному расходу легирующего сплава. Использование.более высоких давлений и температуры и30 большей продолжительности процесса нецелесообразно из-за резко снижающейсязкономической эффективности, а такжевследствие использования сложного специального оборудования,35 Суть предлагаемого способа поясняется на следующем примере.Исходным материалом служит феррониобий по ГОСТ 16773-71.П р и м е р. Исходным материалом для40 реализации способа служит феррониобийпо ГОСТ 16773-71 марки ФН 1 с содержанием ниобия 64,5 (суммарное количествопримесей в аиде титана, углерода, кремния,алюминия и серы составило 2,65). Ферро 45 ниобий в шаровой мельнице измельчали впорошок с размером частиц менее 0,16 мм.Кпорошку феррониобия добавили 10;4 порошка силикокальция с размером частиц" менее 0,10 мм (силикокальций марки СКЗО50 по ГОСТ 4762-71), содержание кальция32,5, железо 4,5 алюминий 1,60, углерод 0,4 остальное кремний), После смешивания в игровой мельнице в течение 40 миншихту сушат путем термоабработки в ваку 55 уме(давление 10 Па, температура 120 С) втечение 60 мин, Высушенную смесь в количестве 15 кг засыпают в тигель, которыйпомещает в реактор, Путем двухкратногонродувв рабочего объема реактора послегерметизации проводят его очистку от воз1834908 расход сплаве для по+ лучения е стали 0,082 ннобмя Степан Рабочеедавлениее,Тенпетура исходйой иихты (смеси) Орине Разнерчастиц,менее Соде резиненнобмя вИСХОДИОНф 6 РРОННОи, 8 Солерив"ние азота и ниобмяОродол- интельНОСТЬ предва- рмтельной тер нообработнн,Теетература нлавленн 6предварнСТ Солбрианибальция,агнияренния,ЛОНННИЯили их процессаоСи лродол иителр" ностьчас ниобмян азота2 бн Т 6 120,о 5 нобий Сплав Юерросил 4 97,96, 2 7 о,92 2510525010 з 95,0 Серрозалобмй и сплаватюнинневонатн не змйферроннобв 1 и ниобий"алями нмй 1 О 1650 11,5о 6 5800 950 3 4 40,16 О,2 О 66,1 65,2 ип) феррониобнй 68,4 65,6 75,4 71,о 2 9 3394 3 2 Зо93,2 СИЛИНОЦИРЧОНмй О,О духа, Далее реактор заполняют азотом до 60 атм (6 10 Па), Целесообразно использо- ВатЬ аЗОт ЧИСтОтсй 99,50/О. ПрИ ПОМОЩИ ВОЛЬ- фрамовой спирали и навески зажигающей смеси шихту воспламеняют и азотируют в самораспространяющемся режиме горения при температуре 1560 С. При этом необходимо, чтобы давление в реакторе не снижалось ниже 5 10 Па. Аэотирование в режиме горения продолжается в течение 16 минут. Далее в течение 2 часов феррониобий выдерживается в реаторе в атмосфере азота, В начальный период этого времени происходит его доазотирование, а далее он остывает до 200-250 С. После такой выдержки реактор разгерметизируется (давление предварительно сбрасывается). Продукт извлеченный иэ реактора представляет собой плотный брикет, содержащий 9,8 азота, 52,2 ниобия, 2,9 кальция, 5,5 кремния - остальное железо и примеси. Плотность брикета 5,8 г-см. Азотированный феррониобий, дополнительно содержащий силикокальций, был испытан при выплавке низколегированной стали 08 Г 2 АБФ, Сплав задавали в ковш под струю металла при условии получения в стали 0,08 ниобия. Параллельно испытыаался сплав, получен- ный по способу прототипу, Полученные результаты представлены в таблице. Результаты испытания показали, что предлагаемьзй способ позволяет повысить усвоение ниобия и азота на 25-30. Расход сплава при этом снижается с 1,86-8,52 кг/тдо 0.91 - 1,53 кг/т, Кроме того расход элект.роэнергии снижается в среднем в 1000 раэ.Формула изобретения1. Способ получения аэотированногоферрониобия, включающий смешивание порошка исходного феррониобия с порошками металлов или сплавов и аэотированиепри повышенной температуре в атмосфере"0 азота, отличающийся тем,что,сцельюснижения расхода легирующего сплава привыплавке стали путем повышения усвоенияазота и ниобия, порошок исходного феррониобия, содержащий 40-95 фу ниобия с раз 15 мерам частиц не более 0,3 мм, смешивают спорошками кальция, магния, алюминия,кремния н/нлн нх оплевана с размером ча.стнц не более 0,5 мм в количестве 5 - 50,полученную шнхгу нагревают до 25-500 С20 при давлении 10 - 10 Па в течение 0,1-2,5. ч и аэотируют в режиме горения при давлении 1,0 10 - 2 10 Па при 1400 - 1700 С втечение 0,05-0,6 ч,25 2, Способ поп.1,отл ича ю щи йсятем, что кальций, магний, алюминий и/или кремний предварительно сплавляют с исходным феррониобием в количестве 5-20 или вводят их в исходную шихту в виде по рошков силикокальция, силумина, алюмомагниевого сплава, силикоциркония и/или ниобийалюминиевого; сплава в количестве 5-40.