Способ комплексного легирования электрошлакового металла

(54) СПОСОВ КОМП ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО (57) Изобретение шлаковой (ЭШ) те использовано при чественных легир ОВАНИЯ ЛЕКСНОГО ЛМЕТАЛЛА олучении высококаанных сталей и аркееталления с ски алла и поверх род и оксиды шлаковой ванн смеси в пропо стехиометриче ро коканковой бимевесов коэффи атомн учето ющего элемент ляемом содерж которое соста электрошлаков Взаимодейс да идет в оснГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРФ 489793, кл. С 21 С 5/54, 1974.Патентфранции У 2011925,кл. С 22 0 7/00, 1970. тносится к электро" ологии и может быть авов, а также при ЗШ св лавке, изготовлении бим слитков. Целью изобрет тся повьппение качества номичности процесса,Изобретение относится к элешлаковой технологии и может быиспользовано при получении высчественных легированных сталейсплавов, а также при электрошлсварке и наплавке, изготовлениталлических слитков.Цель изобретения - повьппеничества металла и экономичностицесса.При комплексном легированиитрошлакового металла восстановллегирующих элементов углеродомоксидов согласно изобретению у ность шлаковой ванны подается перег, ретая порошковая смесь, состоящаяиз углерода и оксидов легирующихэлементов (ОЛЭ), взятых в стехиометрическом соотношении, Предельнаястепень легирования (5 - 6 Е), с точки зрения допустимого науглероживания, определяется относительным содержанием углерода в смеси, котороене должно превышать ЗЕ от массы ЭШметалла. Миниальное эффективноесодержание углерода в смеси составляет 17 В качестве ОЛЭ могут бытьвзяты обогащенные оксидные руды,Стехиометрическое соотношение смесиобеспечивает наиболее полное протекание реакции восстановления ОЛЭи максимальный коэффициент переходаэлемента из шлака в металл, достигающий 40 - 607. Предварительное измельчение и перетирание смеси существенно повьппает реакционную способность ее компонентов. 3 табл. подают на пов е рхнос тьв виде перетертой рции, определяемой иэ. ских коэффициентов иреагирующих веществ с, циентов перехода легируа в количестве, опреде-., анием в смеси углерода, вляет 1 - ЗХ от массы о металла.ие оксидов и углероном по реакции;-го легирующего элемента и углерода, ие - обходимого для его вос становления соответст 4редственно контактирует с металлической ванной и интенсивно переходит в ЭШ металл.П р и м е р., Комплексное легирование при электрошлаковом переплаве низкоуглеродистой стали (сталь 20) хромом, ванадием, молибденом, кремнием проводили на установке Ана переменном токе под флюсом АНФ. Переплавляемый электрод имел диаметр 30 мм, а кристаллизатор 80 мм. Пропорции компонентов легирующей смеси определяли по формуле МСГ Оэ 8 МЧ яОз. б ММоО10ю етВ 1 ф М 1 ф М 1 фвенно.При проведении комплексного легирования доли углерода, необходимыедля восстановления отдельных элементов, суммируются.Стехиометрические пропорции смесиобеспечивают наиболее полное протекание реакции (1) и максимальныйкоэффициент переходаэлемента из шла ка в металл. В качестве легирующихкомпонентов могут быть использованыобогащенные оксидные руды,Применение в качестве восстановителя углерода обусловливается его 30очень высокой активностью при температурах электрошлакового процесса,Он способен восстанавливать большинство из применяемых легирующих элементов из оксидов, весьма технологичен. Предварительно измельчение иперетирание смеси существенно повышает реакционную способность компонентов.Поскольку смесь подается на поверхность шлаковой ванны, где происходит в основном взаимодействие еекомпонентов, науглероживание электрошлакового металла относительно невелико. Эффективность легирования данным способом, определяется относительным содержанием углерода в легирующей смеси, которое составляет1 - Зот массы переплавленного металла. 50Применение перетертой порошковойлегирующей смеси продиктовано необходимостью обеспечения максимальнойактивности компонентов при относительно малой плотности. Спекание,брикетирование, прессование смесиприводят к превьппению ее плотностинад шлаком. Такая смесь тонет в шлаковой ванне, а углерод смеси непосМБхО 5 03. (2)МЗадавшись необходимым соотношениемлегирующих элементов в электрошлаконом металле, определяли составпорции смеси, г: МоО12,5; Сг О 100;ЧгОБ 25 Бз.Ор 22 С 23Поскольку для приготовления смеси испольэовали практически чистыереагенты, то их количество брали всоответствии с расчетными значениями.Перетирание проводили в фарфоровой ступке до получения однородного порошка. Дисцерсность частиц составляла 20 - 100 мкм. Присадку легирующей смеси осуществляли непрерывно и равномерно в течение всеговремени плавки (в примере 7 мин).Неравномерность содержания легирующих элементов по высоте слитков непревьппает 10Степень легированияэлектрошлакового металла изменялиза счет скорости подачи смеси на по"верхность шлаковой ванны,Результаты спектрального анализа слитков представлены в табл. 1(переплав под флюсом АНФ) итабл. 2 (переплав под флюсом АНФ),Как видно из сравнения данныхтабл. 1 и 2, имеются некоторые количественные расхождения в коэффициентах усвоения легирующих элементовпри переплаве под различными флюсами,однако пределы, характеризующие основной отличительный признак, совпадают. Флюсы АНфи АНФявляютсянаиболее распространенными и малоактивными. Реализация способа с применением окислительных флюсов не"целесообразна, так как восстановле15853 55 5ние их компонентов в зависимости оттребуемой системы легирования можетоказаться нежелательньм, возможнотакже снижение коэффициентов перехоБда элементов с высоким сродствомк кислороду.Границы эффективного примененияспособа определяются предельно допустимой степенью науглероживания 1 О(принято 0,02 ) злектрошлакового ме"талла, которое зависит от интенсивности угара углерода с поверхностишлаковой ванны, схемы восстановления легирующих оксидов, стехиометрии 15реакций, их взаимного влияния,растворения легирующих оксидов в шла.ке, скорости подачи смеси в шлако,вую ванну. Как установлено экспериментально, существует определенное 20оптимальное соотношение компонентов,учитывающее особенности протеканиявсех перечисленных процессов в реальных условиях электрошлаковогопереплава, которое удобно увязать со 25стехиометрией реакций восстановления (табл. 3).Применение Флюсов, содержащихкарбиды, возможно лишь для чугунови высокоуглеродистых сталей, тогда ЗОкак данный способ предназначен дляобработки сталей со строго регламентированным содержанием углерода.Результаты, приведенные втабл. 1 и 2, свидетельствуют .такжео незначительности влияния темпера".туры процесса (при переплаве подФлюсом АНФтемпература составляла1600 С, АНФ- 1750 С) на эффективный интервал количества углерода. 40Из приведенных данных следует,что наиболее эффективное легирование(1,85 - 10,7 Сг при допустимом науглероживании) электрошлакового металла отвечает стехиометрическому 46соотношению для реакции (1). Отклонение от этого соотношения на 10 снижает эффективность применения способа.Конкретная комбинация компонентовпо данньм табл. 1 и 3 свидетельствует об эффективности применения способа при различных системах легирования. Коэффициенты усвоения эле"ментов в каждом конкретном случае 39 6могут быть определены экспериментально.Как видно из сопоставления данных, коэффициенты перехода элементов из шлака в металл при подаче порции смеси (23 г углерода) на 2300 - 750 г электрошлакового металла (соответствует" ЭХ углерода относительно массы электрошлакового металла), достигают 40 - 60 , что существенно выше, чем при других способах лагирования восстановлением оксидов. Верхний предел легиронания, при этом, достигает почти б(в сумме по всем легирующим).При подаче порции легирующей смеси на 2500 г электрошлакового металла (соответствует 0,9 . С, что менее 1 ) коэффициенты перехода элементов падают до 0,11 - 0,173, что не превьппает таковых при использовании легирующих флюсов (известный). Суммарное восстановление элементов не превышает 0,5 , что ниже минимальной степени легирования, дающей положительный эффект для большинства легирующих элементов, и может быть связано с их окислением при прохождении через шлак эа счет активных компонентов и растворенного кислорода.Введение легирующей смеси с содержанием углерода более 3% по отношению к переплавленному металлу (при подаче порции смеси на 700 г злектрошлакового металла) приводит его к недопустимому науглероживанию.формула изобретенияСпособ комплексного легирования электрощлакового металла, включающий подачу на поверхность шлаковой ванны окислов металла и восстановителя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения качества металла и экономичности процесса, в качестве восстановителя используют углерод, окислы металлов и углерод подают в виде смеси из перетертых, порошков, взятых в стехиометрическом соотношении, при этом коли- чество углерода в смеси равно 1-33 от массы электрошлакового металла.1585339 Таблица Пькаэа Исходное содержание элементов в расходуемом электроде, мас,Х 0,52 0,12 О,г 0,25 одержание элвметалле, мас.й своении) при ции смеси на: 0,21 0,52 0)12 0,21 0,520,2 0,52 500 г ЭШ металла ЭШ металла,00 О 2 О 52 О 1 700 г ЭШ металла фактическое содержаниеэлементов в электрошлаковом металле мас.У, приподаче порции смеси на;,53 О,1500 г ЭШ металла750 г ЭШ металла700 г ЭШ металла 021 049 О,5 0 О 66 1)26 1)28 Ко ициен элементов изтрошлаковый м подаче порци 500 г ЭШ металла 300 г ЭШ металла 500 г ЭШ металла О;15 0,12 0,17 О,11 0,30 0,33 0,25 0,37 0,63 0,60 0,38 0,5 б 0,52 ЭШ метал 0,42 0,61 0,4 00 г ЭШ метал Т а б л и Бь. Ч Покаэатели Исходное содержаниеэлементов в расходуемомэлектроде, мас.И1585339 О11 родоляение табл. 2 72,9 3,0,40 0,63 4,8 9,3 9,9 0,51 0,05 0,30 0,12 0,40 0,93 0,12 0,22 0,47 0,1 9 0,50 0,11 0,53 0,11 1,82 0,24 0,68 3,9 4,6 0,1 1 0,13 0,15 0,110,29 0,27 О)20 0,25 750 г ЭШ металла 700 г ЭШ металла Таблица 3 Состав пегируюнеЯ смеси 213,4 г Сг Оа 194 г СгтО агасчетиое содернание впементов в впектрощпаковом металле, мас.й: (при 1002 усвоении) при подаче порции смеси на: О,г О,г 4,8 5, 19 5,5 5,9 9,0 5,5 59 2500 г ЭШ металла 2300 г ЭШ металла 1500 г ЭШ метапла 0,21 0,21 о,г 0,2 9,0 Расчетное содержание элементов в электрошлаковом металле, мас.Е(при 1 ООЖ усвоении) при подаче порции смеси (состав смотри в описании) на: 2500 г ЭШ металла 2300 г ЭШ металла 1500 г ЭШ металла 750 г ЭШ металла 700 г ЭШ металла Фактическое содержаниеэлементов в электрошлаковом металле, .1 ас.7при подаче порции смесина: 2500 г ЭШ металла 2300 г ЭШ металла 1500 г ЭШ металла 750 г ЭШ металла 700 г ЭШ металла КоэФфициенты переходаэлементов иэ шлака в металл при подаче порциисмеси на: 2500 г ЭШ металла 2300 г ЭШ металла 1500 г ЭШ металла 037 065 045 021 052 012 070 060 021 052 012 0,93 0,93 0,21 0,52 0,12 1 3 1,60 1 80 .О 21 О 52 0 12 1,42 1,71 2,00 0,21 0,52 0,12 0,05 0,20 0,50 О, 2 0,50 1,01 0,94 0,22 0,49 0,11 О 57 1,18 1,1 О 30 О 48 О 12 0,35 0,38 0,59 0,51 0,41 0,38 061 0,52 0,45. 0,41 0,63 0,551585339 Продолжение табл.3д Состав легярзвней снеся 213,4 г Ст,ОЗ,Хоэффициепт перехода хромаив япвка е металл при подаче порции смеси иа; 0,09 0,16 015 0,1 2 0,29 0,32 0,4 0,33 0,39 0,43 0,61 0,60 0,47 0,63 0,67 Редактор М. Недолуженко Заказ 2304 Тираж 490 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород ул. Гагарина, 101 фактическое содеркаяиеклементов Ф электроала-коеом металле, нас.2 приподаче порции смеси па2500 г ЗШ металла 2300 г ЭШ металла 1500 г ЗШ нетвллв 750 г Эй нетепла 700 г ЭШ металла 2500 г Эй металла 2300 г ЭШ металле 1500 г ЭШ металла 750 г ЭШ металла 700 .г ЭШ металле Составитель В, ПанинТекред Л.Сердюкова Корректор М, Шароши