сплав на основе железа для получения стали и ферросплавов

Формула изобретения

Сплав на основе железа для получения стали и ферросплавов, содержащий никель, марганец, хром, углерод, кремний и алюминий, отличающийся тем, что он содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас. %:

Никель - 5-30

Углерод - 0,2-2

Хром - 0,2-8

Кремний - 0,1-25

Алюминий - 0,1-1

Марганец - 0,2-9

Железо - Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при получении стали, а также как полупродукт при производстве ферросплавов из окисленных никелевых руд.

Известен сплав на основе железа для легирования стали [1], содержащий, маc.%:

Никель+Кобальт - 7,0

Кобальт - 0,35

Кремний - 0,1

Хром - 0,1

Углерод - 0,1

Медь - 0,08

Сера - 0,03

Фосфор - 0,03

Алюминий+Марганец+Титан - 1,0

Железо - Остальное

Получение такого сплава не обеспечивает достаточно глубокого извлечения из бедных окисленных никелевых руд таких ценных компонентов, как кремний, хром, марганец, большая часть которых теряется со шлаками. Низкое содержание кремния в сплаве не позволяет использовать этот элемент как восстановитель при переработке сплава по разработанной ИМет УрО РАН технологии на более богатый ферроникель либо на феррохромникель, где кремний ферросиликоникеля используется как восстановитель для окисленных никелевых или хромовых руд соответственно.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является сплав для раскисления и легирования стали ФН-8 [2], содержащий, маc.%:

Никель+Кобальт - 3,5-4,8

Кобальт - 0,1-0,4

Кремний - 4,0-8,0

Хром - 1,5-4,0

Углерод - 1,3-2,5

Сера - 0,15

Фосфор - 0,06-0,3

Алюминий - 0,01-0,1

Титан+Марганец+Медь - 0,1

Железо - Остальное

Основным недостатком этого сплава являются низкое содержание никеля, что сокращает область его применения для получения сталей и ферросплавов, а также низкие коэффициенты усвоения ценных компонентов расплавом при раскислении и легировании сталей.

Задачей заявленного технического решения является увеличение эффективности использования полезных компонентов, содержащихся в комплексном никелевом сплаве, за счет улучшения условий усвоения данных элементов и расширения области применения комплексных сплавов, получаемых из бедных окисленных никелевых руд.

Поставленная задача решается тем, что сплав на основе железа, для получения стали и ферросплавов, содержит такие компоненты, как никель, хром, марганец, алюминий, углерод и кремний, согласно изобретению в следующем соотношении, маc.%:

Никель - 5-30

Хром - 0,2-8,0

Марганец - 0,2-9,0

Алюминий - 0,1-1,0

Углерод - 0,2-2,0

Кремний - 0,1-25

Железо - Остальное

Предлагаемый комплексный сплав отличается повышенным содержанием кремния при указанном соотношении компонентов, что позволяет использовать его как для легирования, так и для комплексного раскисления и легирования стали, а также как полупродукт для получения более богатого по никелю ферроникеля либо феррохромникеля, где кремний выступает как восстановитель.

Снижение содержания кремния менее 0,1 мас.% невозможно, так как в процессе плавки неизбежно восстанавливается часть кремния из оксидной фазы. Представленные сплавы используются по трем назначениям в зависимости от содержания кремния:

- с содержанием кремния 0,1-5 мас.% - для легирования сталей;

- с содержанием кремния 5-10 мас.% - для комплексного легирования и раскисления сталей;

- с содержанием кремния 10-25 мас.% - для получения более богатого по никелю ферроникеля либо феррохромникеля, при производстве которых кремний сплава используется как восстановитель.

В целом же повышенное содержание кремния в сплаве улучшает коэффициент усвоения ценных компонентов расплавом.

Получение сплава с содержанием кремния более 25 маc.% технически затруднительно и приводит к увеличению затрат на производство сплава. Помимо этого, содержание кремния в сплаве не превышает 25%, так как оно лимитируется коэффициентом распределения кремния между оксидной и металлической фазами.

Снижение содержания никеля в сплаве менее 5% значительно сужает диапазон обрабатываемых сплавом сталей. Увеличение содержания никеля более 30 маc.% влечет за собой снижение извлечения ценных элементов, таких как Si, Cr, Мn и Fe, в сплав и, кроме того, значительно увеличивает кратность шлака, появляется его вспенивание, что приводит к существенным осложнениям технологического процесса плавки.

Содержание хрома, марганца и алюминия в предлагаемом сплаве зависит от их содержания в исходных рудах и степени их перехода в сплав, но не должно понижаться по хрому и марганцу менее 0,2 маc.%, а по алюминию менее 0,1 мас. %, так как более низкое их содержание в сплаве приводит к значительным потерям ценных легирующих компонентов со шлаками. Получение хрома более 8,0 маc. %, марганца более 9,0 маc.%, алюминия более 1,0 маc.% очень затруднительно из-за их низкого содержания в окисленных никелевых рудах и нецелесообразно.

Процесс выплавки данного сплава ведется, в большинстве случаев, карботермическим способом, поэтому в сплаве неизбежно содержится остаточный углерод не менее 0,2 маc.%. В то же время содержание углерода в сплаве не должно превышать 2,0 маc.%, так как в этом случае он будет дополнительно восстанавливать элементы из оксидов шлаковой фазы. Кроме того, увеличение содержания углерода более 2,0 маc.% заметно снизит потребительские свойства сплава.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

На Серовском заводе ферросплавов проведены две кампании по выплавке заявляемого сплава из бедных окисленных никелевых руд Серовского месторождения.

В первой кампании выплавку ферросплава осуществляли на электропечи карботермическим способом из бедной окисленной никелевой руды 0,9%; Ni 7,5% ; 41,4% SiO₂; 3,8% Аl₂O₃; 0,9% Сr₂О₃; 0,7% МnО. В результате плавок были получены ферросплавы следующего химического состава, %: Ni 8,0-8,8; Сr 3,5-5,1; Si 15-19; Mn 4,5-6,0; Al 0,4-0,5; С 0,3-0,8; S 0,003-0,006; Р 0,09-0,10; Fe - остальное.

Во второй кампании выплавку ферросплава осуществляли также карботермическим способом из бедной окисленной никелевой руды подобного состава при пониженном количестве углерода в шихте. В результате плавок были получены ферросплавы следующего химического состава, %: Ni 11,7-28,8; Cr 0,2-6,8; Si 0,01-1,70; Mn 0,2-7,8; Аl 0,004-0,5; С 0,04-3,00; Fe - остальное.

С целью подтверждения возможности использования предлагаемого комплексного высококремниевого сплава для получения более богатого по никелю ферроникеля были проведены рафинировочные плавки на экспериментальном участке ОАО "Ключевский завод ферросплавов". Плавки проводились на трехэлектродной электропечи с мощностью трансформатора 100 кВт. Ферросиликоникель (10,5% Ni; 16,5% Si) рафинировали от кремния никелевой рудой и получили обогащенный по никелю продукт (16,5% Ni; 1,2% Si), который в дальнейшем использовался для производства стали.

В лабораторных условиях были выполнены опытные плавки нержавеющей стали марки 17Х18Н9 из ферросиликоникеля следующего химического состава, %: 16,5 Ni; 1,2 Si; 0,4 Cr; 0,4 Mn; 0,3 С; 0,1 Al; Fe - остальное. Шихта для плавки состояла из ферросиликоникеля (46%), стального лома марки СТ3СП (18%), окалины (7%), силикохрома ФХС48 (0,46%), феррохрома ФХ006 (22%), алюминия (0,04%) и извести (6,5%). Ферросиликоникель с ломом и частью извести (~75%) проплавляли и удаляли часть шлака (~80%) с последующей присадкой силикохрома с остальной известью. После присадки феррохрома металл перегревали на 50 град. выше температуры плавления и разливали с одновременным раскислением алюминием. В процессе плавки была получена сталь следующего химического состава, %: С 0,16; Сr 17,6; Ni 8,4; Si 0,38; Mn 0,2; S 0,015; Р 0,025, что соответствует химическому составу нержавеющей стали 17Х18Н9 по ГОСТ 5632-72.

Также в лабораторных условиях были выполнены опытные плавки стали марки 30ХГСН2А с использованием для легирования и раскисления ферросиликоникеля следующего химического состава, %: Ni 11; Si 10; Cr 8; Mn 8; С 0,6; Аl 0,4; Fe - остальное. Шихта для плавки состояла из ферросиликоникеля (14%), стального лома (79%), извести (7%). Ферросиликоникель задавали в окончательном этапе плавки (60 %) и во время разливки (40%). Перед разливкой металл перегревали на 100 град. над температурой плавления. В процессе плавки была получена сталь следующего химического состава, %: Ni 1,5; Мn 1,05; Сr 1,0; Si 1,0; С 0,28; S 0,020; Р 0,025, что соответствует химическому составу нержавеющей стали 30ХГСН2А по ГОСТ 4543-71.

Проведенные плавки указали на реальную возможность применения предлагаемых сплавов. Полученные данные представлены в таблице.

Практические результаты показали принципиальную возможность получения комплексного никельсодержащего сплава на основе железа из бедных окисленных никелевых руд и возможность его использования для легирования либо комплексного раскисления и легирования стали, а также для рафинирования ферросплавов. Кроме того, практические данные подтверждают повышение коэффициента усвоения ведущих полезных компонентов предполагаемых сплавов расплавом на 1-5% за счет комплексности сплава и увеличения содержания кремния.

Источники информации

1. Гасик М.И., Лякишев Н.П. "Теория и технология электрометаллургии ферросплавов", М.: СП Интермет Инженеринг, 1999, 764 с.

2. Технические условия. ТУ 48-3-59-84. Побужский никелевый завод.