книги из ГПНТБ / Пути улучшения качества сталей и сплавов

(табл. 18).

При выплавке стали Р18 в шихту добавляли фер­ ровольфрам и до 50 процентов отходов быстрорежу­ щих сталей. Стали марок Р12 и Р9 выплавляли толь­ ко переплавом отходов.

Анализ полученных данных показывает, что вели­ чина угара в значительной мере зависит от качества шихты. Например, применение чистой, крупногаба-

Т а б л и ц а 18

Угар вольфрама при выплавке быстрорежущих

сталей

ритной обрези при выплавке стали Р18 уменьшает угар вольфрама на 3—5 процентов по сравнению с ис­ пользованием в шихте мелкого промасленного и влаж­ ного лома при прочих равных условиях. Повышение потери вольфрама, вероятно, обусловлено образова­ нием летучих соединений типа W (СОД, WO2 (ОН)2, W 03 и т. д. Мелкую промасленную и ржавую шихту

перед загрузкой в печь необходимо пакетировать и прокаливать.

Другое исследование, проведенное на заводе «Днепроспецсталь» ,[82], показало значительное влия­ ние основности плавильного шлака и содержания в нем закиси железа на угар вольфрама (табл. 19).

Из таблицы видно, что основность плавильного шлака, близкая к 1 , оптимальна с точки зрения умень­

шения потерь вольфрама при плавлении. Отмечают, что с изменением основности шлака с 2,46 до 1,02 дли­ тельность периода плавления сократилась с 110 до 70 минут. Интенсивный нагрев металла объясняется тем,

80

Т а б л и ц а 19

Влияние основности и окисленности шлака на угар вольфрама

что шлаки с меньшей основностью обладают большим электросопротивлением.

По данным этой же работы, высокое содержание FeO в шлаке способствует протеканию реакции окис­ ления углерода в период плавления. Куски ферро­ вольфрама, будучи центрами зарождения пузырьков СО, находятся в зоне интенсивного перемешивания расплава, что уменьшает количество нерастворенного ферровольфрама к концу периода плавления.

Для уменьшения содержания окислов вольфрама плавильный шлак раскисляли смесью порошка кок­ са — 0,5— 1,0 кг/т, 75%-ного ферросилиция — 1 — 2 кг/т, силикокальция 1 — 2 кг/т, порошка алюми­ ния— 1 — 1,5 кг/т.

На Челябинском металлургическом заводе (ЧМЗ) в пятитонной дуговой электропечи проведены балан­ совые плавки сталей Р18, Р 12 и Р6МЗ методом пере­

плава легированных отходов с применением газооб­ разного кислорода ([83]. Общие потери вольфрама со шлаком и при испарении возрастают с 1,53 процента для стали Р6 МЗ до 8,11 процента для стали Р18. При­

чиной повышенного испарения вольфрама при вы­

лей Р 18 и Р 12; 2,7 м3/т для стали Р6МЗ).

Относительно влияния кислорода при продувке ме­ талла на угар вольфрама нет единого мнения. Дан­ ные завода «Электросталь» [84] свидетельствуют о

том, что выплавка стали Р18 с применением газооб­ разного кислорода привела к уменьшению угара воль­ фрама до 3,8 процента, по сравнению с 6,4 процента при переплаве отходов без кислорода. Снижение уга­ ра вольфрама объясняется сокращением периода плавления шихты. Необходимо продолжать работы по 'исследованию оптимального количества кислорода для продувки быстрорежущих сталей.

Увеличение продолжительности плавления, по дан­ ным всех авторов, повышает угар вольфрама.

Потери вольфрама с окалиной и наждачной пылью при переделе годных слитков также значительны и составляют 6—9 процентов [83]. Это вызывает необ­ ходимость искать пути извлечения его из окалины после прокатки или ковки быстрорежущих сталей, а

фрама методом переплава легированных отходов, в завалку дают сухую вольфрамсодержащую окалину, вместе с которой необходимо предусмотреть шихтов­ ку требуемого количества элементов-восстановителей (углерода или кремния).

Для получения шихты с гарантированным химиче­ ским составом абразивную пыль надо переплавлять в дуговых электропечах.

Итак, безвозвратные потери вольфрама: скрап и корольки шлака, окислы в шлаке и испарение — зна­ чительны, что ведет к повышению себестоимости ме­ талла. Соблюдение оптимальных условий технологи­ ческого режима плавки уменьшает эти потери.

Молибден. Молибден широко применяется при выплавке конструкционных, нержавеющих, жаропроч­ ных и инструментальных сталей и сплавов. В некото­ рых случаях он действует на свойства стали аналогич­ но вольфраму, поэтому может полностью или частич­ но заменять его при выплавке конструкционных (типа 18Х2Н4ВА) или быстрорежущих (типа Р18) сталей.

В конструкционных сталях небольшие добавки мо­ либдена (0,154-0,50%) существенно повышают удар­ ную вязкость. Молибден особенно сильно ослабляет чувствительность стали к отпускной хрупкости, уве­

82

личивает прокаливаемость, способствует получению мелкокристаллической структуры стали.

До последнего времени для легирования электро­ стали применяли, в основном, ферромолибден, не ме­ нее 55—58 процентов молибдена по ГОСТ 4759—69. На плавках с окислением его дают в конце плавления или в начале окислительного периода, так как в усло­ виях сталеплавильных процессов он не окисляется. На переплавных плавках ферромолибден также присажи­ вают в конце плавления. Присадка его в завалку вместе с остальной шихтой приводит к повышенным потерям молибдена за счет испарения (табл. 20). Пос­ ле присадки ферромолибдена в конце плавления рас­ ход его сократился на 4,1 кг/т.

Т а б л и ц а 20

Расчетное и фактическое содержание молибдена в металле в конце плавления при выплавке стали Р6М5

На технологические характеристики выплавляе­ мой стали значительно влияет качество ферромолибде­ на. Так, по данным Златоустовского металлургическо­ го завода [44], высокое содержание свинца и других примесей цветных металлов резко ухудшает техноло­ гическую пластичность сталей типа Х17Н13М2Т, 0Х17Н13М2Т, 0Х17Н16МЗТ и других. При их выплав­ ке содержание свинца в ферромолибдене не должно превышать 0,18 процента.

Ферромолибден относится к числу сплавов, труд­ норастворимых в жидкой стали. При значительных его добавках выдержка металла после легирования должна быть не менее 30 минут.

Спрос на молибден как легирующий элемент рас­ тет с каждым годом ,[8 6 , 87]. В капиталистических

странах при выплавке чугуна и стали его использует­ ся более 80 процентов. При этом США в 1966 году ис­

пользовали 82,7 процента молибдена в форме техни­ ческой трехокиси или молибдата кальция и лишь 17,3 процента в виде ферромолибдена и металлического молибдена.

Окислы молибдена легко восстанавливаются жид­ ким железом или углеродом, по реакциям:

М0 О3 + 3Fe — 3FeO + Mo;

М0О3 + ЗС = ЗСО + Мо.

В отечественной литературе ,[8 8 , 89, 90, 91] чаще

всего упоминается о возможности применения молиб­ дена кальция взамен ферромолибдена. В частности, восстановление молибдена из молибдата кальция идет по реакциям i[90]:

СаМо04 + 3Fe = СаО + 3FeO + Мо;

СаМо04 + ЗС = СаО + ЗСО + Мо.

Молибден при этом восстанавливается практиче­ ски полностью; шлаки не содержат его окислов.

В последнее время в нашей стране на заводах ка­ чественных сталей используют для легирования кон­ центрат окиси молибдена (табл. 2 1 ).

Т а б л и ц а 21

Химический состав молибденового концентрата, %

относится высокое содержание свинца, доходившее в некоторых партиях до 0,26 процента.

Опыт свидетельствует ,[92], что при оптимальных

окиси молибдена взамен ферромолибдена экономиче­ ски эффективно, так как стоимость молибдена в кон­

84

центрате на 15 процентов меньше, чем в ферромолиб­ дене.

На Златоустовском факультете Челябинского по­ литехнического института исследовано в полупро­ мышленных условиях усвоение молибдена из концент­

ваивался полностью. Легирование через шлак привело к потере 5,75—4,5 процентов молибдена, несмотря на то, что в варианте 5 проводили диффузионное раскис­ ление шлака.

Выяснение степени усвоения молибдена из концен­ трата в зависимости от количества последнего пока­ зало, что при концентрации молибдена в стали в пре­ делах 0,2—3 процентов она составляет 99,7— 100 процентов. При более высоких концентрациях молиб­ дена (3,0.—5,0 процентов) степень усвоения колеблется в пределах 94,5—98,2 процента.

Результаты полупромышленных опытов были учте­ ны при разработке технологии легирования быстро­ режущей стали Р6М5. На 120 промышленных плавках проверили усвоение молибдена, вольфрама, ванадия при выплавке стали Р6М5 методом переплава легиро­ ванных отходов с применением газообразного кисло­ рода.

На 60 плавках недостающее количество молибде­ на вводили в завалку в виде ферромолибдена; 60 дру­ гих плавок легировались частично вводом 300, 400,

85

500, 600, 700 кг концентрата окиси молибдена, кото­

рый давали в герметических жестяных банках в за­ валку. Опытные плавки проводили в 10-тонной дуго­ вой электропечи (табл. 2 2 ).

Т а б л и ц а 22

последнего на угар ванадия и вольфрама, объясняет­ ся физико-химическими особенностями взаимодей­

1 атм [93], так что в условиях плавки металлический

расплав взаимодействует с газообразным МоОз- В си­ лу того, что полимеризация последнего в газовой фазе приводит к резкому увеличению молекулярного веса паров окиси молибдена, наблюдающийся незначитель­ ный унос этих паров за счет конвективных потоков увеличивается с увеличением количества концентрата.

Термодинамически окисел молибдена (МоОз) — один из наименее прочных окислов, так что в восста­ новлении до металла должны участвовать все компо­ ненты металлического расплава (за исключением Со и Ni), соответственно их сродству к кислороду и кон­ центрации в расплаве. Это приводит к повышенному угару легирующих V и W.

В условиях производства могут быть и чисто, ме­

86

удовлетворительным, оптимальной была признана присадка концентрата в количестве 30 кг/т, при кото­ рой достигается наименьший угар вольфрама и ва­

надия.

Исследование балансовых плавок стали Р6М5 и мягкого железа дает аналогичные результаты по ус­ воению молибдена (95,03 процента), вольфрама (99,1 процента) и ванадия (76,5 процента).

При выплавке стали Р6М5 с присадкой в завалку молибденового концентрата были затруднения во вре­ мя скачивания шлака, жидкоподвижность которого резко понижалась из-за высокой концентрации окис­ лов хрома, образовавшихся при взаимодействии хро­ ма в шихте с окислами молибдена.

С целью отработки технологии использования кон­ центрата при плавке стали Р6М5, опыты провели пс

жали в корзину вместе с 75%-ным ферросилицием или

как и после продувки ванны кислородом, и при ска­ чивании шлак имел нормальную консистенцию, хоро­ шо удалялся из печи.

В концентрате окиси молибдена несколько больше таких вредных примесей, как сера, свинец, медь, по­ этому содержание этих элементов проверяли по ходу плавки и в ковше. Содержание свинца и меди нахо­ дится на уровне аналогичных плавок с применением ферромолибдена, содержание серы на плавках с мо­ либденовым концентратом выше на 0,001—0,003 про­ цента (абс.), чем при выплавке стали с ферромолиб­ деном.

При оценке экономической эффективности заме­ ны ферромолибдена концентратом следует учитывать

87

не только разницу в цене этих двух легирующих ма­ териалов, но и дополнительно расходы на компенса­ цию железа, вносимого ферромолибденом, несколько худшее усвоение молибдена из концентрата, ванадия и вольфрама из отходов, затраты на раскислители. С учетом вышеуказанных факторов, экономия при вып­ лавке стали Р6М5 с молибденовым концентратом сос­ тавляет 6,5 руб1т.

Таким образом, оптимальная технологиявыплавки стали Р6М5 методом переплава легированных отходов с применением газообразного кислорода предусматри­ вает введение в завалку одновременно с молибдено­ вым концентратом кремния ( в виде 75%-ного ферро­ силиция или ферросиликованадия) в количестве, экви­ валентном кислороду в МоОз, и извести для ошлакования образовавшегося кремнезема.

При выплавке нержавеющих сталей типа ЭИ448 показана также экономическая целесообразность и технологическая возможность применения молибдено­ вого концентрата. При этом угар хрома на плавках методом переплава легированных отходов с примене­ нием газообразного кислорода остается таким же. Ввиду того, что окислительный шлак после продувки металла кислородом (при переплаве легированных отходов) раскисляется большими количествами силикохрома, 75%-ного ферросилиция в смеси с известью введение молибденового концентрата в шихтовку пла­ вок не потребовало особого изменения технологии выплавки.

Применение молибденового концентрата при вып­ лавке быстрорежущих и нержавеющих сталей эконо­ мически целесообразно и не вызывает особых измене­ ний в технологии электроплавки.

Ванадий. Ванадий — один из самых перспективных легирующих элементов. Есть все основания полагать, что с каждым годом потребление его для легирова­ ния стали будет увеличиваться |[94]. Это связано, прежде всего, со значительным расширением перера­ ботки железных руд Качканарского месторождения имеющих в своем составе ванадий.

Как легирующий элемент ванадий весьма эффек­ тивен. Он улучшает пластические и прочностные свой­ ства сталей, снижает их склонность к перегреву,

88

уменьшает размер зерна. Легирование ванадием поз­ воляет экономить вольфрам, молибден и ниобий — более дефицитные и дорогостоящие элементы. Исполь­ зование, например, инструментальных сталей с вана­ дием (Р9Ф5, Р14Ф5) может существенно улучшить стойкость инструмента и сократить производство ста­ ли Р18, имеющей высокое содержание вольфрама.

Для легирования электростали, в основном, приме­

Кроме того, ванадий обладает большим сродством к кислороду.

Учитывая оба эти обстоятельства, при легировании электростали ванадием феррованадий вводят в хоро­ шо раскисленный металл и шлак за 15—30 минут дс выпуска плавки, в зависимости от количества приса­ живаемого ферросплава.

Высоким сродством к кислороду объясняется зна­ чительный угар ванадия из легированных отходов в пе­ риоды плавления и продувки кислородом жидкого металла.

По данным ЗМЗ. угар ванадия в период плавления стали Р6М5 равен 15,6 процента, а при использова­ нии в шихте концентрата окиси молибдена он увели­ чивается до 38 процентов.

При выплавке сталей типа Р9—Р18 угар ванадия составил 18—28 процентов i[95].

В процессе выплавки быстрорежущих сталей тех­ нологические приемы, уменьшающие угар вольфрама, приводят, как правило, к снижению и угара ванадия.

Так, весьма эффективна технология выплавки электростали методом переплава легированных отхо­

89