RU2184171C2

RU2184171C2 - Iron-based alloy for manufacture of steel and ferroalloys

Info

Publication number: RU2184171C2
Application number: RU2000120999A
Authority: RU
Inventors: Б.П. Лекомцев; Я.И. Островский; Н.Ф. Кириченко; В.И. Жучков; Ю.Б. Мальцев; О.В. Заякин; А.Г. Вотяков; В.Д. Нарыжный; В.Г. Фадеев
Original assignee: Институт металлургии Уральского отделения РАН; ОАО "Серовский завод ферросплавов"
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2000-08-04
Publication date: 2002-06-27

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy. SUBSTANCE: alloy contains, wt %: nickel, 5-30; chromium, 0.2-8.0; manganese, 0.2-9.0; aluminum, 0.1-1.0; carbon, 0.2-2.0; silicon, 0.1-25; and iron, the balance. Alloy can be used both for alloying and for combined deoxidation and alloying of steel as well as an intermediate for manufacture of nickel- or chromium-enriched ferronickel or ferro-chromo-nickel, respectively. EFFECT: enhanced efficiency of utilizing useful components contained in complex nickel alloys and widened application area for complex alloys obtained from low-grade nickel ores. 1 tbl, 4 ex

Description

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при получении стали, а также как полупродукт при производстве ферросплавов из окисленных никелевых руд. The invention relates to ferrous metallurgy and can be used to produce steel, as well as an intermediate in the production of ferroalloys from oxidized nickel ores.

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.Known alloy based on iron for alloying steel [1], containing, wt.%:
Nickel + Cobalt - ≥7.0
Cobalt - ≤0.35
Silicon - ≤0.1
Chrome - ≤0.1
Carbon - ≤0.1
Copper - ≤0.08
Sulfur - ≤0.03
Phosphorus - ≤0.03
Aluminum + Manganese + Titanium - ≤1.0
Iron - Else
The production of such an alloy does not provide a sufficiently deep extraction of valuable components such as silicon, chromium, manganese from poor oxidized nickel ores, most of which is lost with slag. The low silicon content in the alloy does not allow using this element as a reducing agent when processing the alloy according to the technology developed by IMet Ural Branch of the Russian Academy of Sciences to richer ferronickel or ferrochrome nickel, where silicon of ferrosiliconickel is used as a reducing agent for oxidized nickel or chromium ores, respectively.

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.Closest to the proposed technical essence and the achieved result is an alloy for deoxidation and alloying of steel FN-8 [2], containing, wt.%:
Nickel + Cobalt - 3.5-4.8
Cobalt - 0.1-0.4
Silicon - 4.0-8.0
Chrome - 1.5-4.0
Carbon - 1.3-2.5
Sulfur - ≤0.15
Phosphorus - 0.06-0.3
Aluminum - 0.01-0.1
Titanium + Manganese + Copper - ≤0.1
Iron - Else
The main disadvantage of this alloy is its low nickel content, which reduces its field of application for the production of steels and ferroalloys, as well as low absorption coefficients of valuable components by melt during deoxidation and alloying of steels.

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. The objective of the claimed technical solution is to increase the efficiency of use of useful components contained in a complex nickel alloy, by improving the conditions for the assimilation of these elements and expanding the scope of application of complex alloys obtained from poor oxidized nickel ores.

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.The problem is solved in that the iron-based alloy, to obtain steel and ferroalloys, contains components such as nickel, chromium, manganese, aluminum, carbon and silicon, according to the invention in the following ratio, wt.%:
Nickel - 5-30
Chrome - 0.2-8.0
Manganese - 0.2-9.0
Aluminum - 0.1-1.0
Carbon - 0.2-2.0
Silicon - 0.1-25
Iron - Else
The proposed complex alloy is characterized by a high silicon content at the specified ratio of components, which allows it to be used both for alloying and for complex deoxidation and alloying of steel, as well as an intermediate for the production of nickel-rich ferronickel or ferrochrome nickel, where silicon acts as a reducing agent.

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.A decrease in the silicon content of less than 0.1 wt.% Is impossible, since part of the silicon from the oxide phase is inevitably restored during the smelting process. The presented alloys are used for three purposes depending on the silicon content:
- with a silicon content of 0.1-5 wt.% - for alloying steels;
- with a silicon content of 5-10 wt.% - for complex alloying and deoxidation of steels;
- with a silicon content of 10-25 wt.% - to obtain richer nickel ferronickel or ferrochrome nickel, in the production of which silicon alloy is used as a reducing agent.

В целом же повышенное содержание кремния в сплаве улучшает коэффициент усвоения ценных компонентов расплавом. In general, the increased silicon content in the alloy improves the absorption coefficient of valuable components by the melt.

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. Obtaining an alloy with a silicon content of more than 25 wt.% Is technically difficult and leads to an increase in the cost of production of the alloy. In addition, the silicon content in the alloy does not exceed 25%, since it is limited by the distribution coefficient of silicon between the oxide and metal phases.

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. A decrease in the nickel content in the alloy of less than 5% significantly reduces the range of steels processed by the alloy. An increase in the nickel content of more than 30 wt.% Entails a decrease in the extraction of valuable elements, such as Si, Cr, Mn and Fe, into the alloy and, in addition, significantly increases the slag multiplicity, its foaming appears, which leads to significant complications of the melting process .

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. The content of chromium, manganese and aluminum in the proposed alloy depends on their content in the original ores and the degree of their transition to the alloy, but should not decrease for chromium and manganese less than 0.2 wt.%, And for aluminum less than 0.1 wt. %, since their lower content in the alloy leads to significant losses of valuable alloying components with slags. Obtaining chromium more than 8.0 wt. %, manganese more than 9.0 wt.%, aluminum more than 1.0 wt.% is very difficult because of their low content in oxidized nickel ores and impractical.

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. The smelting process of this alloy is carried out, in most cases, by the carbothermic method, therefore, the alloy inevitably contains residual carbon of at least 0.2 wt.%. At the same time, the carbon content in the alloy should not exceed 2.0 wt.%, Since in this case it will additionally reduce elements from oxides of the slag phase. In addition, an increase in carbon content of more than 2.0 wt.% Will significantly reduce the consumer properties of the alloy.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами. The invention is illustrated by the following examples.

На Серовском заводе ферросплавов проведены две кампании по выплавке заявляемого сплава из бедных окисленных никелевых руд Серовского месторождения. Two campaigns were conducted at the Serov Ferroalloy Plant to smel the inventive alloy from poor oxidized nickel ores of the Serov deposit.

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.In the first campaign, ferroalloy smelting was carried out in an electric furnace in a carbothermic manner from 0.9% poor oxidized nickel ore; Ni 7.5%; 41.4% SiO ₂ ; 3.8% Al ₂ O ₃ ; 0.9% Cr ₂ O ₃ ; 0.7% MnO. As a result of the melts, ferroalloys of the following chemical composition were obtained,%: Ni 8.0-8.8; Cr 3.5-5.1; Si 15-19; Mn 4.5-6.0; Al 0.4-0.5; C 0.3-0.8; S 0.003-0.006; P 0.09-0.10; Fe is the rest.

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. In the second campaign, ferroalloy smelting was also carried out carbothermally from poor oxidized nickel ore of a similar composition with a reduced amount of carbon in the charge. As a result of the melts, ferroalloys of the following chemical composition were obtained,%: Ni 11.7-28.8; Cr 0.2-6.8; Si 0.01-1.70; Mn 0.2-7.8; Al 0.004-0.5; C 0.04-3.00; Fe is the rest.

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. In order to confirm the possibility of using the proposed complex high-silicon alloy to obtain nickel-rich ferronickel, refining smelting was carried out at the experimental site of Kluchevsky Ferroalloy Plant OJSC. The melts were carried out on a three-electrode electric furnace with a transformer power of 100 kW. Ferrosiliconickel (10.5% Ni; 16.5% Si) was refined from silicon with nickel ore and a nickel-enriched product (16.5% Ni; 1.2% Si) was obtained, which was later used for steel production.

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. In laboratory conditions, experimental melts of stainless steel grade 17X18H9 of ferrosiliconickel of the following chemical composition were performed,%: 16.5 Ni; 1.2 Si; 0.4 Cr; 0.4 Mn; 0.3 C; 0.1 Al; Fe is the rest. The smelting charge consisted of ferrosiliconickel (46%), steel scrap ST3SP (18%), scale (7%), silicochrome FHS48 (0.46%), ferrochrome FH006 (22%), aluminum (0.04%) and lime (6.5%). Ferrosiliconickel with scrap and part of the lime (~ 75%) was melted and part of the slag (~ 80%) was removed, followed by the addition of silicochrome with the rest of the lime. After the addition of ferrochrome, the metal was overheated by 50 degrees. above the melting point and poured with simultaneous deoxidation by aluminum. During the melting process, steel of the following chemical composition was obtained,%: C 0.16; Cr 17.6; Ni 8.4; Si 0.38; Mn 0.2; S 0.015; P 0,025, which corresponds to the chemical composition of stainless steel 17X18H9 according to GOST 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. Also, in laboratory conditions, experimental melting of 30KhGSN2A steel was performed using the following chemical composition for alloying and deoxidation of ferrosiliconickel,%: Ni 11; Si 10; Cr 8; Mn 8; C 0.6; Al 0.4; Fe is the rest. The mixture for melting consisted of ferrosiliconickel (14%), steel scrap (79%), lime (7%). Ferrosiliconickel was set in the final stage of melting (60%) and during casting (40%). Before casting, the metal was overheated by 100 degrees. above melting point. During the smelting process, steel of the following chemical composition was obtained,%: Ni 1.5; Mn 1.05; Cr 1.0; Si 1.0; C 0.28; S 0.020; P 0,025, which corresponds to the chemical composition of stainless steel 30HGSN2A according to GOST 4543-71.

Проведенные плавки указали на реальную возможность применения предлагаемых сплавов. Полученные данные представлены в таблице. The conducted melting indicated the real possibility of using the proposed alloys. The data obtained are presented in the table.

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. Practical results showed the fundamental possibility of obtaining a complex nickel-containing alloy based on iron from poor oxidized nickel ores and the possibility of its use for alloying or complex deoxidation and alloying of steel, as well as for refining ferroalloys. In addition, practical data confirm an increase in the coefficient of assimilation of the leading useful components of the proposed alloys by melt by 1-5% due to the complexity of the alloy and an increase in the silicon content.

Источники информации
1. Гасик М.И., Лякишев Н.П. "Теория и технология электрометаллургии ферросплавов", М.: СП Интермет Инженеринг, 1999, 764 с.Sources of information
1. Gasik M.I., Lyakishev N.P. "Theory and technology of electrometallurgy of ferroalloys", M .: SP Intermet Engineering, 1999, 764 p.

2. Технические условия. ТУ 48-3-59-84. Побужский никелевый завод. 2. Technical conditions. TU 48-3-59-84. Pobuzhsky Nickel Plant.

Claims

An alloy based on iron to produce steel and ferroalloys containing nickel, manganese, chromium, carbon, silicon and aluminum, characterized in that it contains these components in the following ratio, wt. %:
Nickel - 5-30
Carbon - 0.2-2
Chrome - 0.2-8
Silicon - 0.1-25
Aluminum - 0.1-1
Manganese - 0.2-9
Iron - Else