чугун

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, ванадий, титан, медь, никель, кобальт, хром, алюминий и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит фосфор, серу, галлий и гафний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод - 3,0 - 4,8

Кремний - 0,02 - 0,8

Марганец - 0,01 - 1,5

Ванадий - 0,03 - 1,0

Титан - 0,02 - 0,6

Фосфор - 0,015 - 0,10

Сера - 0,010 - 0,05

Медь - 0,01 - 0,12

Никель - 0,02 - 0,3

Кобальт - 0,001 - 0,14

Хром - 0,02 - 0,9

Алюминий - 0,03 - 0,15

Галлий - 0,0001 - 0,0003

Гафний - 0,0001 - 0,004

Железо - Остальноел

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к составам чугунов, используемых в качестве товарного ванадиевого чугуна, а также чугуна для конвертерного передела с получением ванадиевого шлака и углеродистого полупродукта. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является передельный чугун [1], содержащий, в мас.%:

Углерод - 2,4-3,0

Кремний - 0,8-1,4

Марганец - 0,5-1,5

Ванадий - 0,1-0,3

Хром - 0,15-0,4

Титан - 0,35-0,80

Медь - 0,02-0,2

Никель - 0,1-0,4

Кобальт - 0,08-0,16

Алюминий - 0,02-0,2

Церий - 0,01-0,05

Германий - 0,03-0,08

Железо - Остальное

Недостатком известного сплава являются большие затраты на железорудную часть шихты и топлива из-за высокой температуры плавления образующихся соединений, что значительно повышает удельный расход кокса на производство данного чугуна. В известном чугуне отсутствуют компоненты, которые способствуют повышению степени извлечения ванадия, хрома, титана.

Предлагаемый передельный чугун содержит углерод, кремний, марганец, ванадий, титан, медь, никель и дополнительно гелий, гафний, серу и фосфор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод - 3,0-4,8

Кремний - 0,02-0,80

Марганец - 0,01-1,5

Ванадий - 0,03-1,0

Титан - 0,02-0,6

Фосфор - 0,015-0,10

Сера - 0,010-0,050

Медь - 0,01-0,12

Никель - 0,02-0,30

Кобальт - 0,001-0,140

Хром - 0,01-0,9

Алюминий - 0,03-0,15

Галлий - 0,0001-0,003

Гафний - 0,001-0,004

Входящие в состав передельного чугуна галлий и гафний обладают способность со многими металлами (в т.ч. с ванадием, хромом, титаном, медью) образовывать сплавы с низкой температурой плавления. Другое позитивное воздействие вызвано повышением активности железа, марганца, никеля, что влияет на структуру и повышает износостойкость отливок. Присутствие в передельном чугуне галлия и гафния в количестве 0,0001-0,0003 и 0,0001-0,004 (мас.%) увеличивают склонность ванадия к окислению и переводу его в шлак. Образующиеся при окислении галлия и гафния окислы, соединяясь с окислами железа, образуют устойчивую шпинель, входящую в состав комплексной шпинели, что способствует ее химическому и термическому упрочнению, что положительно сказывается на прочностных свойствах отливок. Заявленный уровень концентрации галлия (0,0001-0,003 мас. %) и гафния (0,0001-0,004 мас.%) гарантирует проявление описанных эффектов. Однако при снижении концентрации галлия и гафния менее 0,0001% их влияние практически не проявляется, а при содержании галлия в передельном чугуне более 0,003% и гафния более 0,004% влияние практически не изменяется. Присутствие в составе чугуна ванадия обеспечивает при окислительной продувке в конвертере образование главной составляющей ванадиевого шлака - комплексного шпинелида. Предложенные пределы содержания ванадия позволяют поддержать жидкоподвижную силикатную составляющую в шлаке на оптимальном уровне (ниже 70%) и снизить безвозвратные потери ванадия при отделении шлака от металла, а также получить заданные физические свойства шлака при переделе чугуна в конвертере для снижения безвозвратных потерь ванадия. Титан, входящий в чугун в количестве 0,020-0,6%, в несколько более широких границах, чем в известном сплаве, полностью переходит в шпинелид, химическая и термическая устойчивость которого значительно повышается при условии содержания в чугуне хрома 0,02-0,9%. Нарушение этих пределов приводит к увеличению потерь ванадия при получении шлака.

Указанные пределы содержания других компонентов чугуна действуют в предложенном чугуне аналогично их действию в известном сплаве.

Сравнение предлагаемого состава передельного чугуна с прототипом показывает, что принципиальное отличие заявленного сплава заключается в наличии компонентов галлия и гафния.

В пределах исследования заявляемого состава передельного чугуна по патентной и научно-технической литературе не выявлены известные в науке и технике технические решения, которые содержат признаки, схожие с признаками, отличающими заявленные решения от прототипа. Следовательно, данное решение соответствует критерию "существенные отличия".

Пример. В промышленном 20 т конвертере при подаче воздуха через дно конвертера продували чугуны известного и предложенного составов. Во всех опытах условия преддерживали одинаковыми, температура чугуна 1280-1290^oC, температура окончания перевода ванадия из чугуна в товарный ванадий, содержащий шлак, 1350-1365^oC, охладитель - ванадийсодержащий агломерат в количестве 100 кг/т, интенсивность продувки 475 м³/мин.

После окончания продувки (8-10 мин) в ковш выпускали полученный металл (углеродистый полупродукт), шлак кантовали в чашу после выпуска полупродукта. Далее определяли степень перехода ванадия из чугуна в шлак, а также извлечение по конвертерному переделу хрома и титана. Из данных, приведенных в таблице, следует, что предложенный чугун по сравнению с известным обеспечивает более высокую степень перехода ванадия из чугуна в товарный ванадий, извлечения хрома и титана при конвертерном переделе, а также снижение расхода железорудных материалов и топлива в доменной плавке и в конвертерном переделе. Повышается также показатель износостойкости отливок.