Термин «прямое легирование» относится к процессу легирования, который осуществляют с использованием материалов, обычно применяемых для производства соответствующих ферросплавов.
Прямое легирование стали различными элементами, осуществляют с использованием оксидов, фторидов или карбонатов этих элементов и восстановителя, в качестве которого могут быть материалы, содержащие элементы, обладающие высоким сродством к кислороду.
Процесс легирования в сталеплавильном агрегате или в сталеразливочном ковше организовывают таким образом, чтобы обеспечить синхронизацию плавления исходных компонентов реакции и самого процесса восстановления. Такая синхронизация достигается строгими технологическими приемами с использованием исходных материалов заданной фракции.
Технология прямого легирования практически не сопровождается образованием безвозвратных потерь, а степень извлечения элемента из окисла составляет до 95%, при этом потери алюминия не превышают 5%.
Большой интерес сегодня для практики имеет, прямое легирование стали шихтой, близкой по составу к шихте внепечной металлотермической плавки. Такую шихту проплавляют на поверхности жидкого металла в сталеплавильной печи или в ковше. При таком способе легирования повышается сквозное извлечение элемента уменьшают затраты на термические добавки и т. п. А в случае брикетирования металлотермической шихты скорость плавления металлотермической брикетированной шихты в 6-8 раз выше, чем порошкообразной.
В Японии фирма «Ниппон Кокан» производит брикеты из пятиокиси ниобия для прямого легирования. При прямом легировании стали IX19H9T брикетами, состоящими из ильменита и восстановителя усвоение титана в 1,5 раза больше чем сквозное извлечение при выплавке ферротитана и введение твердого сплава.
Использование для прямого легирования стали брикетов, из шеелитового концентрата повышает извлечение вольфрама до 80%, что в два раза выше, чем использование ферровольфрама.
Эффективность технологии прямого легирования обусловлена рациональным использованием тепла экзотермических реакций восстановления, повышенными значениями скоростей плавления исходных материалов, высокой степенью усвоения легирующего элемента и полезного использования восстановителя.
Удельная теплота процесса при применении металлотермических брикетов колеблется в пределах 58,2-63,6 КДж/г. атом, скорость плавления шихты от 0,25 до 0,33 г (см2с). Извлечение элементов из окислов составляет: 95 % — V; 91 % — Cr; 85% — W; 80% — Ti.
Преимущества прямого легирования стали:
• исключение производства ферросплавов, что приводит к экономии энергетических ресурсов, при этом отсутствуют вредные выбросы
• использование при легировании окислов металла снижает себестоимость готовой металлопродукции, т.к. суммарная стоимость окислов металла и восстановителя всегда ниже стоимости эквивалентного количества металла в ферросплавах
• технология может быть реализована практически в любых сталеплавильных цехах без существенной реконструкции действующего оборудования.
Промышленная апробация технологии прямого легирования стали, марганцем, была проведена в конверторных и электросталеплавильных цехах на крупнейших металлургических предприятиях СНГ. Были выплавлены кипящие, полуспокойные, спокойные, углеродистые, низколегированные и легированные марки стали с содержанием марганца от 0,5 до 12%.
Аналогичные результаты при промышленной апробации были получены и при легировании другими элементами (хром, ванадий, никель, молибден, редкоземельные металлы и др.) В июне месяце 2005 г. на Алчевском меткомбинате на 321 тн ковше проведено прямое легирование стали ванадием.
Ванадийсодержащие брикеты, изготовленные заводом «Конкрет» показали хорошие результаты. Извлечение ванадия составило 97,7%.
Брикеты содержали всего 12% V2O5, горение брикетов проходило спокойно и закончилось к моменту заполнения ковша.
Для прямого легирования стали титаном, изготавливаются брикеты, состоящие из:
— ильменитового концентрата (100 кг) -60%
— восстановитель № 1 (35 кг) — 20%
— восстановитель № 2 (20 кг) – 11%
— флюсов (10 кг) — 6%
— соль для регулирования скорости горения (5 кг) – 3%
плотность шихты 3,4- 3,5 гр./см3.
Одна тонна брикетов вводит в сплав 240-200 кг Ti. Связка жидкое стекло или СБ 5-7 % сверх 100%.