Патент на изобретение №2317340

(54) ПРОВОЛОКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА

(57) Реферат:

Изобретение относится к металлургии, а именно к внепечной обработке металлургических расплавов порошкообразными реагентами. Проволока состоит из стальной оболочки и порошкового наполнителя из алюминия и кальция. Отношение между алюминием и кальцием в наполнителе составляет (1,2…4,0):1, а содержание кальция составляет 8…25 мас.% от массы проволоки. Изобретение позволяет по мере погружения проволоки в расплав быстро образовывать внутри проволоки прочное однородное кальцийалюмийсодержащее соединение, достигать глубинной пассивации кальция, синхронизировать во времени процессы высвобождения модификатора в расплав и расплавление образованного в наполнителе сплава, а также обеспечить полную глобулизацию неметаллических включений.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к внепечной обработке металлургических расплавов порошкообразными реагентами.

Известна порошковая проволока для внепечной обработки стали, которая содержит кальций в алюминиевой оболочке с соотношением массовых частей кальция и алюминия 37:63 (“Сталь”, 1998, №5, с.18-22). Если исходить из диаграммы состояния кальций-алюминий, можно допустить, что при таком соотношении между кальцием и алюминием должно образовываться прочное соединение CaAl₂ или его растворы в избыточном кальции или избыточном алюминии. Но в действительности, при погружении в жидкий металл алюминиевая оболочка расплавляется, взаимодействует со шлаком, кальций и алюминий не успевают образовать прочное соединение, и после расплавления оболочки в металле кальций уже находится в виде пара, что приводит к ухудшению усвоения кальция, барботажу и выбросам металла.

Наиболее близкой по технической сути и получаемому эффекту к заявляемой является проволока для обработки жидкого металла, состоящая из стальной оболочки и порошкового наполнителя, содержащего алюминий и кальций в соотношении 40:60 мас.% (“Металлург”, 1994, №1, с.28). Несмотря на то, что при использовании этой проволоки достигнуты положительные результаты по десульфурации стали, она имеет некоторые недостатки. При соотношении алюминия к кальцию 40:60 мас.% не образуется прочное кальцийалюминатное соединение, упругость диссоциации паров кальция остается высокой, что приводит к повышенному барботажу и снижению усвоения элементов. Кроме этого, неопределенность в содержании кальция в порошковой проволоке не позволяет охватить весь объем металла в ковше реакцией взаимодействия со спокойным протеканием процесса без пироэффекта и барботажа и приводит к снижению эффективности использования кальция.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать проволоку для обработки жидкого металла путем установления определенного содержания кальция и алюминия в составе наполнителя и определением пределов содержания кальция в составе проволоки. Решение этой задачи дает возможность по мере погружения проволоки в металл образовывать внутри проволоки прочное однородное кальцийалюминатное соединение, достигать глубинную пассивацию кальция, охватить реакцией взаимодействия кальция с расплавом максимальный объем металла в ковше. Это позволяет значительно повысить эффективность использования кальция и алюминия при внепечной обработке, обеспечивая полную глобуляризацию неметаллических включений.

Сущность изобретения состоит в том, что в проволоке для обработки жидкого металла, состоящей из стальной оболочки и порошкового наполнителя из алюминия и кальция, отношение между алюминием и кальцием в наполнителе составляет (1,2…4,0):1, а содержание кальция в составе проволоки находится в пределах 8…25 мас.%.

Общими с прототипом существенными признаками являются:

– стальная оболочка;

– порошковый наполнитель, содержащий алюминий и кальций.

Отличительными от прототипа существенными признаками являются:

– отношение между алюминием и кальцием в наполнителе составляет (1,2…4,0):1;

– содержание кальция в составе проволоки находится в пределах 8…25 мас.%.

Приведенные выше признаки являются необходимыми и достаточными для всех случаев, на которые распространяется область использования изобретения.

Между существенными признаками и техническим результатом – повышением степени использования кальция и алюминия при внепечной обработке, полной глобуляризацией неметаллических включений – существует причинно-следственная связь, которая объясняется следующим образом. По мере вхождения проволоки с указанным соотношением между алюминием и кальцием в жидкий металл внутри проволоки образуется прочное однородное кальцийалюминиевое соединение CaAl₂ с относительно высокой температурой плавления (1050…1080°С). Вследствие этого снижается активность и упругость диссоциации паров кальция и повышается температура его испарения из металургического расплава. После расплавления стальной оболочки в объем металла высвобождается жидкий алюмокальциевый сплав, а потом Са и Al растворяются в жидком металле, обеспечивая полную глобуляризацию неметаллических включениий. Использование в составе наполнителя алюминия с отношением к кальцию в пределах (1,2…4,0):1 позволяет по мере вхождения проволоки в жидкую сталь значительно снизить скорость и интенсивность испарения кальция. Образующийся сплав с таким соотношением между алюминием и кальцием однородный и в глубине расплава не образуется локальных зон, перенасыщенных кальцием, или наоборот. В локальной зоне взаимодействия с расплавом кальций растворяется, глобуляризируя все неметаллические включения. Несоблюдения указанных пределов соотношения между кальцием и алюминием приводит к уменьшению образующегося соединения CaAl₂, образующийся сплав будет неоднородным, отдельные его части могут быть перенасыщены кальцием, а другие содержать его недостаточно, что может приводить к пироэффектам, выбросам и к снижению усвоения химически активных алюминия и кальция при использовании проволоки. Указанное содержание кальция в составе проволоки в пределах 8…25 мас.% позволяет охватить весь объем металла в ковше реакцией взаимодействия без образования отдельных локальных зон с повышенным или пониженным содержанием кальция. Процесс обработки жидкой стали проволокой со всеми указанными параметрами протекает спокойно, без выбросов и барботажа. Все это позволяет значительно увеличить степень использования кальция, уменьшая пылегазообразование.

Таким образом, чтобы значительно повысить степень использования алюминия и кальция при внепечной обработке, глобуляризировать все неметаллические включения, необходимо использовать проволоку со всеми указанными соотношениями.

Изготавливают порошковую проволоку следующим образом. Стальную ленту профилируют в желобоподобную оболочку. Дозированными порциями из двух бункеров заполняют оболочку порошками металлических кальция и алюминия, который равномерно распределяется по желобу оболочки. Потом с помощью роликовых клетей обжимают оболочку и формируют замок. Готовая проволока наматывается на катушку и поставляется в отделения обработки стали.

На одном из металлургических комбинатов проведено опробование предложенной проволоки. Наполнение проволоки 13 мм составляет 150 г/м, (кальция – 40 мас.%, алюминия – 60 мас.%), отношение между алюминием и кальцием в наполнителе – 1,5, содержание кальция в проволоке – 19%, между порошковым наполнителем и стальной оболочкой составляло, мас.%: 60:40. Проволоку вводили с помощью трайбаппарата в стальковш на установке доводки металла после усреднительной продувки во время производства стали марки 20. Расход проволоки составил 150 м на 150-тонный ковш (0,38 кг/т стали). Проведено 10 обработок стали. В среднем содержание кальция в готовом металле (проба на МНЛЗ) составляет 0,0020 %, усвоение – 19,5%, усвоение алюминия составило 70%. Все неметаллические включения глобуляризованы, металл полностью разливается на МНЛЗ и имеет повышенные литейные и механические свойства. На этом же комбинате проведены 10 обработок стали марки 20 с использованием проволоки-прототипа. Наполнение проволоки 13 мм составляет 120 г/м, (кальция – 60 мас.%, алюминия – 40 мас.%), отношение между алюминием и кальцием в наполнителе – 0,67. Усвоение кальция на проведенных обработках составило 15% (готовый металл, проба на МНЛЗ), усвоение алюминия – 55%. При разливке сталей, обработанных этой проволокой, на МНЛЗ иногда затягивало разливочные стаканы, что свидетельствует о неполной глобуляризации неметаллических включений.

Формула изобретения

Проволока для обработки жидкого металла, состоящая из стальной оболочки и порошкового наполнителя из алюминия и кальция, отличающаяся тем, что соотношение между порошками алюминия и кальция в наполнителе составляет (1,2…4,0):1, а содержание кальция составляет 8…25% от массы проволоки.