Патент на изобретение №2318026
|
||||||||||||||||||||||||||||
(54) ПРОВОЛОКА ДЛЯ ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ
(57) Реферат:
Изобретение относится к металлургии, а именно к внепечной обработке металлургических расплавов порошкообразными реагентами. Наполнитель проволоки дополнительно содержит железо и редкоземельные металлы (РЗМ) при следующем соотношении между ингредиентами наполнителя, мас.%: кальций 8-25, кремний 35-50, РЗМ 8-20, железо остальное. Отношение между кальцием и РЗМ составляет (0,8…2,2):1. Изобретение позволяет по мере погружения проволоки в расплав быстро образовывать внутри проволоки прочное однородное соединение с температурой плавления более 1300°С, достигать глубинной пассивации кальция, синхронизировать во времени процессы высвобождения модификатора в расплав и расплавление образованного в наполнителе сплава. 3 з.п. ф-лы.
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 оболочки 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 внепечной обработки стали, состоящая из металлической оболочки и порошкового наполнителя, содержащего кальций и кремний, причем в наполнителе содержание кальция составляет 15…30 мас.% (“Металл и литье Украины”, 2000, №1-2, с.17-20). Ввод кальция в жидкую сталь в сплаве с кремнием позволяет несколько снизить упругость диссоциации паров кальция и пары последнего в некоторой степени успевают прореагировать в глубине расплава. Процесс обработки протекает спокойнее, барботаж и выбросы уменьшаются, что позволяет немного повысить степень использования кальция. Но эта проволока также имеет ряд недостатков. Кроме высокой упругости диссоциации паров кальций имеет низкую растворимость в жидком железоуглеродистом расплаве, что вместе значительно снижает степень использования кальция. При указанном содержании кальций с кремнием образует химически непрочное соединение CaSi2, к тому же при содержании кальция 25…30% температура плавления такого соединения относительно невысокая (около 1000°С), что приводит к повышенному угару, низкой степени усвоения кальция и повышенному расходу проволоки. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать проволоку для внепечной обработки металлургических расплавов путем введения в состав наполнителя проволоки дополнительных ингредиентов (РЗМ) и установлением зависимостей как между составными частями порошкового наполнителя, так и всей проволоки в целом. Решение этой задачи дает возможность по мере погружения проволоки в металл быстро образовывать внутри проволоки прочное однородное соединение с относительно высокой температурой плавления (более 1300°С), достигать глубинную пассивацию кальция, охватить реакцией взаимодействия кальция с расплавом максимальный объем металла в ковше, синхронизировать во времени процессы высвобождения модификатора в расплав и расплавление образованного в наполнителе сплава. Это позволяет значительно повысить эффективность использования кальция, обеспечивая полное модифицирование неметаллических включений и снизить расход проволоки. Суть изобретения состоит в том, что в проволоке для внепечной обработки металлургических расплавов, состоящей из стальной оболочки и порошкового наполнителя, содержащего кальций и кремний, наполнитель дополнительно содержит железо и редкоземельные металлы (РЗМ), причем соотношение между ингредиентами наполнителя установлено следующим, мас.%:
а отношение между кальцием и РЗМ находится в пределах (0,8…2,2):1. Кальций в наполнителе может находиться в наполнителе в виде сплава с кремнием, также 10…50% кальция может находиться в наполнителе в чистом виде. Наполнитель проволоки может дополнительно содержать алюминий и магний в количестве 0,1…5,0 мас.% каждого. Общими с прототипом существенными признаками являются: – стальная оболочка; – порошковый наполнитель, содержащий кальций и кремний. Отличительными от прототипа существенными признаками являются: – наполнитель дополнительно содержит железо и редкоземельные металлы (РЗМ); – соотношение между ингредиентами наполнителя установлено следующим, мас.%:
– отношение между кальцием и РЗМ находится в пределах (0,8…2,2):1. Дополнительными признаками изобретения являются: – использование кальция в наполнителе в виде сплава с кремнием; – использование 10…50% кальция в наполнителе в чистом виде; – наполнитель проволоки может дополнительно содержать алюминий и магний в количестве 0,1…5,0 мас.% каждого. 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, полным модифицированием неметаллических включений и снижением расхода проволоки – существует причинно-следственная связь, которая объясняется следующим образом. Комплексное использование кальция и РЗМ обусловлено тем, что при температурах внепечной обработки стали у чистого кальция высокая упругость диссоциации паров и низкая растворимость в расплаве, а РЗМ имеют низкую упругость диссоциации паров и практически полную растворимость в жидком железе. РЗМ являются очень эффективным модификатором, но продукты реакции имеют высокую плотность и находятся в твердом состоянии при температурах жидкой стали, что затрудняет их удаление в шлаковую фазу. Использование же комплексного сплава РЗМ и кальция обеспечивает во время взаимодействия с жидкой сталью образование жидких оксидных или оксисульфидных включений с пониженной плотностью, которые будут способны к коагуляции и всплыванию в шлаковую фазу. Наличие в составе наполнителя проволоки железа обеспечивает по мере вхождения проволоки в жидкий металл быстрое образование внутри проволоки прочного однородного соединения с относительно высокой температурой плавления (более 1300°С). Отношение между содержанием кальция и РЗМ именно в пределах (0,8…2,2):1 обеспечивает по мере вхождения проволоки в жидкую сталь образование однородного сплава-модификатора с соответствующими характеристиками и в объеме металла не образуются локальные зоны, перенасыщенные кальцием или наоборот. Если отношение между содержанием кальция и РЗМ будет меньше, чем 0,8:1, кальций в составе модификатора будет иметь недостаточную растворимость, а если отношение между содержанием кальция и РЗМ будет больше, чем 2,2:1, активность и упругость диссоциации паров кальция будут оставаться высокими, что снизит эффективность использования кальция. Причем для ускорения процесса образования комплексного сплава-модификатора кальций в наполнителе может использоваться в виде сплава с кремнием. Однако в связи с чрезмерной трудностью получения сплава с таким содержанием кальция и РЗМ (20…25%) в промышленных масштабах, 10…50% кальция в состав наполнителя подается в чистом виде и сплав с указанным содержанием кальция образуется внутри проволоки по мере ее вхождения в расплав. Вследствие этого дополнительно снижается активность и упругость диссоциации паров кальция и повышается температура его испарения из металлургического расплава, снижается температура в зоне взаимодействия модификатора с жидкой сталью за счет протекания эндотермической реакции взаимодействия металлического кальция с кремнием, содержащимся в сплаве. Наличие в составе наполнителя проволоки алюминия и магния в указанном количестве интенсифицирует процесс рафинирования и модифицирования жидкой стали по всему объему металла в ковше. В локальной зоне взаимодействия с расплавом комплексный модификатор кальций растворяется, модифицируя все неметаллические включения. Процесс обработки жидкой стали проволокой со всеми указанными параметрами протекает спокойно, без выбросов и барботажа. Все это позволяет значительно увеличить степень использования кальция, полностью модифицировать все неметаллические включения, уменьшить расход проволоки и пылегазообразование. Таким образом, чтобы значительно повысить степень использования кальция, модифицировать все неметаллические включения и снизить расход проволоки, необходимо использовать проволоку с наполнителем приведенного состава и со всеми указанными соотношениями. Изготавливают порошковую проволоку следующим образом. Металлическую ленту профилируют в желобоподобную оболочку. Дозированными порциями из бункера заполняют оболочку порошком комбинированного сплава-модификатора, который равномерно распределяется по желобу оболочки. Если есть необходимость использовать в составе проволоке чистый кальций, то используют два бункера. 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 На этом же комбинате используется силикокальциевая проволока (СКЗО). Наполнение такой проволоки
Формула изобретения
1. Проволока для внепечной обработки металлургических расплавов, состоящая из стальной оболочки и порошкового наполнителя, содержащего кальций и кремний, отличающаяся тем, что наполнитель дополнительно содержит железо и редкоземельные металлы (РЗМ) при следующем соотношении ингредиентов наполнителя, мас.%:
а соотношение между кальцием и РЗМ составляет (0,8…2,2):1. 2. Проволока по п.1, отличающаяся тем, что кальций находится в наполнителе в виде сплава с кремнием. 3. Проволока по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что 10…50% кальция находится в наполнителе в чистом виде. 4. Проволока по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что наполнитель проволоки дополнительно содержит алюминий и магний в количестве 0,1…5,0 мас.% каждого.
|
||||||||||||||||||||||||||||
13 мм составляет 360 г/м, (кальция – 15 мас.%, кремния – 45 мас.%, РЗМ – 10 мас.%, магния – 1,5 мас.%, алюминия – 2,5 мас.%, железа – 26 мас.%,), соотношение между кальцием и РЗМ в наполнителе составляло 1,5:1, содержание кальция в проволоке – 10%, РЗМ – 6,7%. Проволоку вводили с помощью трайбаппарата в стальковш на установке доводки металла после усреднительной продувки во время производства стали 20 тр. Расход проволоки составил 150 м на 150-тонный ковш (0,53 кг/т стали). Проведено 10 обработок стали. В среднем содержание кальция в готовом металле (проба на МНЛЗ) составляет 0,0020%, степень усвоения – 37%, содержание РЗМ – 0,003%, степень усвоения РЗМ 83%. Все неметаллические включения модифицированы, металл полностью разливается на МНЛЗ и имеет повышенные литейные и механические свойств, брак составляет 0,5%.