Порошковая проволока для десульфурации чугуна

 

Предлагаемое изобретение относится к черной металлургии, в частности к литейному производству, и может быть использовано для глубокой десульфурации чугуна магнием в ковшах, а также при модифицировании металла для получения отливок из чугуна с графитом шаровидной и вермикулярной формы. Порошковая проволока состоит из металлической оболочки и наполнителя из порошкообразного сплава системы железо-кремний-магний с добавкой кальция, алюминия, бария, титана и РЗМ. При этом необходимое количество добавок полностью или частично введено в состав наполнителя проволоки в металлическом виде. Изобретение позволяет усовершенствовать порошковую проволоку для десульфурации и модифицирования чугуна, за счет изменения состава наполнителя проволоки получать реагент оптимального химического состава. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

Порошковая проволока может быть использована в черной металлургии и литейном производстве для глубокой десульфурации чугуна магнием в ковшах. Возможно также ее использование для модифицирования металла с целью производства отливок из чугунов с графитом шаровидной и вермикулярной формы.

Известна порошковая проволока для внепечной обработки чугуна, которая состоит из металлической оболочки толщиной менее 1 мм, заполненной металлическим магнием (см. патент США 4205981, М. кл. С 21 С 7/02, опубликован 3.06.1980 г.).

В условиях металлургических заводов эта проволока не может быть эффективно использована для десульфурации чугуна в ковшах по следующим причинам. При температурах внепечной обработки чугуна введенный в металл магний испаряется и удаляется из расплава в виде пузырей пара, у поверхности которых протекают химические реакции между магнием и примесями чугуна. Поэтому для эффективного использования магния необходимо, чтобы разрушение металлической оболочки проволоки и выход пара магния в металл происходили в донной части ковша. С этой целью подачу проволоки в расплав нужно вести с большой скоростью. При использовании проволоки большого диаметра это приводит к образованию в чугуне большого количества пара, формированию неблагоприятных газометаллических потоков, выбросам обрабатываемого металла из ковша и неэффективному использованию магния. Уменьшение диаметра подаваемой в расплав проволоки приводит к тому, что вследствие нагрева в металле она быстро теряет жесткость и не может проникать на необходимую глубину в чугун.

Известна также порошковая проволока для ввода магния в расплавы на основе железа, которая состоит из металлической оболочки и наполнителя, содержащего механическую смесь 20-40% порошка магния и 80-60% обожженного доломита (см. авторское свидетельство СССР 1655996, М. кл. С 21 С 7/06, опубликовано 15.06.1991 г. ). Ее использование дает возможность уменьшить количество пара магния, которое поступает в расплав при неизменных диаметре проволоки и скорости подачи ее в расплав. Но в условиях глубокой десульфурацин чугуна эта проволока также не обеспечивает эффективного использования введенного в металл магния.

При указанном составе наполнителя проволоки магний поступает в обрабатываемый металл в виде непрерывной струи пара, дробление которой на отдельные пузыри происходит в объеме металла. В этих условиях размер образующихся в металле пузырей пара магния определяется только величиной межфазного натяжения на поверхности раздела пара магния с чугуном. Большой размер образующихся пузырей приводит к тому, что при низком содержании серы в металле за время движения пузырей к поверхности расплава большая часть магния не может быть использована для протекания химических реакций.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является порошковая проволока для десульфурации чугуна, которая состоит из металлической оболочки, заполненной порошкообразным сплавом системы железо-кремний-магний.

С целью улучшения условий десульфурацин металла сплав системы железо-кремний-магний может дополнительно содержать кальций, алюминий, барий, титан и редкоземельные металлы (РЗМ) (см. патент Украины 30276, М. кл. С 22 С 23/00, С 21 С 7/00, опубликован 15.11.2000 г.).

Более высокая эффективность использования магния при вводе его в металл в составе сплава системы железо-кремний-магний достигается благодаря особенностям распределения магния в структуре твердого сплава.

Исследования этих сплавов свидетельствуют о том, что основными их структурными составляющими являются кремний, лебоит (FeSi₂) и силицид магния (Mg₂Si). В структуре твердого сплава кремний и лебоит находятся в виде крупных зерен, между которыми находятся мелкие включения силицида магния. Именно в них сосредоточено основное количество находящегося в составе сплава магния.

Температура плавления силицида магния составляет 1102^oС, что значительно ниже температур плавления окружающих его лебоита и кремния, которые составляют соответственно 1220^oС и 1414^oС. Поэтому растворение силицида магния в чугуне протекает быстрее, чем растворение образующих матрицу сплава более тугоплавки фаз. При этом возникающие в чугуне пузырьки пара магния формируются вследствие растворения каждого из включений силицида магния отдельно. Вследствие малого количества магния в них пузырьки имеют малые размеры и большую удельную площадь поверхности раздела с обрабатываемым металлом. Благодаря этому ввод магния в чугун в составе сплава обеспечивает высокую степень использования магния для десульфурации и модифицирования чугуна.

Недостатком указанной выше порошковой проволоки является то, что выбор оптимального состава ее наполнителя в каждом случае связан с необходимостью изменения химического состава сплава, который выплавляется на ферросплавных заводах. При проведении десульфурации и модифицирования ограниченного количества металла в условиях разных предприятий необходимость производства мелких партий сплавов разнообразного химического состава значительно усложняет технологию изготовления порошковой проволоки.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования порошковой проволоки для десульфурации и модифицирования чугуна, в которой за счет изменения состава наполнителя проволоки значительно проще получать реагент оптимального химического состава.

Поставленная задача решается тем, что порошковая проволока состоит из металлической оболочки и наполнителя из порошкообразного сплава системы железо-кремний-магний с содержанием магния 16-35% и добавкой кальция, алюминия, бария, титана и РЗМ. Согласно изобретению необходимое количество добавок полностью или частично введено в состав наполнителя проволоки в виде металлического кальция, алюминия, бария, титана и РЗМ.

Необходимое количество алюминия может также быть введено в состав наполнителя проволоки в виде вторичных сплавов системы алюминий-магний с содержанием магния 0,1-15%.

С целью уменьшения потерь реагентов вследствие окисления атмосферным кислородом целесообразно также введение кальция, бария, титана и РЗМ в состав наполнителя проволоки в виде сплавов с алюминием.

Основанием для данного изобретения служат результаты опытно-промышленных исследований десульфурации и модифицирования чугуна в условиях металлургических и машиностроительных заводов. Они свидетельствуют о том, что в большинстве случаев результаты десульфурации и модифицирования металла определяются только общим количеством введенных в металл реагентов и не зависят от того, в каком виде они входят в состав наполнителя порошковой проволоки.

Пример. Оценку возможности использования порошковой проволоки предложенного состава проводили на примере внепечной десульфурации чугуна сплавами системы железо-кремний-магний с добавкой алюминия. В условиях повышенной температуры обрабатываемого чугуна добавка алюминия нужна для снижения содержания кислорода в металле и повышения эффективности использования магния для десульфурации чугуна. С этой целью были выполнены две серии экспериментов в 140-т ковшах. Во всех случаях температура чугуна во время десульфурации находилась в пределах 1380-1410^oС.

В первой серии экспериментов была использована порошковая проволока диаметром 10 мм, для производства которой был изготовлен порошкообразный сплав состава, мас.%: 20,1 Mg; 50,5 Si; 1,4 Са; 6,5 Al; Fe - остальное. Во второй серии экспериментов в качестве наполнителя проволоки был использован сплав серийного производства состава, мас.%: 26 Mg; 52,1 Si; 2,4 Са; 0,96 Al; Fe - остальное. Дополнительное количество алюминия было введено в состав наполнителя проволоки в виде гранул металлического алюминия.

В обоих случаях оболочка проволоки была изготовлена из стали 08Ю толщиной 0,4 мм. Скорость ввода проволоки в металл изменялась в пределах 1,8-2,2 м/с.

Результаты проведенного исследования представлены в таблице. Анализ экспериментальных данных показывает, что в обоих случаях эффективность десульфурации металла была практически одинаковой независимо от того, в каком виде алюминий входил в состав наполнителя проволоки. Это дает возможность существенно упростить технологию изготовления порошковой проволоки без снижения эффективности ее использования для десульфурации металла.

Формула изобретения

1. Порошковая проволока для десульфурации чугуна, состоящая из металлической оболочки и наполнителя из порошкообразного сплава системы железо-кремний-магний с добавкой кальция, алюминия, бария, титана и РЗМ, отличающаяся тем, что необходимое количество добавок полностью или частично введено в состав наполнителя проволоки в металлическом виде.

2. Порошковая проволока по п.1, отличающаяся тем, что алюминий вводят в состав наполнителя проволоки в виде сплавов системы алюминий-магний с содержанием магния 0,1-15%.

3. Порошковая проволока по п.1 или 2, отличающаяся тем, что кальций, барий, титан и РЗМ вводят в состав наполнителя проволоки в виде сплавов с алюминием.

РИСУНКИ

Рисунок 1