Проволока для внепечной обработки металлургических расплавов

 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к внепечной обработке порошкообразными реагентами. Технический результат - повышение степени использования кальция, полная глобуляризация неметаллических включений и снижение расхода проволоки. Проволока для внепечной обработки металлургических расплавов состоит из стальной оболочки и порошкового наполнителя, содержащего кальций и кремний. В наполнителе содержание кальция составляет 36...56 мас.%. Соотношение между кальцием и кремнием находится в пределах (0,6...1,3):1. Отношение между содержанием кальция в наполнителе и содержанием самого наполнителя в проволоке составляет величину 0,7...1,2. Кальций в наполнителе может находиться в виде сплава с кремнием. 10...50% кальция может находиться в наполнителе в чистом виде. Соотношение между составляющими частями проволоки установлено следующим, мас.%: порошковый наполнитель 45...61; стальная оболочка 39...55. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к внепечной обработке 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 СаА1₂ 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 снизить упругость диссоциации паров кальция и пары последнего успевают прореагировать в глубине расплава. Этим достигается в определенной степени глубинная пассивация кальция, и процесс обработки протекает спокойно, без барботажа и выбросов, что позволяет повысить степень использования кальция. Но эта проволока также имеет ряд недостатков. 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. При таком содержании кальция в наполнителе его содержание в проволоке не превышает 20%, что также приводит к повышенному расходу проволоки. В наполнителе проволоки также не определено соотношение между кальцием и кремнием, и в случае несоблюдения определенных пределов соотношения между этими элементами сплав будет неоднородный, отдельные его части могут быть перенасыщены кальцием, а другие содержать его недостаточно, что приводит к нестабильным результатам при использовании проволоки. В проволоке также не определено соотношение между составными частями, что не дает возможности стабильно обеспечивать необходимую жесткость проволоки для ее введения на достаточную глубину, чтобы реакцией взаимодействия кальция с расплавом был охвачен максимальный объем металла в ковше. Неопределенность между содержанием кальция в порошковом наполнителе и содержанием наполнителя в проволоке не позволяет синхронизировать время высвобождения кальция в расплав со временем расплавления сплава, что может приводить к образованию паров кальция внутри проволоки и разрыву оболочки на недостаточной глубине и, как следствие, снижению эффективности использования кальция.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать проволоку для внепечной обработки металлургических расплавов путем установления определенного содержания кальция в составе наполнителя, определением пределов соотношения между содержанием кальция в наполнителе и самого наполнителя в проволоке, 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 образовывать внутри проволоки прочное однородное кальцийкремниевое 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 кальция в расплав и расплавление образованного в наполнителе сплава. Это позволяет значительно повысить эффективность использования кальция, обеспечивая полную глобуляризацию неметаллических включений, и снизить расход проволоки.

Суть изобретения состоит в том, что в проволоке для внепечной обработки металлургических расплавов, которая состоит из стальной оболочки и порошкового наполнителя, содержащего кальций и кремний, содержание кальция в наполнителе составляет 36...56 мас.%, причем соотношение между кальцием и кремнием находится в пределах (0,6...1,3):1, а отношение между содержанием кальция в наполнителе и содержанием самого наполнителя в проволоке составляет величину 0,7...1,2. Кальций может находиться в наполнителе в виде сплава с кремнием, 10...50% кальция может находиться в наполнителе в чистом виде. Соотношение между составляющими частями проволоки установлено следующим, мас.%:

Порошковый наполнитель 45...61

Стальная оболочка 39...55

Общими с прототипом существенными признаками являются:

- стальная оболочка;

- порошковый наполнитель, содержащий кальций и кремний.

Отличительными от прототипа существенными признаками являются:

- содержание кальция в наполнителе составляет 36...56 мас.%;

- соотношение между кальцием и кремнием находится в пределах (0,6...1,3):1;

- отношение между содержанием кальция в наполнителе и содержанием самого наполнителя в проволоке составляет величину 0,7...1,2.

Дополнительными признаками изобретения являются:

- использование кальция в наполнителе в виде сплава с кремнием;

- использование 10...50% кальция в наполнителе в чистом виде;

- соотношение между составляющими частями проволоки установлено следующим, мас.%:

Порошковый наполнитель 45...61

Стальная оболочка 39...55

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, полной глобуляризацией неметаллических включений и снижением расхода проволоки - существует причинно-следственная связь, которая объясняется следующим образом. По мере вхождения проволоки с указанным содержанием кальция в жидкий металл внутри проволоки образуется прочное однородное кальцийкремниевое соединение (типа CaSi или Ca₂Si) с относительно высокой температурой плавления (более 1300°С) и достигается почти полная глубинная пассивация кальция. Причем кальций в наполнителе может использоваться в виде сплава с кремнием. Однако в связи с чрезмерной трудностью получения сплава с таким содержанием кальция 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 снижается активность и упругость паров кальция и повышается температура его испарения из металлургического расплава. Использование в составе наполнителя кальция с отношением к кремнию в пределах (0,6...1,3):1 позволяет по мере вхождения проволоки в жидкую сталь значительно снизить скорость и интенсивность испарения кальция.

Сплав с таким соотношением между кальцием и кремнием 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. Указанное отношение между содержанием кальция в порошковом наполнителе и содержанием самого наполнителя в пределах 0,7...1,2 синхронизирует во времени процессы высвобождения кальция в расплав и расплавления образующегося сплава в наполнителе, не допуская образования паров кальция внутри проволоки или высвобождения наполнителя в жидкую сталь в твердом состоянии. В случае несоблюдения указанных пределов соотношения между кальцием и кремнием образующийся сплав будет неоднородным, отдельные его части могут быть перенасыщены кальцием, а другие содержать его недостаточно, что может приводить к пироэффектам, выбросам и нестабильным результатам при использовании проволоки. Указанное соотношение между составными частями проволоки стабильно обеспечивает необходимую жесткость проволоки для ее введения на достаточную глубину, чтобы реакцией взаимодействия кальция с расплавом был охвачен максимальный объем металла в ковше. 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. Несоблюдение указанного соотношения между составными частями проволоки не позволит стабильно обеспечивать необходимую жесткость для ее введения на достаточную глубину и приведет к тому, что отдельные зоны расплава будут неохвачены реакцией взаимодействия с кальцием, что, в свою очередь, значительно снизит эффективность использования кальция. Соотношение между содержанием кальция в порошковом наполнителе и содержанием наполнителя в проволоке в указанных пределах обусловлено тем, что, если оно будет меньше, чем 0,7, сплав будет высвобождаться в расплав в твердом состоянии и будут дополнительные затраты на подогрев и расплавление материала, повышенный угар кальция. Если же указанное соотношение будет больше, чем 1,2, это приведет к образованию паров кальция внутри проволоки и разрыванию оболочки на недостаточной глубине, пироэффекту, выбросам и, как следствие, снижению эффективности использования кальция, повышенному расходу кальция и чрезмерному пылегазовыделению. При использовании проволоки с приведенными параметрами содержание кальция в ней может составлять 18...39%, что значительно снизит расход проволоки.

Таким образом, чтобы значительно повысить степень использования кальция, глобуляризировать все неметаллические включения и снизить расход проволоки, необходимо использовать проволоку со всеми указанными соотношениями, то есть между порошковым наполнителем и стальной оболочкой, между кальцием и кремнием в наполнителе и между содержанием кальция в наполнителе и содержанием наполнителя в проволоке.

Изготавливают порошковую проволоку следующим образом. Металлическую ленту профилируют в желобоподобную оболочку. Дозированными порциями из бункера заполняют оболочку порошком кальцийкремниевого сплава, 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 ⊘15 мм составляет 260 г/м (кальция - 40 мас.%, кремния - 50 мас.%), соотношение между кальцием и кремнием в наполнителе составляло 0,8:1, соотношение 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 1008. Расход проволоки составил 150 м на 130-тонный ковш (0,3 кг/т стали). Проведено 10 обработок стали. В среднем содержание кальция в готовом металле (проба на МНЛЗ) составляет 0,0020%, усвоение - 27,8%. Все неметаллические включения глобуляризованы, металл полностью разливается на МНЛЗ и имеет повышенные литейные и механические свойства.

На этом же комбинате используется силикокальциевая проволока (СК30). Наполнение такой проволоки диаметром 15 мм составляет 280 г/м, содержание порошкового наполнителя в проволоке составляет 62%. Для внесения такого же количества кальция этой проволоки необходимо ввести 180 м на 130-тонный ковш или 0,39 кг/т стали, что на 30 отн.% больше, чем заявляемой проволоки. Усвоение кальция из СК30 на проведенных обработках составило 15% (готовый металл, проба на МНЛЗ) при производстве стали 1008 и для достижения такого же уровня кальция в готовом металле, как и при использовании заявляемой проволоки, проволоки-протипа необходимо вводить еще на 85% больше. При разливке сталей, обработанных этой проволокой, на МНЛЗ иногда затягивало разливочные стаканы, что свидетельствует о неполной глобуляризации неметаллических включений.

Формула изобретения

1. Проволока для внепечной обработки металлургических расплавов, состоящая из стальной оболочки и порошкового наполнителя, содержащего кальций и кремний, отличающаяся тем, что в наполнителе содержание кальция составляет 36-56 мас.%, причем отношение между кальцием и кремнием находится в пределах (0,6-1,3):1, а соотношение между содержанием кальция в наполнителе и содержанием самого наполнителя в проволоке составляет величину 0,7-1,2.

2. Проволока по п.1, отличающаяся тем, что кальций находится в наполнителе в виде сплава с кремнием.

3. Проволока по п.1 или 2, отличающаяся тем, что 10-50% кальция находится в наполнителе в чистом виде.

4. Проволока по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что соотношение между составляющими частями проволоки установлено следующим, мас.%:

Порошковый наполнитель 45-61

Стальная оболочка 39-55

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 10.10.2007

Извещение опубликовано: 10.10.2007        БИ: 28/2007

---