Способ внепечной обработки чугуна

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к внепечной обработке чугуна порошкообразными реагентами. Магний вводят в смеси со сплавом кремния и железа, причем отношение между содержанием магния в наполнителе и содержанием самого наполнителя в проволоке составляет величину 0,1...1,0, а соотношение между составляющими частями проволоки устанавливают следующим, мас.%: порошковый наполнитель 41...65, стальная оболочка 35...59. Изобретение позволяет повысить эффективность использования магния, обеспечить стабильно высокий уровень десульфурации и модифицирования, снизить расход проволоки и улучшить экологию при внепечной обработке чугуна.

 

Изобретение относится к отрасли чертой металлургии, а именно к внепечной обработке чугуна порошкообразными реагентами.

Известен способ внепечной обработки железоуглеродистых расплавов порошковой проволокой, состоящей из металлической оболочки и порошкового наполнителя, состоящего из механической смеси 20...40% порошка магния и 60...80% обожженною доломита [1]. При использовании изобретения происходит глубинная пассивация магния обожженным доломитом, что дает возможность сдерживать скорость испарения магния и уменьшить количество пара магния, поступающего в расплав. Но этот способ не обеспечивает эффективное использование магния. Доломитовый порошок имеет невысокую текучесть, поэтому он плохо перемешивается с порошком магния в процессе производства проволоки. Неоднородность смеси порошков доломита и магния как в разрезе, так и по длине Приводит к пироэффекту при ее использовании. При указанном составе наполнителя магний поступает в обрабатываемый металл в виде беспрерывной струи пара, дробление которого на отдельные пузырьки происходит в объеме металла. В этих условиях размер пузырьков пара магния, образующихся в металле, определяется только величиной межфазной поверхности на границе раздела пара магния с жидким чугуном. Большой размер образующихся при этом пузырьков приводит к тому, что во время движения к поверхности расплава основная часть магния не может эффективно использоваться на десульфурацию и модифицирование. Непрореагировавший пар магния сгорает в атмосфере над ковшом, что сопровождается образованием большого количества пылегазовых выбросов. Все это значительно ухудшает степень использования магния и также приводит к повышенному расходу проволоки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому является способ, включающий ввод в жидкий расплав порошковой проволоки в стальной оболочке с наполнением железокремниймагниевой лигатурой, причем соотношение между магнием и кремнием в сплаве составляет 1:(1,5...3,0) [2]. Введение магния в жидкий чугун в сплаве с кремнием и железом позволяет значительно снизить упругость диссоциации паров магния и они успевают прореагировать с серой в глубине расплава. Этим самым достигается почти полная глубинная пассивация магния и процесс обработки чугуна протекает спокойно, без барботажа и выбросов, что позволяет существенно уменьшить пылегазовыделение и значительно повысить степень использования магния. Но этот способ также имеет ряд недостатков. Использование магния в наполнителе проволоки в виде уже готового сплава с кремнием и железом не позволяет синхронизировать время высвобождения магния в расплав со временем расплавления сплава, что может приводить к образованию пара магния внутри проволоки и разрыванию оболочки проволоки на недостаточной глубине и, как следует, снижению эффективности использования магния. К таким же последствиям приводит неопределенность между содержанием магния в порошковом наполнителе и содержанием наполнителя в проволока. В проволоке также не определено соотношение между составными частями, что не дает возможности стабильно обеспечивать необходимую жесткость проволоки для ее введений на достаточную глубину, чтобы реакцией взаимодействия магния с расплавом был охвачен максимальный объем металла в ковше.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать способ внепечной обработки чугуна путем изменения состава заполнителя проволоки за счет использования магния в виде смеси со сплавом кремния и железа, установлением пределов соотношения между содержанием магния в наполнителе и самого наполнителя в проволоке, определением зависимостей между составными частями порошковой проволоки. Решение этой задачи дает возможность по мере поступления проволоки в жидкий расплав значительно увеличить время расплавления оболочки проволоки, снизить скорость и интенсивность испарения магния, уменьшить размер пузырьков пара магния, охватить реакцией взаимодействия магния с расплавом максимальный объем металла в ковше, синхронизировать во времени процессы высвобождения магния в расплав и расплавление сплава наполнителя. Это позволяет значительно повысить эффективность использования магния, обеспечить стабильно высокий уровень десульфурации и модифицирования, снизить расход проволоки и значительно улучшить экологию при внепечной обработке чугуна.

Суть изобретения состоит в том, что в способе внепечной обработки чугуна, включающем ввод в жидкий расплав порошковой проволоки в стальной оболочке с наполнителем, содержащим железо, кремний и магний, магний вводят в смеси со сплавом кремния и железа, причем отношение между содержанием магния в наполнителе и содержанием самого наполнителя в проволоке составляет величину 0,1...1,0, а соотношение между составляющими частями проволоки устанавливают следующим, мас.%:

порошковый наполнитель	41...65
стальная оболочка	35...59.

Общими с прототипом существенными признаками являются:

- ввод в жидкий расплав порошковой проволоки в стальной оболочке с наполнителем, содержащим железо, кремний и магний;

Отличительными от прототипа существенными признаками являются:

- ввод в жидкий расплав магния в смеси со сплавом кремния и железа;

- отношение между содержанием магния в наполнителе и содержанием самого наполнителя в проволоке составляет величину 0,1...1,0;

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

порошковый наполнитель	41...65
стальная оболочка	35...59.

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

Между существенными признаками и техническим результатом - повышением эффективности использования магния, обеспечением стабильно высокого уровня десульфурации и модифицирования, снижением расхода проволоки и улучшением экологии при внепечной обработке чугуна - существует причинно-следственная связь, которая объясняется следующим образом. При введении порошковой проволоки с наполнением смесью магния и сплава кремния и железа в расплав жидкого чугуна внутри проволоки происходит химическая реакция между компонентами смеси и получается сплав магния с железом и кремнием. На протекание этих химических реакций расходуется большое количество тепла, которое отбирается от оболочки проволоки, которая, в свою очередь, быстро нагревается по мере вхождения в расплав. Таким образом, время расплавления оболочки проволоки значительно увеличивается, что дает ей возможность погружаться на большую глубину, и реакцией взаимодействия магния с расплавом будет охвачен максимальный объем металла в ковше. Как было установлено проведенными исследованиями, время расплавления металлической оболочки проволоки с наполнением готовым ферросиликомагниевым сплавом при температуре жидкого чугуна 1450°С составляет 2,0 с, а той же оболочки проволоки с заполнением смесью магния и сплава кремния с железом - 4,2 с. При использовании проволоки приведенного состава синхронизируются во времени процессы высвобождения магния в расплав и расплавление сплава наполнителя, не допуская образования пара магния внутри проволоки или высвобождение наполнителя в жидкий чугун в твердом состоянии, так как в этом случае при расплавлении оболочки образованный из смеси магниевый сплав всегда будет в жидком состоянии. Использование проволоки с таким составом наполнителя позволяет по мере его поступления в жидкий чугун значительно снизить скорость и интенсивность испарения магния, уменьшить размер пузырьков пара магния. Образующийся внутри проволоки сплав магния с железом и кремнием - однородный и высвобождается в глубину расплава без локальных зон, перенасыщенных магнием, или наоборот. В локальной зоне взаимодействия с расплавом магний частично растворяется, а частично образуются маленькие пузырьки пара магния, которые, поднимаясь вверх, взаимодействуют с серой и выносят сульфид магния в шлак. Растворенный в чугуне магний также реагирует с серой, а продукты реакции - пузырьки пара магния - выносят в шлак. Указанное соотношение между содержанием магния в наполнителе и содержанием самого наполнителя в пределах 0,1...1,0 синхронизирует во времени процессы высвобождения магния в расплав и расплавления сплава наполнителя. Указанное соотношение между составными частями проволоки стабильно обеспечивает необходимую жесткость проволоки для ее введения на достаточную глубину, чтобы реакцией взаимодействия магния с расплавом был охвачен максимальный объем металла в ковше. Процесс обработки жидкого чугуна проволокой, со всеми указанными параметрами, протекает спокойно, без выбросов и барботажа. Все это позволяет значительно увеличить степень использования магния, 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 не охвачены реакцией взаимодействия с магнием, что, в свою очередь, значительно снизит эффективность использования магния. Соотношение между содержанием магния в порошковом наполнителе и содержанием наполнителя в проволоке в указанных пределах обусловлено тем, что если оно будет меньше, чем 0,1, то лигатура будет высвобождаться в расплав в твердом состоянии и будут дополнительные затраты на подогрев, расплавление материала и повышенный угар магния. Если указанное соотношение будет больше, чем 1,0, то это приведет к образованию паров магния внутри проволоки и разрыванию оболочки на недостаточной глубине, пироэффекту, выбросам и, как следствие, снижению эффективности использования магния, повышенному расходу магния и чрезмерному пылегазовыделению.

Таким образом, чтобы значительно повысить эффективность использования магния, обеспечить стабильно высокий уровень десульфурации и модифицирования, снизить расход проволоки и улучшить экологию при внепечной обработке чугуна, необходимо использовать проволоку приведенного состава со всеми указанными соотношениями, то есть между порошковым наполнителем и стальной оболочкой, между содержанием магния в наполнителе и содержанием наполнителя в проволоке.

Заявленный способ используется следующим образом.

На одном из металлургических предприятий на установку обработки, оборудованную трайбаппаратами для ввода проволоки, подается ковш с жидким чугуном массой 5 тонн, в котором известно содержание серы. Порошковая проволока диаметром 10 мм с наполнением смесью железокремниймагниевой лигатуры (содержание магния 10%) и металлического магния через направляющую проводку вводится в жидкий расплав с необходимой скоростью (1,0...1,5 м/с). Содержание металлического магния в проволоке составляет 45 г/м, содержание железокремниевой лигатуры - 45 г/м. Соотношение между порошковым наполнителем и стальной оболочкой составляет 50:50 мас.%, соотношение между содержанием магния в наполнителе и содержанием наполнителя в проволоке составляет величину 0,50. После обработки отбирается проба для определения содержания серы и остаточного магния и ковш с жидким чугуном подается на разливочную машину для отливки труб. Проведено 10 обработок. Начальное содержание серы в чугуне (S_н) в среднем составило 0,025%, конечное содержание серы (S_k) - 0,005%, расход магния на обработку (q_Mg) составил 0,8 кг/т, расход проволоки - 4,4 кг/т, остаточное содержание магния в чугуне на протяжении 20 минут находилось в пределах 0,030...0,035%. Степень использования магния на десульфурацию составляет 30,4%. Процесс обработки чугуна протекал спокойно, без выбросов и барботажа.

При использовании в таких же условиях способа-прототипа (соотношение между порошковым наполнителем и стальной оболочкой составляет 38:62 мас.%, соотношение между содержанием магния в наполнителе и содержанием наполнителя в проволоке составляет величину 1,02) конечное содержание серы (S_к) в среднем составило 0,012%, степень использования магния на дисульфурацию составила 19,8%, остаточное содержание магния в чугуне на протяжении 20 минут находилось в пределах 0,015...0,020%. Для того чтобы обеспечить необходимое содержание серы и остаточное содержание магния в чугуне, расход магния на обработку (q_Mg) по способу-прототипу должен составлять 1,2 кг/т, расход проволоки - 8,2 кг/т. Процесс обработки чугуна при использовании способа-прототипа сопровождался пироэффектом и чрезмерным пылегазовыделением.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1655996, опубликовано 15.06.1991 г.

2. Патент Украiни на изобретение №31893 А, опубликован 15.12.2000, Бюл №7-11.

Способ внепечной обработки чугуна, включающий ввод в жидкий расплав проволоки, состоящей из стальной оболочки и порошкового наполнителя, содержащего железо, кремний и магний, отличающийся тем, что используют проволоку, наполнитель которой содержит смесь металлического магния и сплава кремния с железом, а отношение между содержанием магния в наполнителе и содержанием наполнителя в проволоке равно 0,1...1,0 при следующем соотношении составляющих частей проволоки, мас.%:

порошковый наполнитель	41-65
стальная оболочка	35-59