Порошковая проволока для присадки магния в расплавы на основе железа

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к внепечной обработке чугуна порошкообразными реагентами. Порошковая проволока состоит из металлической оболочки и наполнителя из механической смеси порошков магния и пассивирующей добавки, при следующем соотношении компонентов наполнителя, мас.%: магний 20-45; ставролитовый концентрат 55-80. Соотношение между содержанием магния в наполнителе и содержанием наполнителя в проволоке составляет (0,3-1,5):1. Состав проволоки обеспечивает повышение степени использования магния на десульфурацию, снижение расхода проволоки.

 

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

Известна порошковая проволока для внепечной обработки чугуна, состоящая из металлической оболочки толщиной меньше 1 мм, заполненной металлическим магнием [1]. Эта проволока не может быть эффективно использована для обработки чугуна в условиях металлургических предприятий по следующим причинам. Магний имеет температуру испарения 1107°С, а давление пара магния при температурах внепечной обработки жидкого чугуна (1250...1450°С) составляет 2,8...10,6 атм. Поэтому, находясь в составе проволоки в чистом виде, магний быстро и бурно испаряется, покидая расплав в виде очень больших пузырьков пара или даже беспрерывной струи. Все это сопровождается пироэффектом и чрезмерным пылегазовыделением над ковшом и приводит к очень низкой степени использования магния на десульфурацию и повышенным затратам проволоки.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемой является проволока для присадки магния в расплавы на основе железа, состоящая из металлической оболочки и порошкового наполнителя, содержащего механическую смесь 20...40% порошка магния и 80...60% обожженного доломита [2]. При ее использовании происходит глубинная пассивация магния инертной добавкой - обожженным доломитом, который дает возможность сдерживать скорость испарения магния и уменьшить количество пара магния, поступающего в расплав. Но эта проволока также не обеспечивает эффективное использование поступающего в металл магния. Как известно, обжиг доломита - процесс энергоемкий, при этом с повышением степени обжига расход энергоносителей прогресивно возрастает. В то же время для пассивации магния в порошковой проволоке необходимо использовать доломит с высокой степеню обжига. Так, при наличии в обожженном доломите только 0,5% карбонатов кальция и магния существенно ухудшаются условия обработки расплава в ковше порошковой проволокой, резко увеличивается пылегазообразование. Еще одним существенным недостатком магнийдоломитовой проволоки является низкая текучесть доломитового порошка, потому он плохо смешивается с порошком магния в процессе производства проволоки. Неравномерность смеси порошков доломита и магния как в разрезе, так и по длине проволоки приводит к пироэффекту и низкой эффективности использования магния. При указанном составе наполнителя проволоки 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 быть эффективно использована на десульфурацию и модифицирование. Не прореагировавший 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.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать порошковую проволоку для присадки магния в расплавы на основе железа путем изменения состава наполнителя проволоки за счет использования в качестве пассивирующей добавки нового материала - ставролитового концентрата и установлением определенных оптимальных соотношений и зависимостей как между составными частями порошкового наполнителя, так и всей проволоки в целом. Решение этой задачи обеспечивает получение однородного порошка магния с пассиватором и 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. Это позволит повысить степень использования магния, снизить расход проволоки, значительно улучшить экологию при внепечной обработке чугунка.

Сущность изобретения состоит в том, что в порошковой проволоке для присадки магния в расплавы на основе железа, состоящей из металлической оболочки и наполнителя из механической смеси порошков магния и пассивирующей добавки, в качестве пассивирующей добавки используют ставролитовый концентрат при следующем соотношении компонетов, мас.%:

магний	20...45
ставролитовый концентрат	55...80

при этом соотношение между содержанием магния в наполнителе и содержанием самого наполнителя в проволоке составляет величину (0,3...1,5):1.

Общим с прототипом существенным признаком является:

- состав порошковой проволоки из металлической оболочки и наполнителя из механической смеси порошков магния и пассивирующей добавки.

Отличительными от прототипа существенными признаками являются:

- использование в качестве пассивирующей добавки ставролитового концентрата;

- соотношение между магнием и ставролитовым концентратом в наполнителе устанавливают следующим:

магний	20...45
ставролитовый концентрат	55...80

- соотношение между содержанием магния в наполнителе и содержанием самого наполнителя в проволоке составляет величину (0,3...1,5):1.

Приведенные отличительные признаки являются необходимыми и достаточными для всех случаев, на которые распространяется объем правовой защиты полезной модели.

Между существенными признаками и техническим результатом - повышением степени использования магния, снижением расхода проволоки, улучшением экологии при внепечной обработке чугуна - существует причинно-следственная связь, которая объясняется следующим образом. Ставролитовый концентрат является природным минералом и состоит в основном из (44,5-47,5)% Al₂О₃, (26-29)% SiO₂, (10-15)% Fe₂О₃, (1-9)% TiO₂, (0,3-1)% CaO. Ставролитовый концентрат представляет собой однородную смесь компонентов, имеющих гранулометрический состав 0,1-0,4 мм. Характерной особенностью ставролитового концентрата является его высокая текучесть и низкая гигроскопичность. Так, в сравнении с доломитом с таким же гранулометрическим составом текучесть ставролитового концентрата выше в 2,5...3,0 раза. Высокая текучесть ставролитового концентрата позволяет получать однородную смесь порошковых магния и ставролита непосредственно в процессе производства проволоки путем заполнения желобоподобного профиля металлической ленты магнием и ставролитом, поступающих из отдельных бункеров. В составе ставролитового концентрата отсутствуют компоненты, которые разлагаются при высокой температуре с выделением газообразных веществ, что значительно снижает пылегазовыделение при обработке расплава магнийставролитовой проволокой. Эти свойства ставролитового концентрата позволяют использовать его в качестве пассивирующей добавки с решением поставленной технической задачи. Указанное соотношение между магнием и ставролитовым концентратом (20...45):(55...80) % обусловлены тем, что при содержании магния в смеси менее 20% процесс десульфурации протекает недостаточно эффективно, а при содержании магния болем 45% наблюдается пироэффект и выбросы металла. Соотношение между содержанием магния в наполнителе и содержанием самого наполнителя в проволоке в пределах (0,3...1,5):1 обусловлено тем, что если оно будет менее 0,3, порошковый наполнитель будет высвобождаться в расплав в твердом виде и будут дополнительные потери на нагрев и расплавление материала, повышенный угар магния. Если же указанное соотношение будет более 0,5, это приведет к образованию пара внутри проволоки и разрыву оболочки на недостаточной глубине, пироэффекту и выбросам. 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. 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. Все это позволяетет значительно повысить степень использования магния на десульфурацию, уменьшая пылегазообразование.

Таким образом, чтобы значительно повысить степень использования магния, снизить расход проволоки, улучшить экологию при внепечной обработке чугуна и получать чугун со специальными свойствами, необходимо использовать проволоку указанного состава с установленными оптимальными соотношениями и зависимостями как между составными частями порошкового наполнителя, так и всей проволоки в целом.

Изготавливают порошковую проволоку следующим образом. Металлическую ленту профилируют в жолобоподобную оболочку. Дозированными порциями с двух бункеров заполняют оболочку порошком магния и ставролитового концентрата, которые равномерно распределяются по желобу оболочки. Потом с помощью роликовых клетей обжимают оболочку и формируют замок. Готовая проволока наматывается на катушку и поставляется в отделения обработки чугуна.

Пример. На одном из металлургических предприятий проведены испытания заявляемой проволоки. На установку десульфурации чугуна /УДЧ/ подается жидкий чугун в чугуновозных ковшах (вместимость чугуна 100 т), которые устанавливаются на постановочные места под обработку. Порошковая проволока с наполнением смесью магния и ставролитового концентрата (магния - 35 г/м, ставролитового концентрата - 70 г/м, соотношение между магнием и ставролитовым концентратом в наполнителе - 33:67 мас.%, соотношение межу содержанием магния в составе наполнителя и наполнителем в составе проволоки - 0,80) вводится с помощью трайбапарата в жидкий чугун с скоростью 2,0 г/с. Проведено 10 обработок. Начальное содержимое серы в чугуне (S_п) в среднем составляло 0,030%, конечное (S_к) - 0,005%, расход магния (q_Mg) составил 0,25 кг/т. Степень использования магния на десульфурацию составляет 76%. Процесс обработки чугуна протекал спокойно, без выбросов и барботажа. При использовании в таких же условиях проволоки, изготовленной по способу-прототипу (магния - 35 г/м, доломита - 70 г/м, соотношение между магнием и доломитом в наполнителе - 33:67 мас.%), конечное содержание серы составило 0,015%, а степень использования магния на десульфурацию - 45,6%, причем процесс обработки сопровождался пироэффектом и чрезмерным пылегазовиделением. Для получения равнозначного конечного содержания серы расход магния составят 0,42 кг/т или будет на 68% большим.

Источники информации

1. Патент США №4205981, опубликован 3.06.1980 г.

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

Порошковая проволока для присадки магния в расплавы на основе железа, состоящая из металлической оболочки и наполнителя из механической смеси порошков магния и пассивирующей добавки, отличающаяся тем, что в качестве пассивирующей добавки используют ставролитовый концентрат при следующем соотношении компонентов, мас.%:

магний	20-45
ставролитовый концентрат	55-80

при этом соотношение между содержанием магния в наполнителе и содержанием наполнителя в проволоке составляет (0,3-1,5):1.