Проволока для внепечной обработки металлургических расплавов

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к внепечной обработке порошкообразными реагентами. Проволока состоит из стальной оболочки и порошкового наполнителя, содержащего кремний и кальций, находящийся в наполнителе как в виде сплава с кремнием, так и в чистом виде. Наполнитель проволоки дополнительно содержит алюминий, углерод, фосфор и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: кальций 38...66, кремний 21...55, алюминий не более 2,0, углерод не более 4,0, фосфор не более 0,05, железо - остальное. Изобретение повышает степень использования кальция, полную глобуляризацию неметаллических включений, снижение затрат на обработку и расход проволоки.

 

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

Наиболее близкой по технической сути и получаемому эффекту к заявляемой является проволока для внепечной обработки стали, состоящая из металлической оболочки и порошкового наполнителя, содержащего кремний и 36...56% мас. кальция, находящегося в наполнителе как в виде сплава с кремнием, так и в чистом виде [1]. Недостатком данной проволоки является отсутствие в составе наполнителя алюминия, углерода, фосфора и железа, что не дает возможность при производстве проволоки использовать наиболее доступный материал, содержащий кальций и кремний - силикокальций марок СК15...СК30, в котором указанные элементы регламентируются. С другой стороны, отсутствие в составе наполнителя железа не дает возможность по мере вхождения проволоки в металлургический расплав быстро получать внутри проволоки однородный сплав с равномерным распределением кальция как по сечению, так и по объему проволоки. Образующийся внутри проволоки сплав будет неоднородным, отдельные его части могут быть перенасыщены кальцием, а другие содержать его недостаточно, что приводит к нестабильным результатам при использовании проволоки.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать проволоку для внепечной обработки металлургических расплавов путем введения в состав наполнителя проволоки дополнительных элементов - алюминия, углерода, фосфора и железа и установлением определенного оптимального соотношения между всеми компонентами наполнителя. Решение этой задачи дает возможность использовать при производстве проволоки недефицитные материалы, снижая затраты на ее производство, а также по мере погружения проволоки в металл образовывать внутри проволоки прочное однородное кальцийжелезокремниевое соединение с относительно высокой температурой плавления (более 1300°С), достигать глубинную пассивацию кальция, охватить реакцией взаимодействия кальция с расплавом максимальный объем металла в ковше. Это позволяет значительно повысить эффективность использования кальция, обеспечивая полную глобуляризацию неметаллических включений, и снизить затраты на обработку и расход проволоки.

Суть изобретения состоит в том, что в проволоке для внепечной обработки металлургических расплавов, которая состоит из стальной оболочки и порошкового наполнителя, содержащего кремний и кальций, находящийся в наполнителе как в виде сплава с кремнием, так и в чистом виде, наполнитель проволоки дополнительно содержит алюминий, углерод, фосфор и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кальций	38...66
Кремний	21...55
Алюминий	Не более 2,0
Углерод	Не более 4,0
Фосфор	Не более 0,05
Железо	остальное

Общими с прототипом существенными признаками являются:

- стальная оболочка;

- порошковый наполнитель, содержащий кремний и кальций, находящийся в наполнителе как в виде сплава с кремнием, так и в чистом виде.

Отличительными от прототипа существенными признаками являются:

- наполнитель проволоки дополнительно содержит алюминий, углерод, фосфор и железо;

- соотношение между компонентами наполнителя установлено следующим, мас.%:

Кальций	38...66
Кремний	21...55
Алюминий	Не более 2,0
Углерод	Не более 4,0
Фосфор	Не более 0,05
Железо	Остальное

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 затрат на обработку и расхода проволоки - существует причинно-следственная связь, которая объясняется следующим образом. Как известно, железо является основой для образования железокальцийкремниевого сплава. Сплав с таким соотношением между компонентами наполнителя - однородный с равномерным распределением кальция как по сечению, так и по объему проволоки, поэтому в глубине расплава не образуется локальных зон, перенасыщенных кальцием, или наоборот. Для производства проволоки в основном используется силикокальций марок СК15...СК30, содержащий все указанные компоненты. В связи с чрезмерной трудностью получения сплава с таким высоким содержанием кальция (38...66 мас.%) в промышленных масштабах, часть кальция в состав наполнителя подается в чистом виде и сплав с указанным содержанием кальция образуется внутри проволоки по мере ее вхождения в расплав. Пределы содержания кальция и кремния обуславливаются образованием прочного кальцийжелезокремниевого соединения с относительно высокой температурой плавления для наиболее эффективного использования кальция. Содержание фосфора ограничивается тем, что при его наличии более 0,05% будет повышаться его содержание в стали при обработке, что, в свою очередь, приведет к негативным последствиям и ограниченному применению проволоки, особенно при обработке ответственных марок стали. Наличие алюминия и углерода в наполнителе, с одной стороны, обуславливается особенностями способа производства силикокальция - алюмотермический или углетермический, а с другой стороны, присутствие этих элементов в наполнителе в указанном количестве повышает эффективность использования кальция за счет предварительного раскисления металла в локальной зоне взаимодействия, что было подтверждено специально проведенными исследованиями. По мере вхождения проволоки с указанным содержанием компонентов в наполнителе в жидкий металл внутри проволоки образуется прочное однородное кальцийжелезокремниевое соединение с относительно высокой температурой плавления (более 1300°С). Вследствие этого снижается активность и упругость паров кальция и повышается температура его испарения из металлургического расплава. В локальной зоне взаимодействия с расплавом кальций растворяется, глобуляризируя все неметаллические включения. В случае несоблюдения указанных пределов соотношения между компонентами наполнителя 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. 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. Использование проволоки с приведенными параметрами значительно снизит затраты на изготовление проволоки, затраты на обработку и расход проволоки.

Таким образом, чтобы значительно повысить степень использования кальция, глобуляризировать все неметаллические включения и снизить затраты на обработку и расход проволоки, необходимо использовать проволоку в стальной оболочке с порошковым наполнителем со всеми указанными компонентами и их соотношением между собой.

Изготавливают порошковую проволоку следующим образом. Металлическую ленту профилируют в желобоподобную оболочку. Дозированными порциями из бункера заполняют оболочку порошком сплава указанного состава (обычно силикокальция), 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 - 45%, кремния - 46%, алюминия - 1,0%, углерода - 1,0%, фосфора - 0,02%, железа - 6,98%). Проволоку вводили с помощью трайбаппарата в стальковш на установке доводки металла после усреднительной продувки во время производства стали 1008. Расход проволоки составил 150 метров на 130-тонный ковш (0,5 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 металлургическом комбинате проведены сравнительные обработки. 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. Для внесения такого же количества кальция этой проволоки необходимо ввести 170 метров на 130-тонный ковш или 0,58 кг/т стали, что на 16% отн. больше, чем заявляемой проволоки. Усвоение кальция 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-прототипа необходимо вводить еще на 85% больше, таким образом затраты на обработку будут выше на 101%. При разливке сталей, обработанных этой проволокой, на МНЛЗ иногда затягивало разливочные стаканы, что свидетельствует о неполной глобуляризации неметаллических включений, наблюдался брак по содержанию фосфора.

Источники информации

1. RU 2234541 C1, 23.05.2003 г.

Проволока для внепечной обработки металлургических расплавов, состоящая из стальной оболочки и порошкового наполнителя, содержащего кремний и кальций, находящийся в наполнителе как в виде сплава с кремнием, так и в чистом виде, отличающаяся тем, что наполнитель проволоки дополнительно содержит алюминий, углерод, фосфор и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кальций	38-66
Кремний	21-55
Алюминий	Не более 2,0
Углерод	Не более 4,0
Фосфор	Не более 0,05
Железо	Остальное