Проволока для внепечной обработки металлургических расплавов

Изобретение относится к области металлургии, а именно к внепечной обработке чугуна порошкообразными реагентами. Проволока состоит из металлической оболочки и порошкового наполнителя, содержащего магний, кремний и железо. При этом магний в состав наполнителя вводят в смеси со сплавом кремния и железа в соотношении (0,1...1,2):1, а содержание магния в составе проволоки составляет 8...29 мас.%. Изобретение позволяет по мере поступления проволоки в жидкий расплав увеличить время расплавления оболочки проволоки, снизить скорость и интенсивность испарения магния, уменьшить размер пузырьков пара магния, что существенно повысит степень использования магния, обеспечит стабильно высокий уровень десульфурации и модифицирования и значительно улучшит экологию при внепечной обработке чугуна.

 

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.

Известна также 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. 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.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемой является проволока для внепечной обработки металлургических расплавов, состоящая из металлической оболочки и порошкового наполнителя, содержащего магний в виде сплава с кремнием в соотношении 1:(1,5...3,0) и железом [3]. 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. В проволоке также не определены соотношения между составными частями, что не дает возможность стабильно обеспечивать необходимую жесткость проволоки для ее введения на достаточную глубину, чтобы реакцией взаимодействия магния с расплавом был охвачен максимальный объем металла в ковше. Неопределенность в содержании магния в порошковой проволоке может приводить к образованию паров магния внутри проволоки и разрыву оболочки на недостаточной глубине и, как следствие, снижению эффективности использования магния и бурному протеканию процесса.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать проволоку для внепечной обработки металлургических расплавов путем изменения состава наполнителя проволоки за счет использования магния не в виде сплава с кремнием и железом, а в виде смеси со сплавом кремния и железа, установлением определенных оптимальных соотношений и зависимостей как между составными частями порошкового наполнителя, так и всей проволоки в целом. 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. Это позволит повысить степень использования магния, обеспечить стабильно высокий уровень десульфурации и модифицирования, снизить расход проволоки, значительно улучшить экологию при внепечной обработке чугуна и получать чугун со специальными свойствами.

Суть состоит в том, что в проволоке для внепечной обработки металлургических расплавов, состоящей из металлической оболочки и порошкового наполнителя, содержащего магний, кремний и железо, магний в состав наполнителя вводят в смеси со сплавом кремния и железа в соотношении (0,1...1,2):1, а содержание магния в составе проволоки составляет 8...29 мас.%.

Общими с прототипом существенными признаками являются:

- состав проволоки из металлической оболочки и порошкового наполнителя;

- содержание в порошковом наполнителе магния, кремния и железа.

Отличительными от прототипа существенными признаками являются:

- введение магния в состав наполнителя в смеси со сплавом кремния и железа в соотношении (0,1...1,2):1;

- содержание магния в составе проволоки составляет 8...29 мас.%.

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, обеспечением стабильно высокого уровня десульфурации и модифицирования, снижения расхода проволоки, значительного улучшения экологии при внепечной обработке чугуна и получения чугуна со специальными свойствами - 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 провода 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 высвобождения 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 провода 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. Определенное соотношение в порошковом наполнителе между магнием и сплавом кремния и железа [(0,1...1,2):1] позволяет получать внутри проволоки равномерно однородный сплав. При несоблюдении обозначенных пределов соотношения между этими компонентами сплав будет неоднородный, отдельные его части могут быть перенасыщены магнием, а другие содержать его недостаточно, что приводит к пироэффекту, выбросам и нестабильным результатам при использовании проволоки. Содержание магния в составе проволоки в указанных границах (8...29 мас.%) позволяет охватить реакцией взаимодействия магния с железоуглеродистым расплавом весь объем ковша без выбросов и барботажа со спокойным протеканием процесса десульфурации и без образования локальных зон расплава с чрезмерным или недостаточным содержанием магния, что приведет к повышенным затратам на обработку. Все это позволяет значительно повысить степень использования магния на десульфурацию, уменьшая пылегазообразование.

Таким образом, чтобы значительно повысить степень использования магния, обеспечить стабильно высокий уровень десульфурации и модифицирования, снизить расход проволоки, значительно 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 желобоподобную оболочку. Дозированными порциями с двух бункеров заполняют оболочку порошком магния и железокремниевого сплава, 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.

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 железокремниевого сплава (магния - 35 г/м, железокремниевого сплава - 100 г/м, соотношение между магнием и смесью сплава кремния и железа - 0,35, содержание магния в составе проволоки - 12%) вводится с помощью трайбаппарата в жидкий чугун со 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 прототипа (содержание сплава в наполнителе проволоки: 25% магния, 62,5% кремния, 12,5% железа, наполнение проволоки - 100 г/м), конечное содержание серы составило 0,015%, а степень использования магния на десульфурацию - 45,6%, причем процесс обработки сопровождался пироэффектом и чрезмерным пылегазовыделением. 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 03.06.1980 г.

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

3. Патент Украины №31893А, опубликован 15.12.2000 г., бюл. №7 - II.

Проволока для внепечной обработки металлургических расплавов, состоящая из металлической оболочки и порошкового наполнителя, содержащего магний, кремний и железо, отличающаяся тем, что магний в состав наполнителя вводят в виде смеси со сплавом кремния и железа в соотношении (0,1...1,2):1 при содержании 8...29 мас.%.