Порошковая проволока с наполнителем силикокальций с магнием для внепечной обработки стали

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к внепечной обработке металлургических расплавов порошковыми реагентами. Порошковая проволока состоит из стальной оболочки и наполнителя, содержащего механическую смесь молотого порошкообразного сплава СК30, гранулированного кальция, и дополнительно содержит гранулированный магний. Содержание компонентов наполнителя составляет, мас.%: молотый порошкообразный сплав СК30 - 85-71; гранулированный кальций (Са) - 14,99-19,0; гранулированный магний (Mg) - 0,01-10,0. Содержание наполнителя и стальной оболочки составляет, мас.% соответственно 51-70 и 30-49, а коэффициент заполнения порошковой проволоки составляет 0,5-0,7. Для обработки стали с низким содержанием серы наполнитель порошковой проволоки содержит гранулированный магний в количестве, мас.% от 0,01 до 0,5, а с повышенным содержанием серы наполнитель порошковой проволоки содержит гранулированный магний в количестве, мас.% от 1,0 до 10,0. Использование изобретения позволяет улучшить десульфурацию стали, обеспечить возможность обработки стали с повышенным содержанием серы, повысить степень усвоения кальция и обеспечить более полную глобуляризацию неметаллических включений. 4 з.п ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к внепечной обработке металлургических расплавов порошковыми реагентами. Патентуемое изобретение найдет применение при производстве новой перспективной порошковой проволоки с наполнителем силикокальций СК 40 с магнием, которая предназначена для десульфурации стали.

Порошковая проволока с наполнителем силикокальций широко применяется для внепечной обработки стали и литейного чугуна. Обработка стали силикокальцием - одно из обязательных требований, предъявляемых рядом стандартов США, Великобритании и стран Европейского содружества, что объясняется комплексным влиянием кальция на улучшение свойств стали.

Силикокальций (ГОСТ 4762-71) - активный комплексный раскислитель, дегазатор стали, эффективный десульфуратор, обеспечивает при высокой степени раскисления минимальное количество и оптимальную форму неметаллических включений, улучшает прочностные свойства проката, поковок и отливок.

Известна проволока для внепечной обработки стали, состоящая из металлической оболочки и порошкового наполнителя, содержащего кальций и кремний. Содержание кальция составляет 15-30 мас.% (публикация «Металл и литье Украины», 2000 г., №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. Вместе с тем, данная проволока имеет целый ряд существенных недостатков. При указанном содержании кальций с кремнием образуют 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.

Известна порошковая проволока СК40 для внепечной обработки металлургических расплавов, наиболее близкая по своему составу и технической сущности и выбранная в качестве прототипа патентуемого изобретения (патент РФ №2234541, С21С 7/00).

Наполнитель проволоки СК40 представляет собой механическую смесь порошкообразного сплава СК30 и гранулированного кальция. Настоящая проволока используется для модифицирования и рафинирования сталей, получения неметаллических включений заданного состава и свойств, улучшения жидкотекучести сталей, раскисленных алюминием.

Недостатком известной проволоки с наполнителем СК40 является невозможность ее применения для обработки сталей с повышенным содержанием серы. При обработке стали с повышенным содержанием серы в металле образуются крупные неметаллические включения сульфида кальция, снижающие жидкотекучесть и создающие отложения на стенке сталеразливочных стаканов в процессе непрерывной разливки.

Настоящее изобретение решает задачу разработки новой кальцийсодержащей проволоки для внепечной обработки сталей с повышенным десульфирующим эффектом.

Решение поставленной задачи достигается следующим образом.

В порошковой проволоке, аналогичной приведенной в патенте РФ №2234541, состоящей из стальной оболочки и наполнителя, содержащего механическую смесь молотого порошкообразного сплава СК30 и гранулированного кальция, согласно патентуемому изобретению наполнитель порошковой проволоки дополнительно содержит гранулированный магний.

Изобретение предусматривает, что содержание компонентов наполнителя составляет, мас.%, соответственно:

молотый порошкообразный сплав СК30	- 85-71;
гранулированный кальций (Са)	- 14,99-19,0;
гранулированный магний (Mg)	- 0,01-10,0.

Согласно настоящему изобретению содержание наполнителя и стальной оболочки составляет, мас.% соответственно 51-70 и 30-49, а коэффициент заполнения порошковой проволоки составляет 0,5- 0,7.

Установлено, что для обработки стали:

- с низким содержанием серы наполнитель порошковой проволоки содержит гранулированный магний в количестве, мас.%, от 0,01 до 0,5;

- с повышенным содержанием серы наполнитель порошковой проволоки содержит гранулированный магний в количестве, мас.%, от 1,0 до 10,0.

Технический результат патентуемого изобретения заключается в следующем.

Известно, что силикокальций: активный комплексный раскислитель, хороший дегазатор стали и эффективный десульфуратор. При высокой степени раскисления силикокальций обеспечивает минимальное количество и оптимальную форму неметаллических включений, улучшает прочностные свойства проката, поковок и отливок.

В процессе разработки настоящего изобретения были проведены исследования, которые подтвердили повышенную результативность комплексного использования для десульфурации стали и уменьшения количества образующихся сульфидов кальция порошковой проволоки с наполнителем силикокальций СК40 и гранулированного магния. Патентуемое изобретение основано на эффекте взаимного усиления действия кальция и гранулирования магния.

Подтверждено, что кальций, являясь раскислителем, снижает содержание кислорода в расплаве и тем самым способствует эффективной десульфурации расплава, а магний, одновременно со снижением содержания серы, обеспечивает эффективное модифицирующее воздействие кальция в расплаве и интенсивное перемешивание расплава, что необходимо для достижения эффективной работы кальциевого реагента.

В результате использования новой (по составу и весовым соотношениям) комбинации компонентов наполнителя порошковой проволоки достигается:

- повышение показателей десульфурации стали при внепечной обработке металла;

- принципиальная возможность обработки сталей с повышенным содержанием серы с сохранением высоких показателей жидкотекучести металла;

- повышенная степень усвоения и эффективность использования кальция, а также более полная глобуляризация неметаллических включений.

Проведенные заявителем исследования подтверждают, что сущность изобретения выражается патентуемой совокупностью существенных признаков, достаточной для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата.

Реализация заявленного технического результата достигается благодаря наличию соответствующей причинно-следственной связи между существенными признаками изобретения и достигаемым техническим результатом, которая раскрывается следующим образом.

Патентуемый состав наполнителя порошковой проволоки содержит следующие компоненты, мас.%:

Молотый порошкообразный сплав СК30	- 85-71
Гранулированный кальций	- 14,99-19,0
Гранулированный магний	- 0,01-10,0.

Заявителем установлено, что при содержании в наполнителе порошкообразного сплава СК30 менее 71 мас.% при обработке стали наблюдается повышенный пироэффект и активные выбросы металла и шлака из ковша, что обуславливает выход оборудования из строя, а также снижение безопасности производства и ухудшение условий труда.

Кроме того, вследствие наличия выбросов, усвоение кальция нестабильно, что делает невозможным расчет необходимого количества порошковой проволоки для полной глобуляризации неметаллических включений, а также получение включений, находящихся при температуре разливки в жидком состоянии, а именно 3 Са·Al₂О₃ и 12 СаО·7Al₂О₃.

При содержании в наполнителе порошкообразного сплава СК30 более 85 мас.% наполнитель высвобождается из оболочки, находясь еще в твердом состоянии, что обуславливает нестабильное усвоение кальция и повышенный его угар. Кроме того, появляется также высокая вероятность образования неметаллических включений алюминатов кальция, находящихся при температуре разливки стали в твердом состоянии и образующих отложения на стенках сталеразливочных стаканов, что приводит к снижению скорости разливки и соответственно к значительному снижению производительности машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) и повышенному расходу огнеупоров.

Определение оптимального содержания гранулированного кальция в составе патентуемого наполнителя определяется исходя из следующих технологических установок. Практика использования кальцийсодержащих сплавов для модифицирования сталей показывает, что максимальное содержание кальция в сплаве при условии безопасного использования составляет 45-50 мас.%. Исходя из данного положения и содержания кальция в сплаве СК30 (ГОСТ 4762-71 на силикокальций) в патентуемом наполнителе рассчитан объем использования гранулированного кальция (14,99-19,0 мас.%).

Аналогичные исследования по определению технологически оптимального содержания в наполнителе гранулированного магния свидетельствуют следующее. Добавки гранулированного магния в объеме менее 0,01 мас.% не приводят к увеличению степени десульфурации стали по сравнению с обработкой стали стандартной проволокой СК40. Опытным путем установлено, что увеличение концентрации магния в наполнителе от 0,01 до 10 мас.% приводит к увеличению степени десульфурации от 5 до 70% (по сравнению с прототипом). Дальнейшее увеличение содержания магния (более 10,0 мас.%) приводит к развитию пироэффекта и увеличенным выбросам металла и шлака из ковша, что существенно снижает безопасность производства стали.

Исследованиями установлено, что введением в расплав оптимального количества порошкообразного сплава СК30 (85-71 мас.%), гранулированного кальция (14,99-19,0 мас.%) и гранулированного магния (0,01-10,0 мас.%) обеспечивается максимальная эффективность взаимодействия упомянутых компонентов. Так, кальций, являясь раскислителем, снижает содержание кислорода в расплаве и тем самым способствует эффективной десульфурации расплава, а магний, одновременно со снижением содержания серы, обеспечивает эффективное модифицирующее воздействие кальция в расплаве и интенсивное перемешивание расплава, что необходимо для достижения эффективной работы кальциевого реагента. В результате анализа различных вариантов количественного содержания в наполнителе порошкообразного сплава СК30, гранулированного кальция и гранулированного магния определены минимальные и максимальные количественные значения всех компонентов наполнителя, при которых обеспечивается решение поставленной технической задачи изобретения.

Сущность патентуемого изобретения поясняется описанием примера изготовления патентуемой порошковой проволоки.

Изготовление новой порошковой проволоки с наполнителем СК30, гранулированным кальцием и гранулированным магнием осуществляют традиционным способом на стандартном металлургическом оборудовании.

Металлическую ленту профилируют в желобообразную оболочку. Хорошо перемешанную механическую смесь наполнителей загружают в бункер.

Из бункера механическую смесь наполнителей дозированными порциями подают в желобообразную металлическую оболочку, которую равномерно заполняют смесью наполнителей. Затем с помощью роликовых клетей обжимают оболочку и формируют замок. Готовая проволока наматывается на катушку и поставляется в отделение обработки стали.

Заявителем была проведена экспериментальная апробация патентуемой порошковой проволоки с наполнителем СК30 и различными весовыми вариантами содержания гранулированного кальция и гранулированного магния (табл.)

Таблица
Состав наполнителя	Вариант рецептуры наполнителя, масс.%
1	2	3	4
Сплав СК30	85,0	80,0	75,0	71,0
Гранулированный кальций	14,99	15,0	17,0	19,0
Гранулированный магний	0,01	5,0	8,0	10,0
Увеличение степени десульфурации, %	5	45	60	70

Исследование состава наполнителя проволоки в его граничных вариантах реализации (варианты 1, 4) и при средних значениях компонентов (вариант 2, 3) позволяют определить технологически оптимальный состав наполнителя, при котором обеспечивается устойчивое достижение технического результата.

Во время экспериментов компоненты наполнителя (сплав СК30, гранулированный Са, гранулированный Mg) вводили в металл в виде порошковой проволоки диаметром от 14 до 16 мм, оболочка которой была изготовлена из стали 08Ю толщиной 0,4 мм. Проволоку вводили с помощью стандартного трайб-аппарата. Количество наполнителя на 1 м длины проволоки было близким к 0,3 кг. Скорость ввода проволоки в металл изменялась в пределах 180-300 м/с. Расход проволоки варьировался из расчета 0,3-0,7 кг кальция наполнителя на тонну стали.

Полученные результаты подтверждают, что патентуемые соотношения компонентов наполнителя порошковой проволоки (механической смеси молотого порошкообразного сплава СК30 и гранулированного кальция и гранулированного магния) обеспечивают повышенные показатели десульфурации и позволяют осуществлять обработку стали с повышенным содержанием серы при обеспечении высоких показателей жидкотекучести металла.

Экспериментами подтверждено, что введение в расплав оптимального количества порошкообразного сплава СК30 (85-71 мас.%), гранулированного кальция (14,99-19,0 мас.%) и гранулированного магния (0,01-10,0 мас.%) обеспечивает максимальную эффективность взаимодействия упомянутых компонентов, а повышение в наполнителе содержания магния более 10,0% (при наличии в наполнителе заявленного количества молотого порошкообразного сплава СК30 и гранулированного кальция) не приводит, практически, к увеличению степени десульфурации стали.

Исследования научно-технической, патентной и реферативной информации подтверждает оригинальность состава и новизну патентуемой проволоки. Высокая технико-экономическая эффективность опытного использования разработанной порошковой проволоки, ее несомненные технологические и эксплуатационные преимущества по сравнению с известными порошковыми проволоками аналогичного назначения подтверждают перспективность и коммерческую значимость настоящей разработки.

1. Порошковая проволока для внепечной обработки стали, состоящая из стальной оболочки и наполнителя, содержащего механическую смесь молотого порошкообразного сплава СК30 и гранулированного кальция, отличающаяся тем, что наполнитель порошковой проволоки дополнительно содержит гранулированный магний, при этом содержание компонентов наполнителя составляет, мас.%:

молотый порошкообразный сплав СК30	85-71
гранулированный кальций	14,99-19,0
гранулированный магний	0,01-10,0

2. Порошковая проволока по п.1, отличающаяся тем, что содержание наполнителя и стальной оболочки составляет соответственно 51-70 и 30-49 мас.%.

3. Порошковая проволока по п.1, отличающаяся тем, что коэффициент заполнения порошковой проволоки составляет 0,5-0,7.

4. Порошковая проволока по п.1, отличающаяся тем, что для обработки стали с низким содержанием серы наполнитель порошковой проволоки содержит гранулированный магний в количестве от 0,01 до 0,5 мас.%.

5. Порошковая проволока по п.1, отличающаяся тем, что для обработки стали с повышенным содержанием серы наполнитель порошковой проволоки содержит гранулированный магний в количестве от 1,0 до 10,0 мас.%.