Порошковая проволока для внепечной обработки чугуна в ковше

Авторы патента:

C21C7/00 - Обработка расплавленных ферросплавов, например стали, не отнесенная к группам C21C 1/00-C21C 5/00 (обработка расплавленных металлов во время формования B22D 1/00,B22D 27/00; переплавка черных металлов C22B)

C21C1/10 - получение чугуна со сфероидальной формой графита

Владельцы патента RU 2614915:

Общество с ограниченной ответственностью "РЕГИОНАЛЬНАЯ ДИЛЕРСКАЯ КОМПАНИЯ" (RU)

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для внепечной обработки металлургических расплавов с помощью порошковой проволоки. Порошковая проволока состоит из металлической оболочки и наполнителя из механической смеси порошков магния и пассивирующей добавки. В качестве пассивирующей добавки используют огнеупорный материал с температурой плавления не ниже 1580°C, причем соотношение между порошком магния и огнеупорным материалом составляет (0,25-1,95):1, а соотношение между составными частями порошковой проволоки установлено следующим, мас. %: наполнитель 32-65, металлическая оболочка 35-68. В качестве огнеупорного материала с температурой плавления не ниже 1580°C используют магнезит, периклаз, дистен-силлиманитовый концентрат, карборунд, корунд, обожженный доломит, известь или плавленую смесь с содержанием СаО≥50,0 мас. %. Изобретение позволяет повысить степень десульфурации и эффективность использования магния, а также снизить расход проволоки. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к внепечной обработке металлургических расплавов, в т.ч. чугунов, порошкообразными реагентами.

Известен способ обработки расплавленного чугуна в ковше порошковой проволокой. Используемая в заявленной технологии обработки чугуна порошковая проволока состоит из металлической (стальной) оболочки, толщиной порядка 1 мм, заполненной металлическим магнием или магниевым сплавом (US №4205981 А, МПК С21С 1/02, С21С 1/10, С21С 7/00, 03.06.1980 г.). Эта проволока не может быть эффективно использована для обработки расплавленного чугуна в условиях металлургических предприятий по следующей причине. Магний имеет температуру испарения 1107°C, а давление паров магния при температурах внепечной обработки жидкого чугуна (1250-1450°C) 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 повышенному расходу проволоки.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемой порошковой проволоке является порошковая проволока для внепечной обработки чугуна в ковше, состоящая из металлической оболочки и наполнителя из механической смеси порошков магния и пассивирующей добавки - ставролитового концентрата (RU №2317337, МПК С21С 1/02, опубл. 20.02.2008). Характерной особенностью ставролитового концентрата является его большая текучесть, что позволяет получить однородную смесь порошков магния и ставролитового концентрата непосредственно в процессе производства порошковой проволоки и повысить степень пассивации и эффективность использования магния при внепечной обработке. Эта порошковая проволока выбрана в качестве прототипа. Однако эта проволока также имеет ряд недостатков. Содержание окислов железа (Fe₂O₃) в составе ставролитового концентрата может достигать 25%, что приводит при внепечной обработке металлургических расплавов к расходованию магния в первую очередь на окисление, а затем уже на десульфурацию, что значительно снижает эффективность использования магния. Второй особенностью ставролитового концентрата является его относительно низкая температура плавления (~1300°C). Таким образом, при обработке жидкого чугуна (температура ~1350-1550°C) ставролитовый концентрат будет уже в жидком состоянии, что с одной стороны снизит степень пассивации магния, а с другой - может приводить к протеканию реакции взаимодействия магния с другими окислами, содержащимися в составе ставролита - Al₂O₃, SiO₂, TiO₂, что будет способствовать повышенному угару и недостаточной эффективности обработки расплава магнием.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования порошковой проволоки для внепечной обработки чугуна в ковше путем изменения состава наполнителя проволоки, использованием в нем в качестве пассивирующей добавки огнеупорного материала с температурой плавления не ниже 1580°C и установлением оптимального соотношения как между компонентами наполнителя, так и всей проволоки в целом.

Решение этой задачи дает возможность по мере погружения в жидкий металлургический расплав предотвращать раннее парообразование магния внутри проволоки, заглубляться проволоке на необходимую глубину в расплав без пироэффекта и барботажа, стабильно достигать высвобождения магния в расплав в твердом или в жидком виде, обеспечивать глубинную пассивацию магния, снизить температуру жидкого металла в локальной зоне взаимодействия, охватить реакцией взаимодействия магния с расплавом максимальный объем металла в ковше без дополнительных затрат магния на сопроводительные реакции, повысить степень десульфурации и эффективность использования магния. Это позволяет значительно повысить степень десульфурации и эффективность использования магния, снизить расход проволоки при внепечной обработке металлургических расплавов.

Сущность изобретения заключается в том, что в порошковой проволоке для внепечной обработки чугуна в ковше, состоящей из металлической оболочки и наполнителя из механической смеси порошков магния и пассивирующей добавки, в качестве пассивирующей добавки используют огнеупорный материал с температурой плавления не ниже 1580°C, причем отношение между магнием и огнеупорным материалом составляет величину (0,25-1,95):1, а соотношение между составными частями порошковой проволоки установлено следующим, мас. %:

наполнитель	32-65
металлическая оболочка	35-68

В качестве огнеупорного материала могут быть использованы любые из перечисленных ниже материалов или их сочетание: магнезит, периклаз, дистен-силлиманитовый концентрат, карборунд, корунд, обожженный доломит, известь, а также плавленая смесь с содержанием в ней СаО≥50,0 мас. %.

Общими с прототипом существенными признаками являются:

- наличие металлической оболочки и размещенного в ней наполнителя из механической смеси порошков магния и пассивирующей добавки.

Отличительными от прототипа существенными признаками являются:

- в качестве пассивирующей добавки используют огнеупорный материал с температурой плавления не ниже 1580°C;

- отношение между магнием и огнеупорным материалом составляет величину (0,25-1,95):1;

- соотношение между составными частями порошковой проволоки установлено следующим, мас. %:

наполнитель	32-65
металлическая оболочка	35-68

Дополнительным существенным признаком является:

- в качестве огнеупорного материала могут использовать следующие: магнезит, периклаз, дистен-силлиманитовый концентрат, карборунд, корунд, обожженный доломит, известь или плавленую смесь с содержанием в ней СаО≥50,0 мас. %. Также может использоваться смесь указанных материалов в любом соотношении.

Металлическую оболочку преимущественно изготавливают из низколегированной стали.

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

Между существенными признаками и техническим результатом - значительным повышением степени десульфурации и эффективности использования магния, снижением расхода проволоки при внепечной обработке металлургических расплавов - существует причинно-следственная связь, которая объясняется следующим образом. Одной из особенностей огнеупорных материалов температурой плавления не ниже 1580°C (имеющих в составе в основном основные и амфотерные оксиды) является высокая текучесть, что позволяет им плотно и всеобъемлюще обволакивать все частицы магния и получать однородную механическую смесь порошков магния и огнеупорного материала непосредственно в процессе производства порошковой проволоки. Второй особенностью огнеупорных материалов является высокая температура плавления (выше 1580°C), что позволяет им находиться до высвобождения в расплав в твердом виде, и отсутствие в составе компонентов, которые могут вступать в реакцию с магнием (таких как FeO и т.п.) или разлагаться при температуре обработки жидкого чугуна (1350-1550°C). Эти свойства огнеупорного материала позволяют использовать его в качестве пассиватора магния в соответствии с решением поставленной технической задачи. При введении порошковой проволоки с заполнением механической смесью магния и огнеупорного материала в расплав жидкого чугуна, время расплавления металлической оболочки проволоки значительно увеличивается, что позволяет наполнителю погружаться на большую глубину и реакцией взаимодействия магния с расплавом будет охвачен максимальный объем металла в ковше. При использовании проволоки приведенного состава синхронизируются во времени процессы высвобождения магния в расплав и расплавления заполнителя, не допуская образования пара магния внутри проволоки. 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 покровный шлак. Растворенный в чугуне магний также реагирует с серой, а продукты реакции пузырьки пара магния частично выносятся в шлак и ассимилируются им. При поступлении проволоки в расплав также происходит процесс раскисления и образуются оксиды магния, которые должны всплывать наверх в покровный шлак, но без дополнительной помощи они всплывают не все, загрязняя при этом металл. Огнеупорный материал, имея высокую температуру плавления (выше температуры обработки жидкого чугуна), сначала высвобождается в расплав в твердом виде, обеспечивая полную пассивацию магния в локальной зоне взаимодействия, а затем частицы огнеупорного материала (главным образом основные и амфотерные оксиды), имея очень маленький размер, вступают во взаимодействие с MgO, образующимся при раскислении и, в свою очередь, образуют комплексный шлак системы MgO-CaO-Al₂O₃-SiO₂, которому значительно легче всплывать наверх в покровный шлак. При этом ввиду близких значений поверхностного и межфазного натяжений всплывающие включения вместе со шлаком системы MgO-СаО-Al₂O₃-SiO₂ будут быстро и стабильно ассимилироваться покровным шлаком.

Отношение между магнием и огнеупорным материалом в указанных пределах обусловлено тем, что если оно будет менее чем 0,25:1, то не будет обеспечиваться глубинная пассивация магния, и процесс обработки будет протекать с барботажем, пироэфектом, выбросами, что приведет к снижению эффективности использования магния и чрезмерному пылегазовыделению. Если же указанное соотношение будет более чем 1,95:1, то будет повышенный расход проволоки и низкая экономическая эффективность использования магния.

Указанное соотношение между порошковым наполнителем и металлической оболочкой (32-65):(35-68) мас. % стабильно обеспечивает необходимую жесткость проволоки для ее ввода на достаточную глубину, чтобы реакцией взаимодействия магния с расплавом был охвачен максимальный объем чугуна в ковше. При несоблюдении указанного соотношения между составными частями проволоки не будет стабильно обеспечиваться необходимая жесткость проволоки для ее ввода на достаточную глубину. Это приведет к образованию отдельных локальных зон расплава, не охваченных реакцией взаимодействия с магнием, или, наоборот, перенасыщенных магнием, что значительно снизит эффективность использования проволоки и во втором случае приведет к повышенному угару магния и снизит эффективность его использования.

В качестве огнеупорного материала могут использоваться любые из нижеуказанных материалов: магнезит, периклаз, дистен-силлиманитовый концентрат, карборунд, корунд, обожженный доломит, известь или плавленая смесь с содержанием СаО≥50,0 мас. %. Использование этих материалов с одной стороны позволяет несколько снизить затраты на изготовление проволоки (ввиду недефицитности и относительно невысокой стоимости указанных материалов), обеспечивая при этом необходимую степень пассивации магния (в том числе глубинной), а с другой - составляющие ингредиенты (главным образом основные и амфотерные оксиды, при этом отсутствуют окислители - оксиды железа и марганца) этих материалов после высвобождения в расплав всплывают в покровный шлак, растворяются в нем, повышая его рафинирующую способность.

Таким образом, чтобы значительно повысить степень десульфурации и эффективность использования магния, снизить расход проволоки при внепечной обработке металлургических расплавов необходимо использовать проволоку со всеми указанными соотношениями компонентов.

Изготавливают порошковую проволоку следующим образом. Металлическую ленту, выполненную из низкоуглеродистой стали 08Ю, профилируют в желобоподобную оболочку. Дозированными порциями из двух бункеров заполняют оболочку порошками соответственно из огнеупорного материала и металлического магния в необходимом количестве в соответствии с ранее указанными соотношениями, которые равномерно распределяются по желобу оболочки. Затем с помощью роликовых клетей обжимают оболочку и формируют замок. Готовая проволока наматывается на катушку и поставляется в отделения обработки расплавленного чугуна.

На одном из металлургических предприятий проведены испытания заявляемой проволоки. На установку десульфурации чугуна (УДЧ) подается жидкий расплав в чугуновозных ковшах (емкость ковша - 100 т), которые устанавливаются на специальные стенды под обработку. Используется порошковая проволока ∅10 мм с наполнением (100 г/м) смесью магния и огнеупорного материала (известь по ГОСТ 9179) при соотношении 35:65 (0,54), отношение между содержанием магния в наполнителе и содержанием самого наполнителя в проволоке составляет величину 0,85. Проволока вводится с помощью трайбапарата в жидкий чугун со скоростью 2 м/с. Проведено 10 обработок. Расход проволоки в среднем составил 720 м (1,8 кг/т), расход магния (q_Mg) - 0,25 кг/т. Начальное содержание серы в чугуне (S_H) в среднем составляло 0,032%, конечное (S_K) - 0,004%, степень использования магния на десульфурацию составляет 85% (степень десульфурации составила 87,5%). Процесс обработки чугуна протекал спокойно, без выбросов и барботажа.

При использовании в таких же условиях проволоки, изготовленной по способу прототипа (состав наполнителя проволоки: 35% - магний, 65% - ставролитовый концентрат, наполнение проволоки - 100 г/м), конечное содержание серы составило 0,007% (на 75% отн. выше, чем у заявляемой проволоки), а коэффициент использования магния в десульфурацию (KMg-S) - 76% (степень десульфурации составила 78,1%, на 10,7% отн. ниже, чем у заявляемой проволоки), причем процесс обработки иногда сопровождался пироэффектом, выбросами металла из ковша и чрезмерным пылегазовыделением. Для получения равнозначного конечного содержания серы расход магния составит 0,28 кг/т, расход проволоки - 2,02 кг/т или будет на 12% выше.

1. Порошковая проволока для внепечной обработки чугуна в ковше, состоящая из металлической оболочки и наполнителя из механической смеси порошков магния и пассивирующей добавки, отличающаяся тем, что в качестве пассивирующей добавки она содержит огнеупорный материал с температурой плавления не ниже 1580°С, причем отношение между порошком магния и огнеупорным материалом составляет (0,25-1,95):1, а соотношение между составными частями порошковой проволоки составляет, в мас. %:

наполнитель	32-65
металлическая оболочка	35-68

2. Порошковая проволока по п. 1, отличающаяся тем, что огнеупорный материал с температурой плавления не ниже 1580°C представляет собой магнезит, периклаз, дистен-силлиманитовый концентрат, карборунд, корунд, обожженный доломит, известь или плавленую смесь с содержанием CaO≥50,0 мас. %.

Изобретение относится к области металлургии, а конкретно к внепечной обработке жидкой стали в сталеразливочном ковше. Устройство для внепечной обработки жидкой стали в сталеразливочном ковше содержит верхний и по крайней мере один нижний электрод, токоподвод и трубопровод подвода инертного газа.

Способ десульфурации стали // 2608865

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при внепечной обработке стали до получения стали с содержанием углерода менее 0,05 мас.%. Способ включает стадии образования шлака на расплавленной стали, доведения вакуума над комбинацией шлака и расплавленной стали до величины менее 5 мм рт.

Способ выплавки стали в электросталеплавильной печи // 2608010

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству стали в дуговых электросталеплавильных печах. В способе осуществляют выплавку стали в печи, выпуск стали в сталь-ковш при температуре стали 1620-1690°С в течение 3-6 мин, во время выпуска присаживают карбид кальция в количестве 0,1-3,0 кг на тонну стали в стальных емкостях, содержащих карбид кальция в количестве 5-30 кг фракционным составом не более 30 мм, присаживают кремний и марганецсодержащие ферросплавы в количестве до 50 кг на тонну стали, известь в количестве до 12 кг на тонну стали, после чего сталь отдают на последующую внепечную обработку.

Способ и система для изготовления высокочистой легированной стали // 2598060

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для производства высоколегированной стали в комплексе для производства стали с множеством производственных участков, включающих одну электрическую дуговую печь, ковшовую металлургическую печь и участок вакуумной дегазации.

Способ производства низкоуглеродистого феррохрома // 2590742

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве низкоуглеродистых сортов феррохрома. В способе используют шихту в виде гомогенезированной смеси измельченных материалов при соотношении (%): хромового концентрата, извести и ферросилиция 75% (45-44):(40-44):(15-12) соответственно, производят выпуск феррохрома из электропечи при содержании углерода 0,08-0,20% и его вакуум-кислородное обезуглероживание в ковше до содержания углерода 0,03-0,01%.

Нетекстурированная электротехническая листовая сталь с превосходными магнитными свойствами и способ обработки кальцием этой стали // 2590740

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для производства нетекстурированной электротехнической листовой стали. Способ включает процесс вакуумного рафинирования (RH), причем процесс RH включает последовательное проведение стадии обезуглероживания, стадии раскисления алюминием и стадии добавления кальциевого сплава, при этом отношение промежутка времени между моментом времени для добавления алюминия на указанной стадии раскисления алюминием и моментом времени для добавления кальциевого сплава на указанной стадии добавления кальциевого сплава к промежутку времени между моментом времени для добавления алюминия на указанной стадии раскисления алюминием и конечным моментом времени процесса рафинирования RH составляет 0,2-0,8.

Способ производства нестабилизированной аустенитной коррозионно-стойкой стали // 2583220

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству нестабилизированной аустенитной коррозионно-стойкой стали с повышенным комплексом служебных свойств.

Способ производства стали (варианты) // 2577885

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве марганецсодержащей стали с использованием в качестве легирующих - оксидных марганецсодержащих материалов.

Низкозатратное получение низкоуглеродистой, низкосернистой и низкоазотистой стали с применением обычного сталеплавильного оборудования // 2576357

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу получения стали с низким, менее 0,035 вес.%, содержанием углерода. Способ включает следующие этапы: доведение жидкой стальной композиции в сталеплавильной печи до температуры выпуска, заданной для обессеривания, выпуск в ковш неуспокоенной жидкой стальной композиции с уровнем кислорода примерно от 600 до 1120 ppm, подачу шлакообразующего соединения в ковш для образования шлаковой корки на жидкой стальной композиции в ковше, перемещение жидкой стальной композиции в ковше в вакуумный дегазатор, обезуглероживание жидкой стальной композиции в вакуумном дегазаторе при разрежении ниже 650 миллибар, транспортировку жидкой стальной композиции в ковше в металлургическую ковшовую печь и раскисление жидкой стальной композиции, возвращение после раскисления в вакуумный камерный дегазатор для обессеривания и дегазации жидкой стальной композиции и разливку жидкой стальной композиции.

Способ производства низколегированной трубной стали // 2574529

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству качественных сталей с внепечной обработкой. В способе осуществляют выпуск металла в сталь-ковш при температуре металла не менее 1680°C в течение не менее 4 мин, во время выпуска присаживают кальцийсодержащие шлакообразующие материалы в количестве не менее 2,8 кг/т стали и марганецсодержащие ферросплавы в количестве не более 7 кг/т стали, затем в течение 7-15 мин производят вакуумирование металла, после чего осуществляют ввод алюминия до его содержания в металле в количестве 0,04-0,06%, легирование кремний- и марганецсодержащими ферросплавами в количестве 5-20 кг/т стали, затем на установке печь-ковш проводят нагрев металла до температуры 1620-1650°C, производят ввод кальцийсодержащих шлакообразующих материалов в количестве 1-2 кг/т стали, после чего осуществляют повторное вакуумирование металла в течение 13-18 мин, а затем выполняют окончательное легирование металла и его обработку кальцийсодержащим реагентом в количестве 0,05-0,3 кг/т стали.

Способ получения высокопрочного чугуна // 2605016

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения высокопрочного чугуна, пригодного для производства изделий с высоким пределом прочности.

Способ получения алюминиевого чугуна // 2590772

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения алюминиевого чугуна с измельченной структурой из исходного, который используют при массовом производстве отливок.

Способ модифицирования чугуна // 2588965

Изобретение относится к металлургии и может быть использован для получения модифицированного чугуна с высокими качественными показателями. В способе используют пыль газоочистки электротермического производства кремния, содержащую компоненты в следующем соотношении, мас.

Способ получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом // 2585912

Изобретение относится к металлургии, в частности к литейному производству, и может быть использовано при производстве отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.

Лигатура для обработки чугуна // 2577633

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам лигатуры, которая может быть использована для производства чугуна. Лигатура содержит, мас.%: алюминий 2,0-3,0; гафний 23,0-25,0; бор 3,0-5,0; углерод 0,5-1,5; ниобий 15,0-20,0; цирконий 5,0-10,0; железо - остальное.

Способ производства наноструктурированного науглероживателя для науглероживания железоуглеродистых сплавов // 2533521

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при обработке чугуна. Способ включает анализ компонентов исходного углеродсодержащего сырья по фракционному и химическому составу, дозирование, промывку потоком воды, сушку и дробление до фракции 0,1…30,0 мм.

Ковш для обработки // 2530922

Изобретение относится к области металлургии, в частности к конструкции ковша для обработки расплавленного металла магнием. Ковш содержит кожух с трубчатой огнеупорной футеровкой и с желобом для приема и заливки расплавленного металла.

Способ ковшевого сфероидизирующего модифицирования высокопрочных чугунов // 2525870

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в машиностроении, автомобиле- и тракторостроении при производстве отливок из высокопрочного чугуна с шаровидной и вермикулярной формой графита.

Лигатура // 2521916

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при получении высокопрочного чугуна с шаровидным графитом без структурно свободного цементита в литом состоянии.

Модификатор // 2521915

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом без структурно свободного цементита в литом состоянии на основе металлизированных окатышей и стальных отходов.

Способ выплавки синтетического высокопрочного чугуна в индукционных печах // 2618294

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к литейному производству, и может быть использовано при производстве чугунов различного функционального назначения в индукционных печах. В способе осуществляют завалку металлической части шихты, плавление и легирование расплава комплексной смесью. Комплексную смесь готовят путем перемешивания оксида магния, карбида кальция и отходов возвратной шихты электродного производства, состоящей из карбида кремния и графита, затем засыпают подготовленную просушенную смесь на дно индукционной печи, присыпают ее чугунной дробью и производят завалку металлической шихты, расплавляют ее и доводят температуру расплава до 1390…1420°C, при которой его вакуумируют до остаточного давления 3…13 Па. Изобретение позволяет выплавлять синтетический высокопрочный чугун для обеспечения комплексного легирующего, рафинирующего, графитизирующего и модифицирующего воздействия на расплав, что позволяет повысить физико-механические и литейные свойства выплавляемого чугуна. 1 прим., 1 табл.