[1]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.
[2]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.
[3]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.
[4]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.
[5]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).
[6]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.
[7]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.
[8]Настоящее изобретение решает задачу разработки новой кальцийсодержащей проволоки для внепечной обработки сталей с повышенным десульфирующим эффектом.
[9]Решение поставленной задачи достигается следующим образом.
[10]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.
[11]Изобретение предусматривает, что содержание компонентов наполнителя составляет, мас.%, соответственно:
[12]| молотый порошкообразный сплав СК30 | - 85-71; |
| гранулированный кальций (Са) | - 14,99-19,0; |
| гранулированный магний (Mg) | - 0,01-10,0. |
[13]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.
[14]Установлено, что для обработки стали:
[15]- с низким содержанием серы наполнитель порошковой проволоки содержит гранулированный магний в количестве, мас.%, от 0,01 до 0,5;
[16]- с повышенным содержанием серы наполнитель порошковой проволоки содержит гранулированный магний в количестве, мас.%, от 1,0 до 10,0.
[17]Технический результат патентуемого изобретения заключается в следующем.
[18]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.
[19]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.
[20]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.
[21]В результате использования новой (по составу и весовым соотношениям) комбинации компонентов наполнителя порошковой проволоки достигается:
[22]- повышение показателей десульфурации стали при внепечной обработке металла;
[23]- принципиальная возможность обработки сталей с повышенным содержанием серы с сохранением высоких показателей жидкотекучести металла;
[24]- повышенная степень усвоения и эффективность использования кальция, а также более полная глобуляризация неметаллических включений.
[25]Проведенные заявителем исследования подтверждают, что сущность изобретения выражается патентуемой совокупностью существенных признаков, достаточной для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата.
[26]Реализация заявленного технического результата достигается благодаря наличию соответствующей причинно-следственной связи между существенными признаками изобретения и достигаемым техническим результатом, которая раскрывается следующим образом.
[27]Патентуемый состав наполнителя порошковой проволоки содержит следующие компоненты, мас.%:
[28]| Молотый порошкообразный сплав СК30 | - 85-71 |
| Гранулированный кальций | - 14,99-19,0 |
| Гранулированный магний | - 0,01-10,0. |
[29]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.
[30]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.
[31]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.
[32]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.%).
[33]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.
[34]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.
[35]Сущность патентуемого изобретения поясняется описанием примера изготовления патентуемой порошковой проволоки.
[36]Изготовление новой порошковой проволоки с наполнителем СК30, гранулированным кальцием и гранулированным магнием осуществляют традиционным способом на стандартном металлургическом оборудовании.
[37]Металлическую ленту профилируют в желобообразную оболочку. Хорошо перемешанную механическую смесь наполнителей загружают в бункер.
[38]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.
[39]Заявителем была проведена экспериментальная апробация патентуемой порошковой проволоки с наполнителем СК30 и различными весовыми вариантами содержания гранулированного кальция и гранулированного магния (табл.)
[40]| 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 |
[41]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.
[42]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.
[43]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.
[44]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.
[45]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.
