Способ внепечной обработки металлургического расплава стали

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО РАСПЛАВА СТАЛИ(71) Заявитель Республиканское унитарное предприятие Белорусский металлургический завод(72) Авторы Андрианов Николай ВикторовичМаточкин Виктор АркадьевичПишикин Вадим СерафимовичТерлецкий Сергей ВалерьевичДюдкин Дмитрий АлександровичБать Сергей ЮрьевичКисиленко Владимир ВасильевичОнищук Виталий Прохорович(73) Патентообладатель Республиканское унитарное предприятие Белорусский металлургический завод(57) Способ внепечной обработки металлургического расплава стали, включающий подачу в расплав порошковой проволоки, состоящей из стальной оболочки и наполнителя, содержащего 36-45 мас.кальция и кремний, отличающийся тем, что используют проволоку с наполнителем, дополнительно содержащим железо, причем соотношение кальция и железа составляет (2,0-6,5)1, а соотношение интенсивности подачи в расплав кальция,измеренной в г/с, и наполнения проволоки, измеренного в г/м, составляет (1,1-1,7)1. Изобретение относится к черной металлургии, а именно к внепечной обработке металлургических расплавов порошкообразными реагентами. Известен способ внепечной обработки металлургических расплавов порошковой проволокой, состоящей из алюминиевой оболочки и наполнителя, содержащего кальций с соотношением массовых частей кальция и алюминия 3763 1. Если исходить из диаграммы состояния кальций-алюминий, можно допустить, что при таком соотношении между кальцием и алюминием должно образовываться прочное соединение СаА 12 или его растворы в избыточном кальции или избыточном алюминии. Но в действительности при погружении в жидкий металл алюминиевая оболочка расплавляется, взаимодействует со шлаком, кальций и алюминий не успевают образовать прочное соединение, и после расплавления оболочки в металле кальций уже находится в виде пара, что приводит к ухудшению усвоения кальция, барботажу и выбросам металла. В качестве прототипа принят способ внепечной обработки металлургических расплавов, включающий ввод в жидкий расплав порошковой проволоки, состоящей из стальной 10389 1 2008.02.28 оболочки и наполнителя, содержащего кальций в количестве 3656 мас.и кремний 2. Ввод кальция в жидкую сталь в сплаве с кремнием позволяет снизить упругость диссоциации паров кальция, и пары последнего успевают прореагировать в глубине расплава. Этим самым достигается в определенной степени глубинная пассивация кальция и процесс обработки протекает спокойно, без барботажа и выбросов, что позволяет повысить степень использования кальция. Недостатки прототипа в следующем. В наполнителе проволоки не определено соотношение между кальцием и железом, которое является основой для получения сплава кальция с кремнием и железом, и в случае несоблюдения определенных пределов соотношения между этими элементами образующийся сплав будет неоднородный, отдельные его части могут быть перенасыщены кальцием, а другие содержать его недостаточно, что приводит к нестабильным результатам при использовании проволоки. Неопределенность в соотношении между интенсивностью подачи кальция в жидкий металл (г/с) и наполнением проволоки (г/м) не позволяет синхронизировать время высвобождения кальция в расплав со временем расплавления сплава, что может приводить к образованию паров кальция внутри проволоки и разрыву оболочки на недостаточной глубине и, как следствие, снижению эффективности использования кальция. Задача, решаемая изобретением, состоит в усовершенствовании способа внепечной обработки металлургических расплавов путем введения в состав наполнителя проволоки дополнительного элемента - железа, установлении определенного соотношения между содержаниями кальция и железа в составе наполнителя, регламентации параметров ввода кальция в зависимости от наполнения проволоки, повышении эффективности использования кальция и снижении расхода проволоки. Технический результат, получаемый при использовании изобретения, состоит в следующем обеспечивается возможность по мере погружения проволоки в металл образования внутри проволоки прочного однородного железокальцийкремниевого соединения с относительно высокой температурой плавления (более 1300 С) достигается глубинная пассивации кальция охватывается реакцией взаимодействия кальция с расплавом максимальный объем металла в ковше синхронизируются во времени процессы высвобождения кальция в расплав и расплавления образованного в наполнителе сплава обеспечивается полная глобуляризация неметаллических включений. Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что способ внепечной обработки металлургического расплава стали включает подачу в расплав порошковой проволоки, состоящей из стальной оболочки и наполнителя, содержащего 36-45 мас.кальция и кремний. По изобретению используют проволоку с наполнителем, дополнительно содержащим железо, причем соотношение кальция и железа составляет (2,06,5)1, а соотношение интенсивности подачи в расплав кальция, измеренной в г/с, и наполнения проволоки, измеренного в г/м, составляет (1,1-1,7)1. 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 расхода проволоки - существует причинно-следственная связь, которая объясняется следующим образом. По мере вхождения проволоки с указанным составом наполнителя в жидкий металл, внутри проволоки образуется прочное однородное железокальцийкремниевое соединение с относительно высокой температурой плавления (более 1300 С) и достигается почти полная глубинная пассивация кальция. Как известно, железо 2 10389 1 2008.02.28 является основой для образования железокальцийкремниевого сплава. Использование в составе наполнителя кальция с отношением к содержанию железа в пределах (2,06,5)1 позволяет по мере вхождения проволоки в жидкую сталь значительно снизить скорость и интенсивность испарения кальция. Сплав с таким соотношением между кальцием и железом однородный, и в глубине расплава не образуются локальные зоны, перенасыщенные кальцием или наоборот. В локальной зоне взаимодействия с расплавом кальций растворяется, глобуляризируя все неметаллические включения. В случае несоблюдения указанных пределов соотношения между кальцием и железом 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. Указанное соотношение между интенсивностью подачи кальция в жидкий металл (г/с) и наполнением проволоки (г/м) в пределах 1,11,7 синхронизирует во времени процессы высвобождения кальция в расплав и расплавления образующегося сплава в наполнителе, не допуская образования паров кальция внутри проволоки или высвобождения наполнителя в жидкую сталь в твердом состоянии. Соотношение между интенсивностью подачи кальция в жидкий металл (г/с) и наполнением проволоки (г/м) в указанных пределах обусловлено тем, что, если оно будет меньше чем 1,1, наполнитель проволоки будет высвобождаться в расплав в твердом состоянии и будут дополнительные затраты на подогрев и расплавление материала, повышенный угар кальция. Если же указанное соотношение будет больше чем 1,7, это приведет к образованию паров кальция внутри проволоки и разрыванию оболочки на недостаточной глубине, пироэффекту, выбросам и, как следствие, снижению эффективности использования кальция,повышенному расходу кальция и чрезмерному пылегазовыделению. 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. Таким образом, чтобы значительно повысить степень использования кальция, глобуляризировать все неметаллические включения и снизить расход проволоки, необходимо использовать способ внепечной обработки металлургических расплавов, включающий ввод в жидкий расплав порошковой проволоки с наполнителем приведенного состава,обеспечивающего при вхождении проволоки в жидкий расплав образование однородного железокальцийкремниевого сплава с содержанием кальция 3645 мас.и всеми указанными соотношениями, то есть между содержанием кальция и железа в наполнителе и между интенсивностью подачи кальция в жидкий металл (г/с) и наполнением проволоки(г/м). На одном из металлургических комбинатов проведено опробование предложенного способа. Наполнение проволоки 13 мм составляло 210 г/м (кальций - 40 мас. , кремний - 50 мас. , железо - 10 мас. ), содержание кальция в погонном метре проволоки составляло 84 г/м, соотношение между кальцием и железом в наполнителе составляло 4,01. Проволоку после усреднительной продувки во время производства стали 20 вводили в 110-тонный стальковш с помощью трайбаппарата на установке внепечной обработки. Скорость ввода проволоки составляла 3,0 м/с, интенсивность подачи кальция в жидкий металл - 252 м/с, соотношение между интенсивностью подачи кальция в жидкий металл и наполнением проволоки - 1,2. Расход проволоки составил 100 метров на ковш (0,35 кг/т стали). Проведено 10 обработок стали. В среднем содержание кальция в готовом металле(проба на МНЛЗ) составляет 0,0010 , усвоение - 13,1 . Все неметаллические включения глобуляризованы, металл полностью разливается на МНЛЗ и имеет повышенные литейные и механические свойства. На этом же комбинате проведены опытно-промышленные плавки с использованием способа-прототипа. Наполнение проволоки 13 мм составляло 200 г/м (кальций 42 мас. , кремний - 58 мас. ), соотношение между кальцием и кремнием в наполнителе 3 10389 1 2008.02.28 составляло 0,721. Проволоку после усреднительной продувки во время производства стали 20 вводили с помощью трайбаппарата в 110-тонный стальковш на установке внепечной обработки. Скорость ввода проволоки составляла 2,3 м/с, интенсивность подачи кальция в жидкий металл - 202 м/с, соотношение между интенсивностью подачи кальция в жидкий металл и наполнением проволоки - 1,01. Усвоение кальция на проведенных сравнительных обработках составило 8,0(готовый металл, проба на МНЛЗ), и для достижения такого же уровня кальция в готовом металле, как и при использовании заявляемого способа, проволоки-прототипа необходимо вводить на 55,7 больше (0,54 кг/т стали). При разливке сталей, обработанных этой проволокой, на МНЛЗ иногда затягивало разливочные стаканы, что свидетельствует о неполной глобуляризации неметаллических включений. Источники информации 1. Сталь. - 1998. -5. - С. 18-22. 2.2234541 1 // Бюл.23. - 20.08.2004 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4