Способ внепечной обработки стали

 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к внепечной обработке металлургических расплавов порошкообразными реагентами. Технический результат: увеличение степени использования кальция и алюминия, полная глобуляризация неметаллических включений и повышение литейных и механических свойств стали. Способ внепечной обработки стали включает ввод в жидкий расплав порошковой проволоки в стальной оболочке с наполнением металлическими алюминием и кальцием. Для обработки используют проволоку, в которой отношение между содержанием кальция в наполнителе и содержанием самого наполнителя в проволоке составляет величину 0,8 - 1,2. Массовую скорость поступления кальция в металл поддерживают в диапазоне 0,5 - 2,0 г/тс.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к внепечной обработке металлургических расплавов порошкообразными реагентами.

Известен способ внепечной обработки стали, который включает ввод в расплав кальция и алюминия в виде проволоки (кальций в алюминиевой оболочке) с соотношением массовых долей кальция и алюминия 37:63, причем массовая скорость поступления кальция составляет 550...595 г/с ("Сталь", 1998, N 5, с. 18-22). Недостатком данного способа является то, что по мере вхождения в расплав кальций и алюминий не успевают образовать прочное соединение и после расплавления алюминиевой оболочки в металле кальций будет находиться в виде пара, что приведет к ухудшению усвоения кальция. Кроме того, высокая массовая скорость (550...595 г/с) поступления кальция в расплав приводит к локальному пересыщению жидкого металла кальцием, что, в свою очередь, приводит к выбросам и пироэффекту. Все это приводит к излишнему угару кальция и ухудшению его модифицирующего влияния.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату к предлагаемому является способ внепечной обработки стали порошковой проволокой в стальной оболочке с наполнением гранулированными алюминием и кальцием в соотношении, масс. 40:60 ("Металлург", 1994, N 1, с. 28). Этот способ использован в качестве прототипа. Несмотря на то, что при использовании этого способа достигнуты положительные результаты по десульфурации, он имеет ряд недостатков. Неопределенность в отношении между содержанием кальция в наполнителе и содержанием наполнителя в проволоке приводит к тому, что, с одной стороны, прочное кальций-алюминатное соединение может не образоваться к моменту расплавления стальной оболочки, а с другой, оболочка расплавится тогда, когда кальций будет находиться в виде пара. Все это приводит к ухудшению эффективности использования кальция. Неопределенность в интенсивности подачи кальция в единицу времени тоже приведет к снижению степени его усвоения.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать способ внепечной обработки стали путем установления оптимального соотношения между содержанием кальция в порошковом алюмокальциевом наполнителе и содержанием самого наполнителя в проволоке, а также регламентации подачи кальция в расплав в единицу времени. Решение этой задачи дает возможность по мере вхождения проволоки в металл образовывать прочное кальций-алюминатное соединение, предотвращая локальное пересыщение сплава кальцием, что позволит повысить эффективность использования кальция, обеспечит полную глобуляризацию неметаллических включений и хорошие литейные и механические свойства стали.

Суть изобретения заключается в том, что в способе внепечной обработки стали, включающем ввод в жидкий расплав порошковой проволоки в стальной оболочке с наполнением металлическими алюминием и кальцием, для обработки используют проволоку, в которой отношение между содержанием кальция в наполнителе и содержанием самого наполнителя в проволоке составляет величину 0,8. . .1,2, а массовую скорость поступления кальция в металл поддерживает в диапазоне 0,5...2,0 г/т с.

Общим с прототипом существенным признаком является ввод в жидкий расплав порошковой проволоки в стальной оболочке с наполнением металлическими алюминием и кальцием.

Отличительными от прототипа существенными признаками являются: - использование для обработки порошковой проволоки, в которой отношение между содержанием кальция в наполнителе и содержанием самого наполнителя в проволоке составляет величину 0,8...1,2; - массовую скорость поступления кальция в металл поддерживают в диапазоне 0,5...2,0 г/т с.

Приведенные выше признаки являются необходимыми и достаточными для всех случаев, на которые распространяется область применения изобретения.

Между существенными признаками и техническим результатом - значительным увеличением степени использования кальция и алюминия при внепечной обработке, полной глобуляризацией неметаллических включений и повышением литейных и механических свойств стали - существует причинно-следственная связь, которая объясняется следующим образом. По мере вхождения проволоки с указанным отношением содержания кальция в алюмокальциевом наполнителе к содержанию наполнителя в проволоке в жидкую сталь образуется химически очень прочное соединение CaAl₂ с температурой плавления 1050...1080^oC. Вследствие этого снижается активность и упругость пара кальция и повышается температура его испарения из металлического расплава. Причем образование прочного алюмокальциевого соединения и его высвобождение в расплав строго синхронизированы во времени. После расплавления стальной оболочки в объем металла освобождается жидкий алюмокальциевый сплав, а затем Al и Ca растворяются в металле, обеспечивая полную глобуляризацию неметаллических включений. Отклонение в отношении между содержанием кальция в наполнителе и содержанием наполнителя в проволоке приведет к тому, что, с одной стороны, прочное кальций-алюминатное соединение может не образоваться к моменту расплавления стальной оболочки, а с другой, оболочка расплавится тогда, когда кальций будет находиться в виде пара. Все это приведет к ухудшению эффективности использования кальция. Неопределенность в интенсивности подачи кальция в единицу времени тоже приведет к снижению эффективности его использования. В случае, когда массовая скорость поступления кальция превышает величину 2,0 г/т с происходит локальное пересыщение жидкого металла кальцием, выбросы и пироээффект. Если массовая скорость поступления кальция будет меньше 9,5 г/т с, то в локальном объеме металла кальция будет недостаточно, чтобы глобуляризовать все неметаллические включения.

Таким образом, чтобы значительно увеличить степень использования Al и Ca, глобуляризовать все неметаллические включения, повысить литейные и механические свойства стали необходимо внепечную обработку проводить порошковой алюмокальциевой проволокой с указанным отношением содержания кальция в наполнителе к содержанию наполнителя в проволоке и регламентированной массовой скоростью поступления кальция в единицу времени.

Заявляемый способ используется следующим образом.

В кислородном конвертере выплавляют сталь 13Г1СУ, выпускают ее в 150-т ковш и передают его на АДС (агрегат доводки стали), где производят раскисление, усреднительную продувку и другие необходимые технологические операции. Затем в ковш с помощью трайбаппарата вводят порошковую проволоку в оболочке из стали 08Ю с наполнением металлическими алюминием и кальцием. Наполнение проволоки составляет 122 г/м, содержание кальция в наполнителе - 49 г/м (40% мас. ), содержание наполнителя в проволоке - 40% мас. (отношение между содержанием кальция в наполнителе и содержанием наполнителя в проволоке - 1,0). Скорость ввода проволоки составляет 3,5 м/с, интенсивность подачи кальция - 1,14 г/т с. Вводят 400 м проволоки. Остаточное содержание кальция в готовом металле составляет 0,0050%, степень усвоения - 37%. При этом все неметаллические включения глобуляризованы, металл на МНЛЗ разлит без брака, получены высокие механические и служебные свойства готового проката. На этой же установке (АДС) обрабатывали трубную сталь силикокальциевой (СКЗО) проволокой и алюмокальциевой с другим отношением кальция в наполнителе к наполнителю проволоки. Степень усвоения кальция составляла до 11%, наблюдались случаи затягивания разливочных стаканов на МНЛЗ и отклонения механических свойств от требований нормативной документации.

Формула изобретения

Способ внепечной обработки стали, включающий ввод в жидкий расплав порошковой проволоки в стальной оболочке с наполнением металлическими алюминием и кальцием, отличающийся тем, что для обработки используют проволоку, в которой отношение между содержанием кальция в наполнителе и содержанием самого наполнителя в проволоке составляет величину 0,8 - 1,2, а массовую скорость поступления кальция в металл поддерживают в диапазоне 0,5 - 2,0 г/тс.