RU2234541C1 - Wire for beyond-surface processing of metallurgical melts - Google Patents

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy, in particular, processing of melts beyond furnace by means of powdered reactants.

SUBSTANCE: wire includes steel sheathing and powdered filler comprising calcium and silicon. Calcium content in filler is 36-56 wt%. Calcium and silicon ratio is (0.6-1.3):1. Ratio of calcium content in filler and filler content in wire is 0.7-1.2. Calcium may be available in filler in the form of calcium and silicon alloy. 10-50% of pure calcium may be available in filler. Components of wire are used in the following ratio, wt%: powdered filler 45-61; steel sheathing 39-55.

EFFECT: increased extent of usage of calcium, complete globulization of non-metallic inclusions and reduced consumption of wire.

4 cl

Description

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к внепечной обработке порошкообразными реагентами.The invention relates to ferrous metallurgy, and in particular to out-of-furnace treatment with powdered reagents.

Известна порошковая проволока для внепечной обработки стали, которая содержит кальций в алюминиевой оболочке с соотношением массовых частей кальция и алюминия 37:63 (Сталь. 1998, №5, с.18-22). Если исходить из диаграммы состояния кальций-алюминий, можно допустить, что при таком соотношении между кальцием и алюминием должно образовываться прочное соединение СаА1₂ 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.Known flux-cored wire for out-of-furnace steel processing, which contains calcium in an aluminum shell with a ratio of mass parts of calcium and aluminum 37:63 (Steel. 1998, No. 5, p. 18-22). Based on the calcium-aluminum state diagram, it can be assumed that at this ratio between calcium and aluminum, a strong CaA1 ₂ compound or its solutions in excess calcium or excess aluminum should be formed. But in reality, when immersed in a liquid metal, the aluminum shell melts, interacts with the slag, calcium and aluminum do not have time to form a strong connection, and after the shell melts, the calcium is already in the form of steam, which leads to a decrease in calcium absorption, bubbling and metal emissions .

Наиболее близкой по технической сути и получаемому эффекту к заявляемой является проволока для внепечной обработки стали, состоящая из металлической оболочки и порошкового наполнителя, содержащего кальций и кремний, причем в наполнителе содержание кальция составляет 15...30 мас.% (Металл и литье Украины. 2000, №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. Но эта проволока также имеет ряд недостатков. При указанном содержании кальций с кремнием образует 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. При таком содержании кальция в наполнителе его содержание в проволоке не превышает 20%, что также приводит к повышенному расходу проволоки. В наполнителе проволоки также не определено соотношение между кальцием и кремнием, и в случае несоблюдения определенных пределов соотношения между этими элементами сплав будет неоднородный, отдельные его части могут быть перенасыщены кальцием, а другие содержать его недостаточно, что приводит к нестабильным результатам при использовании проволоки. В проволоке также не определено соотношение между составными частями, что не дает возможности стабильно обеспечивать необходимую жесткость проволоки для ее введения на достаточную глубину, чтобы реакцией взаимодействия кальция с расплавом был охвачен максимальный объем металла в ковше. Неопределенность между содержанием кальция в порошковом наполнителе и содержанием наполнителя в проволоке 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.The closest in technical essence and the obtained effect to the claimed one is a wire for out-of-furnace steel processing, consisting of a metal sheath and a powder filler containing calcium and silicon, and the filler has a calcium content of 15 ... 30 wt.% (Metal and casting of Ukraine. 2000, No. 1-2, p. 17-20). The introduction of calcium into liquid steel in an alloy with silicon makes it possible to reduce the elasticity of dissociation of calcium vapor and the vapor of the latter has time to react in the depth of the melt. This achieves a certain degree of deep passivation of calcium, and the processing process proceeds calmly, without bubbling and emissions, which allows to increase the degree of use of calcium. But this wire also has a number of disadvantages. At the indicated content, calcium with silicon forms a chemically unstable compound CaSi ₂ , moreover, at a calcium content of 25 ... 30%, the melting point of such a compound is relatively low (about 1000 ° C), which leads to increased intoxication, low degree of absorption of calcium and increased wire consumption. With this calcium content in the filler, its content in the wire does not exceed 20%, which also leads to increased wire consumption. In the filler of the wire, the ratio between calcium and silicon is also not defined, and if the ratio between these elements is not met, the alloy will be heterogeneous, some of its parts may be supersaturated with calcium, and others contain it insufficiently, which leads to unstable results when using wire. The ratio between the components is also not defined in the wire, which does not make it possible to stably provide the necessary stiffness of the wire for its introduction to a sufficient depth so that the maximum volume of metal in the ladle is captured by the reaction of calcium with the melt. The uncertainty between the calcium content in the powder filler and the filler content in the wire does not allow synchronizing the time of calcium release into the melt with the time of alloy melting, which can lead to the formation of calcium vapor inside the wire and rupture of the sheath at an insufficient depth and, as a result, decrease the efficiency of calcium use.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать проволоку для внепечной обработки металлургических расплавов путем установления определенного содержания кальция в составе наполнителя, определением пределов соотношения между содержанием кальция в наполнителе и самого наполнителя в проволоке, установлением зависимостей как между составными частями порошкового наполнителя, так и всей проволоки в целом. Решение этой задачи дает возможность по мере погружения проволоки в металл образовывать внутри проволоки прочное однородное кальцийкремниевое соединение с относительно высокой температурой плавления (более 1300°С), достигать глубинную пассивацию кальция, охватить реакцией взаимодействия кальция с расплавом максимальный объем металла в ковше, синхронизировать во времени процессы высвобождения кальция в расплав и расплавление образованного в наполнителе сплава. Это позволяет значительно повысить эффективность использования кальция, обеспечивая полную глобуляризацию неметаллических включений, и снизить расход проволоки.The basis of the invention is the task of improving the wire for out-of-furnace treatment of metallurgical melts by establishing a certain calcium content in the filler, determining the limits of the ratio between the calcium content in the filler and the filler in the wire, establishing relationships between both the constituent parts of the powder filler and the whole wire . The solution to this problem makes it possible, as the wire is immersed in the metal, to form a strong homogeneous calcium-silicon compound with a relatively high melting point (more than 1300 ° C) inside the wire, achieve deep passivation of calcium, cover the maximum volume of metal in the ladle by the reaction of calcium and melt, synchronize over time processes of calcium release into the melt and melting of the alloy formed in the filler. This allows you to significantly increase the efficiency of calcium use, providing complete globularization of non-metallic inclusions, and reduce wire consumption.

Суть изобретения состоит в том, что в проволоке для внепечной обработки металлургических расплавов, которая состоит из стальной оболочки и порошкового наполнителя, содержащего кальций и кремний, содержание кальция в наполнителе составляет 36...56 мас.%, причем соотношение между кальцием и кремнием находится в пределах (0,6...1,3):1, а отношение между содержанием кальция в наполнителе и содержанием самого наполнителя в проволоке составляет величину 0,7...1,2. Кальций может находиться в наполнителе в виде сплава с кремнием, 10...50% кальция может находиться в наполнителе в чистом виде. Соотношение между составляющими частями проволоки установлено следующим, мас.%:The essence of the invention lies in the fact that in the wire for out-of-furnace treatment of metallurgical melts, which consists of a steel sheath and a powder filler containing calcium and silicon, the calcium content in the filler is 36 ... 56 wt.%, And the ratio between calcium and silicon is within (0.6 ... 1.3): 1, and the ratio between the calcium content in the filler and the content of the filler in the wire is 0.7 ... 1.2. Calcium can be in the filler in the form of an alloy with silicon, 10 ... 50% of calcium can be in the filler in its pure form. The ratio between the components of the wire is set as follows, wt.%:

Порошковый наполнитель 45...61Powder filler 45 ... 61

Стальная оболочка 39...55Steel sheath 39 ... 55

Общими с прототипом существенными признаками являются:The essential features common with the prototype are:

- стальная оболочка;- steel shell;

- порошковый наполнитель, содержащий кальций и кремний.- powder filler containing calcium and silicon.

Отличительными от прототипа существенными признаками являются:Distinctive features of the prototype essential features are:

- содержание кальция в наполнителе составляет 36...56 мас.%;- the calcium content in the filler is 36 ... 56 wt.%;

- соотношение между кальцием и кремнием находится в пределах (0,6...1,3):1;- the ratio between calcium and silicon is in the range (0.6 ... 1.3): 1;

- отношение между содержанием кальция в наполнителе и содержанием самого наполнителя в проволоке составляет величину 0,7...1,2.- the ratio between the calcium content in the filler and the content of the filler in the wire is 0.7 ... 1.2.

Дополнительными признаками изобретения являются:Additional features of the invention are:

- использование кальция в наполнителе в виде сплава с кремнием;- the use of calcium in the filler in the form of an alloy with silicon;

- использование 10...50% кальция в наполнителе в чистом виде;- the use of 10 ... 50% calcium in the filler in its pure form;

- соотношение между составляющими частями проволоки установлено следующим, мас.%:- the ratio between the components of the wire is set as follows, wt.%:

Порошковый наполнитель 45...61Powder filler 45 ... 61

Стальная оболочка 39...55Steel sheath 39 ... 55

Приведенные выше признаки являются необходимыми и достаточными для всех случаев, на которые распространяется область использования изобретения.The above features are necessary and sufficient for all cases to which the scope of the invention applies.

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 содержанием кальция в жидкий металл внутри проволоки образуется прочное однородное кальцийкремниевое соединение (типа CaSi или Ca₂Si) с относительно высокой температурой плавления (более 1300°С) и достигается почти полная глубинная пассивация кальция. Причем кальций в наполнителе может использоваться в виде сплава с кремнием. Однако в связи с чрезмерной трудностью получения сплава с таким содержанием кальция в промышленных масштабах 10...50% кальция в состав наполнителя подается в чистом виде и сплав с указанным содержанием кальция образуется внутри проволоки по мере ее вхождения в расплав. Вследствие этого снижается активность и упругость паров кальция и повышается температура его испарения из металлургического расплава. Использование в составе наполнителя кальция с отношением к кремнию в пределах (0,6...1,3):1 позволяет по мере вхождения проволоки в жидкую сталь значительно снизить скорость и интенсивность испарения кальция.There is a causal relationship between the essential features and the technical result — an increase in the degree of use of calcium, the complete globularization of non-metallic inclusions and a decrease in wire consumption — which is explained as follows. As the wire with the indicated calcium content enters the liquid metal, a strong homogeneous calcium-silicon compound (CaSi or Ca ₂ Si type) with a relatively high melting point (more than 1300 ° C) is formed inside the wire and almost complete deep passivation of calcium is achieved. Moreover, the calcium in the filler can be used in the form of an alloy with silicon. However, due to the excessive difficulty of producing an alloy with such a calcium content on an industrial scale, 10 ... 50% calcium is fed into the filler in its pure form and an alloy with the specified calcium content is formed inside the wire as it enters the melt. As a result, the activity and elasticity of calcium vapor decreases and the temperature of its evaporation from the metallurgical melt rises. The use of calcium in the composition of the filler with a ratio to silicon in the range of (0.6 ... 1.3): 1 allows, as the wire enters the liquid steel, significantly reduce the rate and intensity of calcium evaporation.

Сплав с таким соотношением между кальцием и кремнием однородный, и в глубине расплава не образуется локальных зон, перенасыщенных кальцием, или наоборот. В локальной зоне взаимодействия с расплавом кальций растворяется, глобуляризируя все неметаллические включения. Указанное отношение между содержанием кальция в порошковом наполнителе и содержанием самого наполнителя в пределах 0,7...1,2 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. В случае несоблюдения указанных пределов соотношения между кальцием и кремнием 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 составными частями проволоки стабильно обеспечивает необходимую жесткость проволоки для ее введения на достаточную глубину, чтобы реакцией взаимодействия кальция с расплавом был охвачен максимальный объем металла в ковше. Процесс обработки жидкой стали проволокой со всеми указанными параметрами протекает спокойно, без выбросов и барботажа.The alloy with this ratio between calcium and silicon is homogeneous, and no local zones saturated with calcium are formed in the depth of the melt, or vice versa. In the local zone of interaction with the melt, calcium dissolves, globularizing all non-metallic inclusions. The indicated ratio between the calcium content in the powder filler and the content of the filler itself within 0.7 ... 1.2 synchronizes in time the processes of calcium release into the melt and melting of the formed alloy in the filler, preventing the formation of calcium vapor inside the wire or the release of filler into liquid solid steel. In the case of non-compliance with the specified limits of the ratio between calcium and silicon, the resulting alloy will be inhomogeneous, some of its parts may be supersaturated with calcium, and others may contain it insufficiently, which can lead to pyroeffects, emissions and unstable results when using wire. The indicated ratio between the components of the wire stably provides the necessary rigidity of the wire for its introduction to a sufficient depth so that the maximum volume of metal in the ladle is captured by the reaction of calcium with the melt. The process of treating liquid steel with wire with all the specified parameters proceeds quietly, without emissions and sparging.

Все это позволяет значительно увеличить степень использования кальция, уменьшая пылегазообразование. Несоблюдение указанного соотношения между составными частями проволоки не позволит стабильно обеспечивать необходимую жесткость для ее введения на достаточную глубину и приведет к тому, что отдельные зоны расплава будут неохвачены реакцией взаимодействия с кальцием, что, в свою очередь, значительно снизит эффективность использования кальция. Соотношение между содержанием кальция в порошковом наполнителе и содержанием наполнителя в проволоке в указанных пределах обусловлено тем, что, если оно будет меньше, чем 0,7, сплав 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 1,2, 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. При использовании проволоки с приведенными параметрами содержание кальция в ней может составлять 18...39%, что значительно снизит расход проволоки.All this allows you to significantly increase the degree of use of calcium, reducing dust and gas formation. Failure to comply with the specified ratio between the components of the wire will not allow to stably provide the necessary rigidity for its introduction to a sufficient depth and will lead to the fact that certain zones of the melt will not be covered by the reaction of interaction with calcium, which, in turn, will significantly reduce the efficiency of calcium use. The ratio between the calcium content in the powder filler and the filler content in the wire within the specified limits is due to the fact that, if it is less than 0.7, the alloy will be released into the melt in the solid state and there will be additional costs for heating and melting the material, increased waste calcium. If the indicated ratio is greater than 1.2, this will lead to the formation of calcium vapor inside the wire and rupture of the sheath at insufficient depth, pyroelectric effect, emissions and, as a result, reduced calcium utilization, increased calcium consumption and excessive dust and gas emission. When using a wire with the above parameters, the calcium content in it can be 18 ... 39%, which will significantly reduce the consumption of wire.

Таким образом, чтобы значительно повысить степень использования кальция, глобуляризировать все неметаллические включения и снизить расход проволоки, необходимо использовать проволоку со всеми указанными соотношениями, то есть между порошковым наполнителем и стальной оболочкой, между кальцием и кремнием в наполнителе и между содержанием кальция в наполнителе и содержанием наполнителя в проволоке.Thus, in order to significantly increase the degree of calcium utilization, globularize all non-metallic inclusions and reduce wire consumption, it is necessary to use a wire with all the indicated ratios, that is, between the powder filler and the steel sheath, between calcium and silicon in the filler and between the calcium content in the filler and the content filler in the wire.

Изготавливают порошковую проволоку следующим образом. Металлическую ленту профилируют в желобоподобную оболочку. Дозированными порциями из бункера заполняют оболочку порошком кальцийкремниевого сплава, который равномерно распределяется по желобу оболочки. Если есть необходимость использовать в составе проволоке чистый кальций, то используют два бункера. Потом с помощью роликовых клетей обжимают оболочку и формируют замок. Готовая проволока наматывается на катушку и поставляется в отделения обработки стали.A flux-cored wire is made as follows. The metal strip is profiled into a groove-like sheath. Dosed portions from the hopper fill the shell with a powder of calcium-silicon alloy, which is evenly distributed over the groove of the shell. If there is a need to use pure calcium in the wire, then use two bins. Then, with the help of roller stands, they compress the shell and form a lock. The finished wire is wound on a spool and delivered to the steel processing compartments.

На одном из металлургических комбинатов проведено опробование предложенной проволоки. Наполнение проволоки ⌀15 мм составляет 260 г/м (кальция - 40 мас.%, кремния - 50 мас.%), соотношение между кальцием и кремнием в наполнителе составляло 0,8:1, соотношение между порошковым наполнителем и стальной оболочкой составляло, мас.%: 60:40. Проволоку вводили с помощью трайбаппарата в стальковш на установке доводки металла после усреднительной продувки во время производства стали 1008. Расход проволоки составил 150 м на 130-тонный ковш (0,3 кг/т стали). Проведено 10 обработок стали. В среднем содержание кальция в готовом металле (проба на МНЛЗ) составляет 0,0020%, усвоение - 27,8%. Все неметаллические включения глобуляризованы, металл полностью разливается на МНЛЗ и имеет повышенные литейные и механические свойства.At one of the metallurgical plants tested the proposed wire. The filling of ⌀15 mm wire is 260 g / m (calcium - 40 wt.%, Silicon - 50 wt.%), The ratio between calcium and silicon in the filler was 0.8: 1, the ratio between the powder filler and the steel shell was, wt .%: 60:40. The wire was introduced using a tribamer into a steel ladle at a metal finishing plant after averaging purge during the production of steel 1008. The wire consumption was 150 m per 130-ton bucket (0.3 kg / t steel). 10 steel treatments were carried out. On average, the calcium content in the finished metal (caster test) is 0.0020%, assimilation is 27.8%. All non-metallic inclusions are globularized, the metal is completely cast on a continuous casting machine and has increased casting and mechanical properties.

На этом же комбинате используется силикокальциевая проволока (СК30). Наполнение такой проволоки диаметром 15 мм составляет 280 г/м, содержание порошкового наполнителя в проволоке составляет 62%. Для внесения такого же количества кальция этой проволоки необходимо ввести 180 м на 130-тонный ковш или 0,39 кг/т стали, что на 30 отн.% больше, чем заявляемой проволоки. Усвоение кальция из СК30 на проведенных обработках составило 15% (готовый металл, проба на МНЛЗ) при производстве стали 1008 и для достижения такого же уровня кальция в готовом металле, как и при использовании заявляемой проволоки, проволоки-протипа необходимо вводить еще на 85% больше. При разливке сталей, обработанных этой проволокой, на МНЛЗ иногда затягивало разливочные стаканы, что свидетельствует о неполной глобуляризации неметаллических включений.At the same plant, silico-calcium wire (SK30) is used. The filling of such a wire with a diameter of 15 mm is 280 g / m, the content of the powder filler in the wire is 62%. To add the same amount of calcium to this wire, it is necessary to introduce 180 m into a 130-ton bucket or 0.39 kg / t of steel, which is 30 rel.% More than the claimed wire. The absorption of calcium from SK30 in the performed treatments was 15% (finished metal, sample at CCM) in the production of steel 1008 and to achieve the same level of calcium in the finished metal, as when using the inventive wire, the prototype wire must be introduced another 85% more . When casting steels treated with this wire, casting glasses were sometimes tightened on continuous casting machines, which indicates incomplete globularization of non-metallic inclusions.

Claims (4)

1. Проволока для внепечной обработки металлургических расплавов, состоящая из стальной оболочки и порошкового наполнителя, содержащего кальций и кремний, отличающаяся тем, что в наполнителе содержание кальция составляет 36-56 мас.%, причем отношение между кальцием и кремнием находится в пределах (0,6-1,3):1, а соотношение между содержанием кальция в наполнителе и содержанием самого наполнителя в проволоке составляет величину 0,7-1,2.1. A wire for out-of-furnace treatment of metallurgical melts, consisting of a steel sheath and a powder filler containing calcium and silicon, characterized in that the filler has a calcium content of 36-56 wt.%, And the ratio between calcium and silicon is in the range (0, 6-1.3): 1, and the ratio between the calcium content in the filler and the content of the filler in the wire is 0.7-1.2. 2. Проволока по п.1, отличающаяся тем, что кальций находится в наполнителе в виде сплава с кремнием.2. The wire according to claim 1, characterized in that the calcium is in the filler in the form of an alloy with silicon. 3. Проволока по п.1 или 2, отличающаяся тем, что 10-50% кальция находится в наполнителе в чистом виде.3. The wire according to claim 1 or 2, characterized in that 10-50% of the calcium is in the filler in its pure form. 4. Проволока по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что соотношение между составляющими частями проволоки установлено следующим, мас.%:4. The wire according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the ratio between the components of the wire is set as follows, wt.%: Порошковый наполнитель 45-61Powder filler 45-61 Стальная оболочка 39-55Steel sheath 39-55