СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТОГО РАСПЛАВА И МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO PROCESS IRON-CARBON MELT AND MATERIAL FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к области металлургии, в частности к внепечной обработке железоуглеродистых расплавов.
Существует значительное количество научных работ и монографий, посвященных особенностям процессов кристаллизации модифицированных металлов, а также анализу предлагаемых составов применяемых материалов для обработки железоуглеродистого расплава. Известны также различные способы введения материалов в расплав (в виде брикетов, вдуванием порошков, отдачу на струю и т.д.), но наиболее современным и технологичным является способ введения материала в виде наполнителя порошковой проволоки, подаваемой в ковш трайб-аппаратом. При этом существенно уменьшается пироэффект и пылевыделение, сокращается расход материала, значительно увеличивается усвоение их расплавом и эффективность обработки. Вместе с тем, большинство известных материалов для обработки железоуглеродистого расплава, в том числе и являющихся наполнителями порошковой проволоки, имеют общие недостатки.
Во-первых, это их низкая живучесть. Так, входящие в состав материала щелочноземельные металлы (далее ЩЗМ) характеризуются высокой упругостью паров, низкими температурами кипения и, будучи практически нерастворимыми в расплаве железа, очень быстро испаряются и улетучиваются из расплава, лишь частично рафинируя и модифицируя его. На последующих технологических этапах - при охлаждении расплава и, особенно, при его кристаллизации, когда изменяется агрегатное состояние, рафинирующие составляющие материала практически отсутствуют и в металле выделяются новые включения и сегрегации. Они загрязняют границы образующихся зерен и усиливают ликвационные проявления в металле.
Другой недостаток известных материалов для обработки железоуглеродистого расплава связан с неразвитостью их реакционных поверхностей при взаимодействии с жидким металлом. Сорбционная емкость материала, интенсивность процессов зарождения и связывания фаз и включений катализируется границами раздела «шлак-металл», «газовый пузырь (пар ЩЗМ) - металл» и зависит от размеров межфазной поверхности, а также энергии поверхностного натяжения границ.
В традиционных, известных модификаторах, когда всплывающие в расплаве пузырьки образующегося пара лишь своими поверхностными слоями контактируют с металлом, эффективность их рафинирования недостаточна. Ориентировочно, лишь 5-10% вводимого активного вещества материала осуществляет свои рафинирующие функции. Основная же часть в виде не прореагировавшего газа (пара) выносится из металла. Таким образом, необходимо повышение эффективности и продолжительности рафинирующего и модифицирующего действия материала для обработки железоуглеродистого расплава. Определенные действия в этом направлении предпринимаются.
В качестве материала для обработки железоуглеродистого расплава можно указать, например, материал, известный по патенту РФ №2023044 (кл. С22С 35/00, заявл. 10.09.1992, опубл. 15.11.1994, « Брикет для раскисления и модифицирования стали и чугуна»). Материал брикета включает барийсодержащий материал (в качестве барийсодержащего материала он содержит витеритстронцианитовый концентрат, обожженный при 1200-1250 К), порошок алюминия, плавиковый шпат и порошок 65%-ного ферросилиция при следующем соотношении компонентов, мас.%: продукт обжига витеритстронцианитового концентрата 53-55, порошок алюминия 7-12, порошок 65%-ного ферросилиция 29-32, плавиковый шпат 2-3 и связующие (легкоплавкие окислы и др.) 2-4.
К числу недостатков этого материала относятся:
- необходимость проведения предварительного длительного высокотемпературного (при 1250К) отжига концентрата;
2
3
2
- наличие в концентрате после отжига нежелательных примесных соединений -AlO, SiO и сульфидов;
- низкая эффективность подобного материала при промышленном использовании, связанная с его применением в виде брикетов, легко окисляемых и сгорающих преимущественно в шлак.
Известен также материал для обработки железоуглеродистого расплава (см. патент РФ №2216603, по кл. С22С 35/00, заявл. 17.04.2001, опубл. 20.11.2003, «Модификатор для стали»), в котором предложен материал, содержащий, мас.%:
порошок лигатур с редкоземельными металлами (далее РЗМ) 10-40, порошок лигатур с ЩЗМ 50-80 и порошок фтористого кальция и/или криолита 5-10. Размер частиц этих компонентов: 0,1-1,5 мм; 0,1-3 мм и 0,01-0,1 мм соответственно.
К недостаткам материала относятся:
- высокое содержание РЗМ, повышающее стоимость модификатора;
2
- медленное всплывание в расплаве достаточно тяжелых (4-6 г/см) включений с РЗМ и загрязнение ими структуры стали;
- опасность развития цериевой неоднородности;
- низкая эффективность использования компонентов модификатора из-за неразвитой межфазной поверхности «модификатор-расплав».
Наиболее близким по технической сущности, достигаемому результату и выбранным в качестве прототипа для материала, используемого для осуществления способа, является состав, который служит наполнителем порошковой проволоки, содержащий кальций и кремний. В наполнителе количество кальция составляет 36-56 мас.%, отношение между кальцием и кремнием находится в пределах (0.6-1,3):, а соотношение между содержанием кальция в наполнителе и содержанием самого наполнителя в проволоке составляет величину 0,7-1,2. При этом кальций в наполнителе находится в виде сплава с кремнием или частично в металлической фазе (в количестве 10-50%), а соотношение между наполнителем и стальной оболочкой установлено следующим, мас.%: 45-61 и 39-55 соответственно (см. патент РФ №2234541, по кл. С21С 7/00, заявл. 23.05.2003, опубл. 20.08.2004, «Проволока для внепечной обработки металлургических расплавов»).
2
Недостатком указанного материала является низкая эффективность взаимодействия расплава с кальцием, поскольку последний, находясь в виде фазы CaSi или металлического кальция, имеет низкие температуры кипения (1487°С) и плавления (980°С), а следовательно, высокую упругость паров кальция при температурах обработки стальных расплавов. Вследствие этого, кальций в составе такого наполнителя подвержен большому угару, имеет достаточно короткий температурно-временной интервал нахождения в расплаве. Кроме того, малая суммарная реакционная поверхность границы «газовый пузырь-металл» не обеспечивает интенсивное рафинирование и модифицирование.
При разработке состава материала для обработки железоуглеродистого расплава ставилась задача - повышение качества стали при снижении расхода материала на рафинирующую и модифицирующую обработку железоуглеродистого расплава.
Техническим результатом, получаемым при осуществлении данного изобретения, является расширение температурно-временного интервала взаимодействия материала с расплавом, а также повышение эффективности взаимодействия расплава с материалом.
Указанная задача решается за счет того, что материал для обработки железоуглеродистого расплава, включающий кальцийсодержащее вещество в виде смеси кальция в металлической фазе и сплава кальция с кремнием, согласно изобретению, дополнительно содержит легкоплавкий флюс из галоидов щелочных и/или щелочноземельных металлов, карбонаты щелочных и/или щелочноземельных металлов, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
легкоплавкий флюс
5-50
карбонаты
5-20
кальцийсодержащее вещество
остальное.
3
3
6
При этом кальцийсодержащее вещество в виде сплава кальция с кремнием и/или кальция в металлической фазе в пределах его содержания в материале может быть частично заменено силикобарием и/или алюмобарием в количестве 3-30 мас.%; в состав легкоплавкого флюса в пределах его содержания в материале могут дополнительно входить AlCl и/или NaAlF в количестве 3-10 мас.%; а карбонаты в пределах их содержания в материале могут быть частично заменены на оксид кальция в количестве 2-15 мас.% и/или концентрат барийстронциевого карбоната в количестве 5-30 мас.% от количества карбонатов. Кроме того, материал для обработки железоуглеродистого расплава может дополнительно содержать углерод в количестве 0,25-0,35 долей от доли двуокиси углерода в карбонатах.
Материал для обработки железоуглеродистого состава может быть использован как наполнитель порошковой проволоки, а легкоплавкий флюс может являться флюсом эвтектического состава.
Известен способ обработки железоуглеродистого расплава с применением продувки через расплав инертного газа (см. п. РФ№214564 по кл. С21С 7/00, заявл. 20.08.1998, опубл. 20.02.2000 «Способ внепечной обработки стали»). Способ включает наведение высокоосновного шлака, раскисление стали алюминием, продувку расплава аргоном, обработку металла кальцийсодержащими материалами в виде порошковой проволоки. При этом ввод проволоки осуществляют в 2 этапа. Количество вводимых кальцийсодержащих материалов в пересчете на усвоенный металлом кальций устанавливают на первом этапе в зависимости от количества удаляемой из металла серы, а на втором - в зависимости от содержания остаточного алюминия. В качестве кальцийсодержащего материала возможно использование силикокальция.
Недостатками данного аналога являются низкая эффективность использования модификатора, обусловленная его расходом на десульфурацию, и связанными с этим высокими затратами на модифицирование, а также применение модификатора, имеющего низкую «живучесть» в железном расплаве, ускорению удаления которого из расплава способствует продувка аргоном.
Наиболее близким по технической сущности, достигаемому результату и выбранным в качестве прототипа является способ обработки железоуглеродистого расплава путем введения в расплав материала для его обработки, образующего в расплаве дискретные газовые пузырьки (см. п. РФ №2234541, по кл. С21С 7/00, заявл. 23.05.2003, опубл. 20.08.2004, «Проволока для внепечной обработки металлургических расплавов»). Способ включает введение в расплав материала для его обработки в виде порошковой проволоки, содержащий кальций и кремний. В наполнителе порошковой проволоки количество кальция составляет 36-56 мас.%, 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. При этом кальций в наполнителе находится в виде сплава с кремнием или частично в металлической фазе (в количестве 10-50%), а соотношение между наполнителем и стальной оболочкой установлено следующим, мас.%: 45-61 и 39-55 соответственно.
2
Недостатком указанного способа является низкая эффективность взаимодействия расплава с кальцием, поскольку последний, находясь в виде фазы CaSi или металлического кальция, имеет низкие температуры кипения (1487°С) и плавления (980°С), а следовательно, высокую упругость паров кальция при температурах обработки стальных расплавов. Вследствие этого, кальций в составе такого наполнителя подвержен большому угару. Он, образуя отдельные дискретные пузыри, быстро всплывает к поверхности расплава, имея достаточно короткий температурно-временной интервал нахождения в расплаве. Кроме того, малая суммарная реакционная поверхность границы «газовый пузырь-металл» не обеспечивает интенсивное рафинирование и модифицирование.
При разработке способа обработки железоуглеродистого расплава ставилась задача - повышение качества стали при снижении расхода материала на рафинирующую и модифицирующую обработку железоуглеродистого расплава.
Техническим результатом, получаемым при осуществлении данного изобретения, является увеличение температурно-временного интервала взаимодействия материала с расплавом, а также повышение эффективности взаимодействия расплава с материалом.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе обработки железоуглеродистого расплава путем введения в расплав материала для его обработки, согласно изобретению, обработку расплава осуществляют путем вспенивания материала п.п.1-19 формулы изобретения внутри объема расплава.
3
Вспенивание материала по п.п.1-19 формулы изобретения внутри объема расплава может быть осуществлено углекислым газом, образующимся при разложении введенного в расплав материала в объеме 8-40 нсм/г материала.
Исследования, проведенные по источникам патентной и научно-технической информации, показали, что заявляемые способ и материал неизвестны и не следуют явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствуют критериям новизна и изобретательский уровень.
Заявляемый материал может быть получен, а заявляемые способ и материал могут быть использованы на любом предприятии, специализирующемся в данной отрасли, т.к. для этого требуются известные компоненты и стандартное оборудование, т.е. они являются промышленно применимыми.
Теоретическое обоснование заявляемого решения базируется на гранично-катализационных процессах рафинирующей обработки и заключается в следующем:
1. Развитие термически-активируемых процессов зарождения, развития и трансформации фаз протекает тем легче, чем более развита межфазная поверхность «модификатор-расплав» и чем ниже поверхностное натяжение их границ. Поверхностно-активные элементы, а это в первую очередь щелочноземельные и щелочные металлы, практически нерастворимы в расплавах железа, но сегрегируют и обогащают границы, снижая их энергию. Поэтому, и скорость выделения, и способность к адсорбции повышаются пропорционально увеличению протяженности границ. В данном случае - поверхности раздела «расплав - граница газофлюсовых пузырей». Возникающие и прилипающие к таким границам фазы, выделения, примеси в конечном итоге выносятся по механизму флотации с пузырьками к поверхностям и ассимилируют в шлаке. Подобная пузырьково-вспененная структура эмульгированной дисперсионной системы ведет к максимальному эффективному раскислению, рафинированию и модифицированию неметаллических включений. В отличие от этого, флотационное воздействие пузырьков продуваемого через расплав инертного газа происходит дискретно и потому вышеперечисленные процессы протекают менее эффективно.
2. Эффективность вспенивания материала наполнителя преимущественно происходит на выходе расплавленного модификатора из реакционного пространства оболочки порошковой проволоки в металл стальковша. Т.е. при введении порошковой проволоки в металл еще до расплавления стальной оболочки находящийся в нижней части стальковша наполнитель должен быть, в основном, жидким. Однако не все составляющие его компоненты имеют достаточно низкие температуры плавления. Так, силикокальций, фториды плавятся при температурах, превышающих 1000-1100°С. Поэтому требуется наличие компонентов, которые плавятся при достаточно низких температурах, а ими могут быть сплавы как минимум двух галогенидов, при соотношении их концентраций, близких к эвтектической. В качестве примера в табл.1 приведены температуры плавления ряда щелочных и щелочноземельных галоидов и их концентрации при эвтектических составах. Эти данные иллюстрируют возможность существенного (на сотни градусов Цельсия) снижения температуры плавления смесей при их содержаниях, близких к эвтектическим соотношениям.
Таблица 1
Эвтектические составы и температуры плавления сплавов солей щелочных и щелочноземельных металлов.
Состав
Т<sub>ЭВТ</sub>, °С
30-40% NaCl+60-70% Na<sub>2</sub>COa
638
50% NaCl+50% BaCl<sub>2</sub>
648
40% NaF+60% Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>
660
70-75% NaCl+25-30% NaF
675
80% CaCl<sub>2</sub>+20% CaF<sub>2</sub>
650
40% NaCl+60% MgCl<sub>2</sub>
450
70 мол. % NaF+30 мол. % CaF<sub>2</sub>
810
25% NaCl+75% CaCl<sub>2</sub>
500
40% NaCl+60% KCl
650
60% KF+40% NaF
698
50% KCl+50% NaCl
658
70% NaCl+30% NaF
674
30% CaO+70% CaF<sub>2</sub>
1550
Установлено, что в подобном расплаве способны растворяться высокотемпературные соединения, вступающие в реакции замещения, обмена и др. с ингредиентами расплава. Т.о., в низкотемпературный расплав переходят более высокотемпературные компоненты, способные к растворению. При этом в результате химических взаимодействий различного типа сложные соединения могут менять валентность и восстанавливаться до металла, солевые флюсы становятся более неоднородными, вязкими и кипят в достаточно широком температурном интервале, удлиняют температурно-временной интервал взаимодействия с расплавом, участвуя в активном рафинировании расплава вплоть до температур его кристаллизации.
Ввиду высоких адгезионных свойств такие флюсы легко вспениваются, в частности, при избыточном давлении углекислого газа, образующегося при диссоциации карбонатов щелочных и щелочноземельных металлов, в частности кальция и натрия. В случае подобного смесевого состава карбонатов диссоциация карбонатов начинается при низкой температуре 800-1100°С, и тем самым обеспечивается пузырьковый режим барботажа.
Следует подчеркнуть, что флюс, вспененный за счет разложения карбонатов, входящих в предлагаемый материал, принципиально отличается степенью дисперсности фаз и пористостью этого же материала, в случае его продувки по традиционной используемой в настоящее время технологии инертным газом (аргоном). Кроме того, пена обладает иной структурой и на порядок большей вязкостью. Экспериментально установлено, что металло-солевая пена из расплава обладает пористостью порядка 90% при высокой дисперсности пор (диаметр пузырьков 1-10 мм), что невозможно получить при продувке инертным газом, когда всплывают отдельные дискретные пузыри.
Очевидно, что давление в пузыре пены должно быть относительно стабильным, что регулируется количеством вносимых в наполнитель карбонатов. При этом оно должно превышать сумму атмосферного и гидростатического давлений металла в ковше.
3
При наличии в составе материала 5-20 мас.% карбонатов образуется углекислый газ в количестве 8-40 нсм/г введенного материала, что обеспечивает его хорошее вспенивание. При меньшем содержании вспенивание недостаточно, при большем - могут иметь место выплески металла из ковша.
Интенсивность вспенивания можно дополнительно изменять при дополнительном введении в состав материала углерода в количестве 0,25 -0,35 долей от доли двуокиси углерода в карбонатах. В этом случае при разложении карбонатов происходит образование оксида углерода - СО, активного восстановителя и газа для вспенивания.
3. Выбор составляющих компонентов материала, используемого, в частности, как наполнитель порошковой проволоки, обусловлен следующим. Подобно щелочноземельным металлам 2А подгруппы периодической системы, щелочные металлы (натрий, калий и др.) являются чрезвычайно активными и вступают в реакцию с большинством вредных примесей стали: серой, фосфором, цветными, газами (кислородом, азотом, водородом, окисью углерода и т.д.) с образованием простых и сложных соединений, солей и т.д., и в том числе в виде жидких включений и летучих соединении. Для них характерны: высокая рафинирующая способность, низкий удельный вес, низкие температуры плавления и кипения.
Щелочные металлы и их соли пока не находят активного применения в черной металлургии, в отличие от цветной и металлургии редких металлов. Причиной этого является их чрезвычайная активность, пирофорность реакций, протекающих при температурах их введения в железоуглеродистый расплав, а также их нерастворимость в железе. Использование щелочных металлов в виде металлических порошков небезопасно, не технологично и трудно реализуемо.
Предлагается их применять в виде флюсов - сплавов галоидных солей щелочных и щелочноземельных металлов, а также карбонатов, например натрия и кальция. Последнее дает ряд преимуществ:
- при соотношениях галогенидов, близких к эвтектическому составу, флюсы плавятся непосредственно в стальной оболочке - при прогреве порошковой проволоки в процессе введения материала в сталь-ковш;
- флюсы характеризуются высокой смачиваемостью и разрушают пленочные образования на поверхности реагентов, улучшают контакт между ними и интенсифицируют диффузионные процессы;
- флюсы растворяют высокотемпературные фтористые соединения с получением солевой композиции, способной к пенообразованию под воздействием избыточного давления газов (окислов углерода, паров галогенидов). При этом достигаются адгезионные свойства расплавов, достаточные, с одной стороны, для получения и стабилизации рафинирующей газопузырьковой структуры, а с другой стороны, для экстракции примесей и неметаллических включений из жидкого расплава в пенную массу с последующим удалением их в шлак;
- плавятся флюсы как эвтектические смеси, но испаряются и диссоциируют не азеотропно. Поэтому ионы хлора и/или фтора, образующиеся на промежуточных стадиях разложения солей в широком интервале существования эмульгированного пенного модификатора, разрушают образующиеся на поверхности пузырей плены окислов, оксисульфидов и пр., и тем самым, катализируют процессы рафинирования расплава и ошлаковывания включений.
В количественном отношении нижняя граница содержания низкотемпературной составляющей флюса определяется достаточностью для а) вспенивания рафинирующего состава и б) растворимости высокотемпературной металло-флюсовой составляющей. Экспериментально было установлено, что минимальный объем эвтектического сплава должен быть не менее 5 мас.% общего содержания материала наполнителя. В противном случае разжижение материала происходит замедленно и не достигается состояние полной дисперсии. Верхняя граница 50 мас.% низкотемпературных флюсов обеспечивает достаточную жидкотекучесть, но ограничивает содержание других компонентов, в частности, карбонатов, необходимых для вспенивания материала в расплаве.
При регламентированных количествах составляющих достигается:
1. Достаточная продолжительность процесса взаимодействия с металлом -увеличивается «живучесть» модификатора - термическая диссоциация флюсообразующих ингредиентов происходит в расширенном временном интервале. Это, очевидно, является результатом капиллярной термоконцентрационной неустойчивости реальных флюсовых расплавов, проявляющейся, в частности, в обнаруживаемой длительности периодов «испарение-кипение»:
2
2
для CaCl: 1200-1600°С, для CaF: 1580-2500°С.
2. Появление паро-газовой защиты расплава от насыщения его газами из атмосферы. Подчеркнем, что галогениды характеризуются наивысшей склонностью к связыванию водорода с образованием соединений (типа HF, HCl и др.), нерастворимых в расплаве железа. Практика показала, что присутствие в шлаке диссоциирующих флюсовых солей оказывает эффективную защиту от газонасыщения металла, препятствуя проникновению и кислорода, и азота, и водорода через слой основного шлака в ковше.
2
3. Защита границ зерен при обогащении их кальцием (продуктом распада CaCl) от охрупчивающего влияния горофобных выделений и пленочных фаз - оттесняя их от границ. Для достижения этого эффекта содержание флюсов в материале должно быть 5-50 мас.%. Нижний предел связан с достаточностью сегрегационного обогащения границ кальцием, верхний - необходимостью введения в материал кальция или силикокальция.
3
3
6
Экспериментально установлено, что в состав материала без снижения его эффективности, наряду с легкоплавким флюсом, могут входить и другие галоидные соли, в частности, хлорид алюминия (AlCl) и/или криолит (NaAlF) в количестве 3-10 мас.%.
Дополнительное введение окиси кальция в количестве 2-15 мас.% в состав материала способно усилить его рафинировочные свойства. При больших содержаниях уменьшается доля остальных компонентов в материале и происходит снижение качества готового металла.
Дополнительное введение в состав материала барийстронциевого карбоната позволяет одновременно иметь в составе материала вещества, расширяющие температурно-временной интервал его взаимодействия с расплавом и обеспечивающие вспенивание вводимого материала. Установлено, что эффект от его введения на качество материала заметен, начиная с 5 мас.%, а при содержании более 30 мас.% снижается доля остальных компонентов в материале и происходит снижение пластических и ударных свойств готового металла.
Введение ферросиликобария и/или алюмобария в состав материала обусловлено следующими обстоятельствами. Кальций и барий образуют между собой неограниченный твердый раствор, температуры плавления/кипения кальция и бария - 848/1487°С и 725/1637°С соответственно. Барий практически не кипит в стали и, следовательно, находясь более длительное время в расплаве, барий в сочетании с кальцием оказывает более сильное рафинирующее и модифицирующее воздействие, взаимодействуя с газами и примесями, растворенными в металле. Эффект присутствия бария в составе материала положительно проявляется, начиная с содержания ферросиликобария и/или алюмобария 3 мас.%. Увеличение в материале количества данных, составляющих более 30 мас.%, снижает долю кальция, что негативно отражается на разливаемости металла.
Пример осуществления способа.
Заявленный материал использовали при внепечной обработке в промышленных условиях плавок стали марки Ст20, имевших состав, мас.%: 0,13-0.14С; 0,4-0,42 Mn; 0,15-0,17 Si; 0,025-0,027 S; 0,017-0,019 P; 0,12 C; 0,10 Ni; 0,15 Cu;
2
2
2
3
3
6
3
2
3
0,02Al; Fe -остальное. Материал для рафинирования и модифицирования стали готовили смешением в различных пропорциях следующих ингредиентов: 30%-ного силикокальция, кальция металлического, 22%-ного силикобария, плавленого флюса, содержащего 25% NaCl и 75% CaCl (состав А) или 80% CaCl и 20% CaF (состав Б), АlСl, NaAlF, СаСО, NaСО, барийстронциевый карбонат, СаО и углерод (см. таблицу 2). Данные смеси дробили до фракции менее 2 мм и закатывали в порошковую проволоку диаметром 14 мм.
При обработке расплава по прототипу использовали 30%-ный силикокальций, который также, после дробления до фракции 0-2 мм, закатывали в порошковую проволоку диаметром 14 мм.
Каждый ковш стали с помощью трайб-аппарата обрабатывали порошковой проволокой, имевшей определенный состав наполнителя - табл.2. Расход наполнителя в случае заявляемых составов материала был - 0,8 кг/т стали, а при составе прототипа - 1 кг/т стали.
После обработки расплава порошковой проволокой сталь разливали на сортовой МНЛЗ на квадрат 100Х100 мм, далее прокатывали на круг 10 мм, в котором оценивали загрязненность неметаллическими включениями, долю глобулярных НВ, относительное удлинение и ударную вязкость металла (см. таблицу 3).
Приведенные в таблицах 2 и 3 результаты свидетельствуют:
2
1. Обработка расплава материалом, согласно прототипу, приводит к получению металла, характеризующегося высокой загрязненностью оксидами (1,5 балла) и сульфидами (1,2 балла), низкой долей глобулярных частиц (58%), небольшим относительным удлинением (28%) и низкой ударной вязкостью (1,6 кгс*м/см) - вар.1.
2
2. Обработка расплава материалом, с составом, согласно п.1 формулы заявляемого изобретения, приводит к снижению содержания оксидов (не более 1,05 балла) и сульфидов (менее 1 балла), увеличивает долю глобулей (более 70%), относительное удлинение (не менее 35%) и ударную вязкость (более 2,2 кгс*м/см) - вар.3-5, 8, 10,15,16.
3. Обработка расплава материалом, имеющим состав, отличающийся от п.1 формулы заявляемого изобретения, снижает чистоту металла по включениям, долю глобулей, относительное удлинение и ударную вязкость - вар.2, 9, 28, 29.
4. Обработка расплава материалом, с составом, согласно п.2 формулы заявляемого изобретения, также приводит к получению металла улучшенного качества, по сравнению с использованием материала прототипа - вар. 6 и 7.
5. Обработка расплава материалом, с составом, согласно п.3 формулы заявляемого изобретения, аналогично приводит к получению металла улучшенного качества, по сравнению с использованием материала прототипа - вар.11, 12.
6. Обработка расплава материалом, с составом, согласно п.п.4-5 формулы заявляемого изобретения, также приводит к получению металла улучшенного качества, по сравнению с использованием материала прототипа - вар.13, 14, 17.
7. Обработка расплава материалом, с составом, согласно п.п.6 -9 формулы заявляемого изобретения, аналогично приводит к получению металла улучшенного качества, по сравнению с использованием материала прототипа - вар.18-21.
8. Обработка расплава материалом, с составом, согласно п.п.10-17 формулы заявляемого изобретения, также приводит к получению металла улучшенного качества, по сравнению с использованием материала прототипа - вар.22-27.
Таким образом, представленные результаты свидетельствуют о том, что обработка расплава заявляемым способом с использованием заявляемого материала приводит к увеличению температурно-временного интервала взаимодействия материала с расплавом, а также повышению эффективности взаимодействия расплава с материалом. Это обеспечивает повышение качества стали при снижении расхода материала на рафинирующую и модифицирующую обработку железоуглеродистого расплава.
Таблица 2
Составы опробованных материалов наполнителей порошковой проволоки
№ п/п
Состав материала наполнителя порошковой проволоки, масс.%
Суммарное содержание SiCa и Са<sub>мет</sub>
Содержание SiBa
Состав эвтектического флюса
AlCl<sub>3</sub>
Na<sub>3</sub>AlF<sub>6</sub>
Сумммарное содержание CaCo<sub>3</sub> и Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>
Сод-е CaO
Сод-е С
Сод-е барийстр.карб.
А
Б
1 прототип
100
-
-
-
-
-
-
-
2
20
-
50
-
-
-
30
-
3
30
-
-
50
-
-
20
-
4
30
-
50
-
-
-
20
-
5
45
-
-
45
-
-
10
-
6
27
3
50
-
-
-
20
-
7
15
30
45
-
-
-
10
-
8
45
-
40
-
-
-
15
-
9
20
-
60
-
-
-
20
-
10
45
-
-
40
-
-
15
-
11
32
5
45
-
3
-
15
-
12
35
-
-
40
-
10
15
-
13
33
-
50
-
-
-
15
2
14
25
10
-
40
-
-
10
15
15
70
-
25
-
-
-
5
-
-
16
75
-
5
-
-
20
-
-
17
30
-
-
40
-
10
15
5
-
-
18
16,7
-
50
-
-
-
30
-
3,3
-
19
13,5
30
-
45
-
-
10
-
1,5
-
20
28,7
5
30
-
3
-
30
-
3,3
-
21
23,5
10
-
40
-
-
10
15
1,5
-
22
18,5
-
50
-
-
-
30
-
-
1,5
23
24
-
-
50
-
-
20
-
-
6
24
24
3
47
-
-
-
20
-
-
6
25
21
3
-
47
3
-
20
-
-
6
26
26
-
40
-
-
3
20
5
-
6
27
27,5
3
45
-
5
-
10
5
1,5
3
28
85
-
-
12
-
-
3
-
-
29
85
-
10
-
-
-
3
2
-
Таблица 3
Влияние состава материала наполнителя порошковой проволоки на неметаллические включения механические свойства стали
№ п/п
Загрязненность включениями, балл
Доля глобулярных частиц, %
Относительное удлинение, %
Ударная вязкость KCV<sub>-60°С</sub>, кгс*м/см<sup>2</sup>
Примечание
Оксиды
Сульфиды
1 прототип
1,5
1,2
58
28
1,6
2
1,3
1,2
70
30
1,7
пироэффект
3
1,05
0,9
75
36
2,3
4
1,00
0,9
76
35
2,3
5
1,05
0,9
75
36
2,4
6
1,00
0,85
77
37
2,5
7
0,95
0,9
75
36
2,5
8
0,95
0,9
77
37
2,6
9
1,3
1,2
58
28
1,6
10
0,95
0,95
78
36
2,5
11
1,00
0,95
76
36
2,4
12
0,95
0,9
77
37
2,5
13
1,05
0,95
74
36
2,4
14
1,00
0,95
75
35
2,5
15
0,9
0,95
74
37
2,5
16
1,05
0,95
74
35
2,3
17
1,00
0,95
74
35
2,4
18
0,95
0,9
76
36
2,5
19
0,95
0,95
75
34
2,4
20
0.95
0,9
77
35
2,6
21
0,9
0,85
77
36
2,7
22
1,0
0,95
75
35
2,6
23
0,95
0,9
77
37
2,6
24
0,95
0,9
76
36
2,6
25
0,9
0,85
76
36
2,7
26
0,9
0,9
75
36
2,7
27
0,9
0,85
76
37
2,6
28
1,4
1,2
57
29
1,5
29
1,45
1,2
57
28
1,5