Проволока для внепечной обработки металлургических расплавов
WIRE FOR OUT-OF-FURNACE TREATMENT OF METALLURGICAL MELTS

Предлагаемое изобретение относится к черной металлургии, в частности к внепечной обработке металлургических расплавов порошкообразными реагентами. Настоящее изобретение найдет применение при производстве новой перспективной порошковой проволоки с наполнителем, включающим механическую смесь легкоплавкого азотсодержащего вещества, например карбамида, который предназначен для микролегирования стали в сочетании с железом в виде мелкоизмельченного материала.
Известна проволока для внепечной обработки металлургических расплавов по заявке на патент РФ №2002119122, кл. С21С 7/00, заявлено 2002.07.15, опубл. 2004.03.20, состоящая из стальной оболочки и порошкового наполнителя, содержащего кальций и железный порошок при следующем соотношении, мас. %: кальций 25-45, железный порошок 55-75.
Недостатком известного технического решения является то, что производство проволоки является опасным, поскольку мелкодисперсные фракции порошков металлов могут взрываться в состоянии аэровзвеси.
Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом), по мнению авторов, является порошковая проволока с наполнителем для модифицирования чугуна по патенту RU №2016076, кл. С21С 1/08, состоящая из стальной оболочки и наполнителя из механической смеси ферросиликобария, порошка графита и легкоплавкого азотсодержащего вещества, в частности гранулированного карбамида.
Недостатком известной порошковой проволоки является то, что при производстве стали ее применение весьма ограничено из-за наличия ферросиликобария и порошка графита, которые применяются для очень узкого марочного сортамента. Кроме того, наличие карбамида в сочетании с порошком графита при вводе в жидкую сталь способствует вспениванию поверхности расплава в ковше, что влечет за собой выбросы и потери металла.
Задача, на осуществление которой направлено техническое решение, - расширение функциональных возможностей применения порошковой проволоки. При этом достигается получение такого технического результата, как снижение себестоимости внепечной обработки стали при ее производстве и увеличение выхода годного металла (за счет снижения выбросов жидкого металла), а также повышение его прочностных свойств, а именно ударной вязкости.
Вышеуказанные недостатки исключаются тем, что в проволоке для внепечной обработки металлургических расплавов, состоящей из стальной оболочки и наполнителя из механической смеси карбамида и железного порошка, соотношение между составляющими проволоки установлено при следующем соотношении компонентов, мас. %:
карбамид
40÷50
железо
остальное
причем соотношение массы железного порошка к массе оболочки составляет (0,18÷0,23):1.
Сопоставительный анализ предложенного технического решения с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается от известного тем, что соотношение между составляющими проволоки установлено при следующем соотношении компонентов, мас. %:
карбамид
40÷50
железо
остальное
причем соотношение массы железного порошка к массе оболочки составляет (0,18÷0,23):1. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения «Новизна».
Так как предлагаемое изобретение может быть использовано в сталеплавильном производстве, а проведение испытаний опытного образца проволоки уже показали положительные результаты, следовательно, данное техническое решение соответствует критерию изобретения «Промышленная применимость».
Сравнительный анализ предложенного технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями, не позволил выявить существенные признаки, присущие заявленному решению. Отсюда следует, что заявленная совокупность существенных отличий позволяет обеспечить получение вышеуказанного технического результата, что, по мнению авторов, соответствует критерию изобретения «Изобретательский уровень».
Порошковая проволока состоит из стальной оболочки и наполнителя из механической смеси легкоплавкого азотсодержащего вещества - гранулированного карбамида и железа в виде мелкоизмельченного материала, например железного порошка, фракцией 2-3 мм. Соотношение между составляющими проволоки установлено при следующем соотношении компонентов, мас. %: карбамид гранулированный 40÷50, железо - остальное, причем соотношение массы железного порошка к массе оболочки составляет (0,18÷0,23):1.
Изготовление патентуемой порошковой проволоки с наполнителем осуществляют следующим образом.
Металлическую ленту профилируют в желобообразную оболочку. В один из бункеров загружают хорошо перемешанный заданный объем гранулированного карбамида, в другой бункер - металлический (ферритный) порошок. Дозированными порциями (расходом) из бункеров порошкообразный наполнитель подают в предварительно подготовленную желобообразную металлическую оболочку, заполняя последнюю. После чего с помощью роликовых клетей оболочку обжимают с заданным усилием и формируют замок. После обжатия замка готовая проволока сматывается в бухту и поставляется для внепечной обработки стали.
Известно, что при обработке расплава порошковой проволокой, содержащей органическое вещество - карбамид, возникает термическая диссоциация карбамида - разложение его на газы: водород, оксид углерода и атомарный азот. Образующиеся газы частично усваиваются расплавом, а частично выходят в газовую фазу над расплавом.
Выполнение соотношения наполнителя из карбамида между составляющими проволоки более 0,50 ведет к тому, что наличие таких восстановительных газов, как водород и оксид углерода, при их взаимодействии с кислородом атмосферы приводит к развитию так называемого «пироэффекта» - вспениванию поверхности расплава и выплескам жидкого металла. Обработка расплава порошковой проволокой с карбамидом обычно осуществляется на агрегате «печь-ковш» (АПК) и в результате развития «пироэффекта» свод АПК зачастую приваривается к верхней обечайке сталеразливочного ковша. Кроме того, приходится снижать массу жидкой стали в ковше, увеличивая высоту «свободного борта» ковша. Эти обстоятельства приводят к остановке работы агрегата, увеличениям простоев оборудования цеха и снижению его производительности, что не допустимо.
Выполнение соотношения наполнителя из карбамида между составляющими проволоки менее 0,40 ведет к значительному увеличению времени внепечной обработки плавки и захолаживанию металла, что нежелательно.
Ввод порошковой проволоки с карбамидом позволяет очень точно дозировать химические элементы (в данном случае азот) для образования необходимого количества нитридообразующей фазы.
Выполнение соотношений общего железа между составляющими проволоки менее 0,50, а массы мелкоизмельченного железного материала к массе оболочки менее 0,18:1 способствует значительному повышению интенсивности «пироэффекта», что нежелательно.
Выполнение соотношений общего железа между составляющими проволоки более 0,60, а массы мелкоизмельченного железного материала к массе оболочки более 0,23:1 ведет к увеличению времени на обработку плавки и понижению температуры обрабатываемого расплава, что не допустимо.
Пример
2
На участке порошковой проволоки ферросплавного цеха (ФСЦ) ПАО «НЛМК» были изготовлены две бухты порошковой проволоки диаметром 14,2 мм и длиной 2300 и 2400 м с наполнителем, включающим гранулированный карбамид и ферропорошок, фракцией 2-3 мм. Материал оболочки сталь 08Ю производства ПХПП ПАО «НЛМК», толщина 0,40 мм, ширина - 59,2 мм, временное сопротивление разрыву 26÷37 кгс/мм, относительное удлинение 28÷32%. Коэффициент заполнения порошковой проволоки составлял в среднем 39%. На участке внепечной обработки сталеплавильного цеха были проведены испытания предложенного технического решения. В жидкий металл, находящийся в стальковше, подавали корректирующие химический состав металла добавки, отбирали пробу на химический анализ и, при необходимости, подавали порошковую проволоку с наполнителем из карбамида и ферропорошком. После этого металл в ковше вновь перемешивали подачей аргона, отбирали пробу, замеряли температуру стали, содержание водорода и производили разливку.
Использование карбамида позволяло обеспечить не только микролегирование жидкой стали азотом, но также возможность и перемешивания расплава, поскольку карбамид при высокой температуре (температуре расплава) разлагается на газообразные составляющие, а образующиеся при этом пузырьки восстановительного газа, циркулируя внутри расплава, создавали эффект «самоперемешивания» жидкой стали, что способствовало повышению ее качественных характеристик. Вместе с этим снизилась и себестоимость производства жидкой стали: во-первых, путем увеличения выхода годного металла (за счет снижения выбросов жидкого металла), во-вторых, был использован дешевый присадочный азотсодержащий материал - карбамид, в-третьих, не требовалось оборудование для перемешивания расплава металла.
Основные технические параметры порошковой проволоки с комплексным наполнителем и показатели свойств готовой продукции представлены в таблице 1.
Использование предлагаемого технического решения обеспечивает возможность микролегирования жидкой стали. Как показали опытные испытания, например, для стали 35ГС использование упомянутой порошковой проволоки позволило снизить себестоимость производства металла в среднем на 1,8%. Вместе с этим, полученные показатели повышения его прочностных свойств, а особенно по ударной вязкости, превышают требования ГОСТ.
Отсюда можно сделать вывод, что задача, на решение которой направлено техническое решение - выполняется, при этом достигается получение вышеуказанного технического результата.