СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАЛЬЦИЙСОДЕРЖАЩЕЙ ПРОВОЛОКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ
METHOD TO PRODUCE CALCIUM-CONTAINING WIRE FOR TREATING METAL MELTS

Изобретение относится к металлургии, в частности к средствам ввода в металлургические расплавы реагентов для получения металла с улучшенными характеристиками, и может быть использовано для раскисления, десульфации и модификации стали.
Универсальным реагентом раскисления, десульфации и модификации стали является кальций. Последний вводится в ковш, тигель или разливочный желоб для непрерывного литья в виде гранул (порошка), заключенных в металлическую оболочку. Это позволяет регулировать количество вводимого реагента, а также обеспечивает его равномерное распределение по всей толщине слитка. Обычным способом изготовления проволоки, заполненной порошком, является процесс, в котором металлическая полоса формируется в U-образный канал, гранулы кальция вводятся в этот канал и канал закрывается в трубку. Края канала деформируются в замок, торцы трубок свариваются встык.
Однако наполнение металлической оболочки гранулами кальция не обеспечивает их плотную упаковку в оболочке проволоки. Содержание активного кальция ограничено степенью заполнения проволоки гранулами и заметно меньше единицы. Пространство, ограниченное соседними гранулами, заполнено воздухом. Наличие воздуха в проволоке при погружении ее в расплав увеличивает долю оксида кальция в составе проволоки за счет реакции кислорода воздуха с кальцием, что снижает усвояемость кальция металлическим расплавом. Это имеет место как при замковом сцеплении кромок металлической оболочки, так и при их сварке.
Кроме того, для изготовления гранул кальция необходима дополнительная технологическая операция для переработки в стружку, затем в гранулы слитка, полученного электролитическим или алюминотермическим способом.
Задачей предлагаемого решения является разработка кальцийсодержащей проволоки для обработки металлических расплавов, имеющей высокое содержание активного кальция и повышенный коэффициент ее заполнения, и способа ее получения.
Известна проволока для обработки металлических расплавов и способ ее получения (патент РФ №2467072, кл. C21C 7/00, опубл. 01.2006).
пр
пр
пр
Проволока для обработки металлических расплавов включает полую стальную оболочку и наполнитель. Наполнитель содержит механическую смесь железа и кальция. Кальций представлен в виде литых или дробленых гранул или стружки размером (0,01-0,4)d. Железо представлено в виде молотых металлизированных окатышей (0,1-0,7)d. Здесь d - диаметр проволоки.
Способ получения указанной проволоки включает подготовку по гранулометрическому и качественному составу компонентов наполнителя, смешивание их в смесителе, загрузку полученной смеси в питатель и наполнение с помощью последнего оболочки проволоки. Все операции способа проводят в воздушной атмосфере.
Недостатком известного решения является уменьшение содержания вводимого в металлический расплав активного кальция ввиду наличия железа в составе наполнителя.
Кроме того, имеет место снижение усвояемости кальция за счет наличия оксидной пленки на поверхности гранул и реакции взаимодействия кислорода воздуха с кальцием при погружении проволоки в расплав.
Известна также проволока для обработки металлических расплавов с наполнителем силикокальций с магнием и способ ее получения (патент РФ №2345146, кл. C21C 7/00, опубл. 01.2006).
Проволока для обработки металлических расплавов включает стальную оболочку и наполнитель. Наполнитель содержит механическую смесь молотого порошкообразного сплава СК30 (85-71 мас. %), гранулированного кальция (14,99-19,0 мас. %) и гранулированного магния (0,01-10,0 мас. %). Способ получения указанной проволоки включает формирование U-образной металлической оболочки, смешивание компонентов наполнителя, загрузку подготовленной смеси в бункер, дозированное заполнение механической смесью U-образной металлической оболочки и обжатие кромок оболочки с формированием замка. Все операции способа проводят в воздушной атмосфере.
Недостатком известного решения является низкий коэффициент заполнения порошковой проволоки 0,5-0,7. Следовательно, наполнитель содержит избыточное и нежелательное количество воздуха, которое в процессе рафинирования расплава является вредным для качества расплавленного металла.
Кроме того, возможно разрушение замкового соединения при погружении в металлический расплав и тогда кальций остается на поверхности расплава и не принимает участие в рафинировании металла.
Из известных решений наиболее близкими по технической сущности являются проволока для обработки металлических расплавов и способ ее получения, описанный в патенте РФ №2401868, кл. C21C 1/00, C21C 7/00, опубл. 01.2006 г.
Проволока для обработки металлических расплавов включает стальную оболочку и наполнитель в порошковой форме. Наполнитель содержит в основном порошок чистого кальция.
Способ получения указанной проволоки включает формирование U-образной металлической оболочки, заполнение U-образной металлической оболочки порошком, обжатие металлической оболочки с примыканием продольных краев оболочки друг к другу, сварку продольных краев оболочки для предотвращения проникновения кислорода внутрь оболочки, прокатку или волочение проволоки для уменьшения ее диаметра и повышения условной плотности порошкового наполнителя к плотности теоретического эквивалента твердого наполнителя более 95%.
Недостатком известного решения является использование наполнителя в порошковой форме (размеры частиц от 10 до 100 мкм), в случае металлического кальция это представляет известную пожароопасность. Кроме того, на развитой поверхности порошка адсорбируется большое количество воздуха, снижающего долю активного кальция при погружении проволоки в расплав.
Следует также отметить, что при сварке кромок существует опасность того, что тепло, выделяемое при сварке, будет вредно влиять на состав и свойства наполнителя, а также может привести к возгоранию порошка кальция. Другая проблема в случае порошкового наполнителя и электрической сварки состоит в том, что порошок имеет тенденцию завихряться существующими магнитными полями и осаждаться на контактных поверхностях краев оболочки, делает сварку непрочной.
Задачей предлагаемого решения является разработка кальцийсодержащей проволоки для обработки металлических расплавов, имеющей высокое содержание активного кальция и повышенный коэффициент ее заполнения, и способа ее получения.
Поставленная задача достигается тем, что в кальцийсодержащей проволоке для обработки металлических расплавов, состоящей из металлической оболочки и кальцийсодержащего наполнителя, согласно изобретению наполнитель представлен в виде чистого кальция в твердом монолитном состоянии. В способе для получения кальцийсодержащей проволоки для обработки металлических расплавов, включающем формирование U-образной металлической оболочки, заполнение U-образной металлической оболочки кальцийсодержащим наполнителем, обжатие металлической оболочки, согласно изобретению наполнение металлической оболочки осуществляют расплавом кальция при температуре 900-1000°C, обжатие кромок наполненной металлической оболочки осуществляют внахлест с последующим ее охлаждением, при этом формирование U-образной металлической оболочки, заполнение ее расплавом кальция, обжатие металлической оболочки и охлаждение ведут в инертной атмосфере аргона.
Кроме того, скорость подачи U-образной металлической оболочки соответствует скорости вытекания расплава кальция.
Сущность предлагаемого решения заключается в том, что способ получения проволоки для обработки металлических расплавов позволяет изготовить кальцийсодержащую проволоку с наполнителем, имеющим высокое содержание активного кальция и повышенный коэффициент заполнения. Это достигается за счет:
1) замены порошкового наполнителя кальциевым наполнителем в твердом монолитном состоянии. Монолитное состояние наполнителя обеспечивает его наименьшую реакционную способность за счет минимальной поверхности раздела "газ - твердое тело". Отсутствие в данном наполнителе кислорода воздуха исключает снижение активности кальция при погружении проволоки в металлический расплав. Заполнение профиля проволоки расплавом кальция обеспечивается практически на 100%;
2) использования на стадиях способа инертной атмосферы, предохраняющей наполнитель от окисления и возгорания при температуре 900-1000°C;
3) осуществления обжатия продольных кромок U-образной металлической оболочки внахлест. Соединение внахлест позволяет обойтись без небезопасной сварки краев или технически сложного замкового соединения ввиду незначительной реакционной способности охлажденного монолитного наполнителя.
Для пояснения изобретения приводится базисный принцип выполнения способа для получения кальцийсодержащей проволоки для обработки металлических расплавов.
Металлическая оболочка формируется в U-образную форму и непрерывно подается для заполнения расплавом кальция. Плавящийся в тигле, например, графитовом кальций через отверстие вытекает в U-образный канал оболочки. Скорость перемещения U-образной металлической оболочки соответствует скорости вытекания расплава кальция и определяется диаметром оболочки после формирования трубки, площадью отверстия, через которое происходит истечение расплава кальция, и высотой уровня этого расплава в тигле. Для заполнения оболочки расплав кальция должен обладать достаточной жидкотекучестью, с одной стороны, и быть достаточно вязким, с другой стороны, так как в системе Fe-Ca практически отсутствует взаимная растворимость. Эти требования могут быть реализованы в температурном диапазоне расплава 900-1000°C. Заполняют профиль расплавом на уровне 2/3…3/4 от диаметра профиля. После заполнения оболочки расплавом кальция производят формирование трубчатой оболочки заданного диаметра d, обжимая продольные кромки U-образного профиля внахлест, затем проволоку охлаждают и извлекают на воздух для дальнейшего использования. Все стадии способа (формирование оболочки, наполнение ее расплавом кальция, обжатие кромок наполненной металлической оболочки, охлаждение) проводят в атмосфере аргона.
Предложенные кальцийсодержащая проволока для обработки металлических расплавов и способ ее получения по сравнению с известными позволяет изготовить кальцийсодержащую проволоку с наполнителем, имеющим высокое содержание активного кальция и повышенный коэффициент заполнения, а следовательно, снизить расход проволоки, необходимой для обработки заданного количества металла.