RU2487174C2 - Method to process iron-carbon melt and material for its realisation - Google Patents
Method to process iron-carbon melt and material for its realisation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2487174C2 RU2487174C2 RU2011104256/02A RU2011104256A RU2487174C2 RU 2487174 C2 RU2487174 C2 RU 2487174C2 RU 2011104256/02 A RU2011104256/02 A RU 2011104256/02A RU 2011104256 A RU2011104256 A RU 2011104256A RU 2487174 C2 RU2487174 C2 RU 2487174C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- amount
- melt
- carbonates
- material according
- calcium
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 116
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N methylidyneiron Chemical compound [C].[Fe] QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 22
- 230000008569 process Effects 0.000 title description 9
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 52
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims abstract description 45
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 44
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 44
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 41
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 41
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 claims abstract description 30
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 27
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 238000005187 foaming Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 27
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 14
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims description 13
- NEDFZELJKGZAQF-UHFFFAOYSA-J strontium;barium(2+);dicarbonate Chemical compound [Sr+2].[Ba+2].[O-]C([O-])=O.[O-]C([O-])=O NEDFZELJKGZAQF-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 11
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 10
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 5
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 4
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910000882 Ca alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- -1 alkaline-earth metal carbonates Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001508 alkali metal halide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001615 alkaline earth metal halide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 22
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 22
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 19
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 18
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 12
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 11
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 9
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 9
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 8
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 8
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000289 melt material Substances 0.000 description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 7
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 7
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 6
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 6
- 230000000051 modifying effect Effects 0.000 description 6
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 4
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 3
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 3
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 3
- 239000000161 steel melt Substances 0.000 description 3
- 239000004484 Briquette Substances 0.000 description 2
- 229910004706 CaSi2 Inorganic materials 0.000 description 2
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000519 Ferrosilicon Inorganic materials 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 2
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000010436 fluorite Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 2
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000952 Be alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- XMVAAAZAGOWVON-UHFFFAOYSA-N aluminum barium Chemical compound [Al].[Ba] XMVAAAZAGOWVON-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000006023 eutectic alloy Substances 0.000 description 1
- 239000000374 eutectic mixture Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N sulfur monoxide Chemical class S=O XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
- Nonmetallic Welding Materials (AREA)
- Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к внепечной обработке железоуглеродистых расплавов.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to out-of-furnace treatment of iron-carbon melts.
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.There are a significant number of scientific works and monographs on the features of the crystallization processes of modified metals, as well as an analysis of the proposed compositions of the materials used to process the iron-carbon melt. There are also various methods of introducing materials into the melt (in the form of briquettes, blowing powders, return to the stream, etc.), but the most modern and technologically advanced is the method of introducing the material in the form of a filler of flux-cored wire fed into the ladle with a tribamer. At the same time, the pyroeffect and dust emission are significantly reduced, the material consumption is reduced, their absorption by the melt and the processing efficiency are significantly increased. However, most of the known materials for processing iron-carbon melt, including those that are fillers of cored wire, have common disadvantages.
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.Firstly, it is their low survivability. So, the alkaline earth metals (hereinafter referred to as alkaline earth metals) that are part of the material are characterized by high vapor pressure, low boiling points and, being practically insoluble in the iron melt, they very quickly evaporate and evaporate from the melt, only partially refining and modifying it. At subsequent technological stages - during cooling of the melt and, especially, during its crystallization, when the state of aggregation changes, the refining components of the material are practically absent and new inclusions and segregation are distinguished in the metal. They pollute the boundaries of the formed grains and enhance the segregation manifestations in the metal.
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.Another disadvantage of the known materials for processing iron-carbon melt is associated with the underdevelopment of their reaction surfaces in the interaction with liquid metal. The sorption capacity of the material, the intensity of the processes of nucleation and binding of phases and inclusions are catalyzed by the “slag-metal”, “gas bubble (alkali-metal vapor) – metal” interfaces and depends on the size of the interface, as well as the surface tension energy of the boundaries.
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.In traditional, well-known modifiers, when the bubbles of vapor generated in the melt come into contact with the metal only by their surface layers, their refining efficiency is insufficient. Approximately, only 5-10% of the input active substance of the material carries out its refining functions. The main part in the form of unreacted gas (steam) is removed from the metal. Thus, it is necessary to increase the efficiency and duration of the refining and modifying action of the material for processing the iron-carbon melt. Certain actions in this direction are being taken.
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.As a material for processing an iron-carbon melt, one can indicate, for example, material known according to the patent of the Russian Federation No. 2023044 (class C22C 35/00, application. September 10, 1992, publ. November 15, 1994, “Briquette for deoxidation and modification of steel and cast iron” ) The briquette material includes a barium-containing material (as a barium-containing material it contains Witeritstrontianite concentrate calcined at 1200-1250 K), aluminum powder, fluorspar and 65% ferrosilicon powder in the following ratio, wt.%: Firing product of Witeritstrontianite concentrate 53- 55, aluminum powder 7-12, powder 65% ferrosilicon 29-32, fluorspar 2-3 and binders (low-melting oxides, etc.) 2-4.
К числу недостатков этого материала относятся:The disadvantages of this material include:
- необходимость проведения предварительного длительного высокотемпературного (при 1250К) отжига концентрата;- the need for preliminary long-term high-temperature (at 1250K) annealing of the concentrate;
- наличие в концентрате после отжига нежелательных примесных соединений -Al2O3, SiO2 и сульфидов;- the presence in the concentrate after annealing of undesirable impurity compounds -Al 2 O 3 , SiO 2 and sulfides;
- низкая эффективность подобного материала при промышленном использовании, связанная с его применением в виде брикетов, легко окисляемых и сгорающих преимущественно в шлак.- low efficiency of such a material in industrial use, associated with its use in the form of briquettes, easily oxidized and burn mainly in slag.
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.%:Also known is a material for treating an iron-carbon melt (see RF patent No. 2216603, class C22C 35/00, application form 17.04.2001, publ. November 20, 2003, “Modifier for steel”), in which a material containing, by weight .%:
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.a powder of ligatures with rare-earth metals (hereinafter REM) 10-40, a powder of ligatures with SHZM 50-80 and a powder of calcium fluoride and / or cryolite 5-10. The particle size of these components: 0.1-1.5 mm; 0.1-3 mm and 0.01-0.1 mm, respectively.
К недостаткам материала относятся:The disadvantages of the material include:
- высокое содержание РЗМ, повышающее стоимость модификатора;- high REM content, increasing the cost of the modifier;
- медленное всплывание в расплаве достаточно тяжелых (4-6 г/см2) включений с РЗМ и загрязнение ими структуры стали;- slow surfacing in the melt of fairly heavy (4-6 g / cm 2 ) inclusions with rare-earth metals and their contamination of the steel structure;
- опасность развития цериевой неоднородности;- the danger of developing cerium heterogeneity;
- низкая эффективность использования компонентов модификатора из-за неразвитой межфазной поверхности «модификатор-расплав».- low efficiency of the use of components of the modifier due to the undeveloped interfacial surface "modifier-melt".
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»).The closest in technical essence, the achieved result and selected as a prototype for the material used to implement the method, is a composition that serves as a filler cored wire containing calcium and silicon. The amount of calcium in the filler is 36-56 wt.%, The ratio between calcium and silicon is in the range (0.6-1.3) :, and the ratio between the calcium content in the filler and the content of the filler in the wire is 0.7-1, 2. In this case, the calcium in the filler is in the form of an alloy with silicon or partially in the metal phase (in the amount of 10-50%), and the ratio between the filler and the steel shell is established as follows, wt.%: 45-61 and 39-55, respectively (see RF patent No. 2234541, according to class C21C 7/00, filed May 23, 2003, published August 20, 2004, “Wire for out-of-furnace treatment of metallurgical melts”).
Недостатком указанного материала является низкая эффективность взаимодействия расплава с кальцием, поскольку последний, находясь в виде фазы CaSi2 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.The disadvantage of this material is the low efficiency of the interaction of the melt with calcium, since the latter, being in the form of a CaSi 2 phase or calcium metal, has low boiling points (1487 ° С) and melting points (980 ° С), and therefore, high vapor pressure of calcium at temperatures processing of steel melts. As a result, calcium in the composition of such a filler is subject to great waste, has a fairly short temperature-time interval in the melt. In addition, the small total reaction surface of the gas bubble-metal interface does not provide intensive refining and modification.
При разработке состава материала для обработки железоуглеродистого расплава ставилась задача - повышение качества стали при снижении расхода материала на рафинирующую и модифицирующую обработку железоуглеродистого расплава.When developing the composition of the material for treating iron-carbon melt, the task was to increase the quality of steel while reducing the consumption of material for refining and modifying the processing of iron-carbon melt.
Техническим результатом, получаемым при осуществлении данного изобретения, является расширение температурно-временного интервала взаимодействия материала с расплавом, а также повышение эффективности взаимодействия расплава с материалом.The technical result obtained by the implementation of this invention is to expand the temperature-time interval of the interaction of the material with the melt, as well as increasing the efficiency of the interaction of the melt with the material.
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.%:This problem is solved due to the fact that the material for processing the iron-carbon melt, including a calcium-containing substance in the form of a mixture of calcium in the metal phase and an alloy of calcium with silicon, according to the invention, additionally contains a low-melting flux of alkali and / or alkaline earth metal halides, alkali and / or carbonates or alkaline earth metals, in the following ratio of components, wt.%:
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 AlCl3 и/или Na3AlF6 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.In this case, the calcium-containing substance in the form of an alloy of calcium with silicon and / or calcium in the metal phase within its content in the material can be partially replaced by silicobarium and / or aluminum barium in the amount of 3-30 wt.%; the composition of the fusible flux within its content in the material may additionally include AlCl 3 and / or Na 3 AlF 6 in the amount of 3-10 wt.%; and carbonates within their content in the material can be partially replaced by calcium oxide in an amount of 2-15 wt.% and / or a concentrate of barium strontium carbonate in an amount of 5-30 wt.% of the amount of carbonates. In addition, the material for processing the iron-carbon melt may additionally contain carbon in an amount of 0.25-0.35 fractions of the proportion of carbon dioxide in carbonates.
Материал для обработки железоуглеродистого состава может быть использован как наполнитель порошковой проволоки, а легкоплавкий флюс может являться флюсом эвтектического состава.The material for processing the iron-carbon composition can be used as a filler of cored wire, and the low-melting flux can be a flux of eutectic composition.
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.There is a method of treating an iron-carbon melt by blowing through an inert gas melt (see p. RF No. 214564, class C21C 7/00, application form. 08.20.1998, publ. 02.20.2000 "Method of out-of-furnace steel processing"). The method includes guidance of highly basic slag, deoxidation of steel with aluminum, purging of the melt with argon, metal treatment with calcium-containing materials in the form of a flux-cored wire. In this case, the input of the wire is carried out in 2 stages. The amount of introduced calcium-containing materials in terms of the calcium absorbed by the metal is set at the first stage depending on the amount of sulfur removed from the metal, and at the second, depending on the content of residual aluminum. As calcium-containing material, it is possible to use silicocalcium.
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.The disadvantages of this analogue are the low efficiency of the use of the modifier, due to its consumption for desulfurization, and the associated high cost of modification, as well as the use of a modifier having low “survivability” in the iron melt, argon purge facilitates the removal of which from the melt.
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.The closest in technical essence, the achieved result and selected as a prototype is a method of processing an iron-carbon melt by introducing into the melt material for its processing, forming discrete gas bubbles in the melt (see cl. RF No. 2234541, according to class C21C 7/00, Declared May 23, 2003, published August 20, 2004, “Wire for out-of-furnace treatment of metallurgical melts”). The method includes introducing into the melt the material for processing it in the form of a flux-cored wire containing calcium and silicon. In the filler of cored wire, the amount of calcium is 36-56 wt.%, The ratio between calcium and silicon is in the range (0.6-1.3): 1, and the ratio between the content of calcium in the filler and the content of the filler in the wire is 0.7 -1.2. In this case, the calcium in the filler is in the form of an alloy with silicon or partially in the metal phase (in the amount of 10-50%), and the ratio between the filler and the steel shell is established as follows, wt.%: 45-61 and 39-55, respectively.
Недостатком указанного способа является низкая эффективность взаимодействия расплава с кальцием, поскольку последний, находясь в виде фазы CaSi2 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.The disadvantage of this method is the low efficiency of the interaction of the melt with calcium, since the latter, being in the form of a CaSi 2 phase or calcium metal, has low boiling points (1487 ° С) and melting points (980 ° С), and therefore, high vapor pressure of calcium at temperatures processing of steel melts. As a result, calcium in the composition of such a filler is subject to great waste. He, forming separate discrete bubbles, quickly floats to the surface of the melt, having a fairly short temperature-time interval of being in the melt. In addition, the small total reaction surface of the gas bubble-metal interface does not provide intensive refining and modification.
При разработке способа обработки железоуглеродистого расплава ставилась задача - повышение качества стали при снижении расхода материала на рафинирующую и модифицирующую обработку железоуглеродистого расплава.When developing a method for processing iron-carbon melt, the task was to improve the quality of steel while reducing the consumption of material for refining and modifying processing of iron-carbon melt.
Техническим результатом, получаемым при осуществлении данного изобретения, является увеличение температурно-временного интервала взаимодействия материала с расплавом, а также повышение эффективности взаимодействия расплава с материалом.The technical result obtained by the implementation of this invention is to increase the temperature-time interval of the interaction of the material with the melt, as well as increasing the efficiency of the interaction of the melt with the material.
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.The problem is solved due to the fact that in the known method for processing an iron-carbon melt by introducing material into the melt for processing it, according to the invention, the melt is processed by foaming the material of claims 1-19 within the melt volume.
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 нсм3/г материала.The foaming of the material according to claims 1 to 19 of the claims within the melt volume can be carried out by carbon dioxide, which is formed during the decomposition of the material introduced into the melt in the volume of 8-40 ncm 3 / g of material.
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.Studies conducted on the sources of patent and scientific and technical information have shown that the claimed method and material are unknown and do not follow explicitly from the studied prior art, i.e. meet the criteria of novelty and inventive step.
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.The inventive material can be obtained, and the inventive method and material can be used at any enterprise specializing in this industry, because this requires well-known components and standard equipment, i.e. they are industrially applicable.
Теоретическое обоснование заявляемого решения базируется на гранично-катализационных процессах рафинирующей обработки и заключается в следующем:The theoretical justification of the proposed solution is based on the boundary-catalytic refining processes and is as follows:
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.1. The development of thermally activated processes of nucleation, development and transformation of phases proceeds the easier, the more developed is the “melt-melt” interface and the lower is the surface tension of their boundaries. Surface active elements, primarily alkaline earth and alkali metals, are practically insoluble in iron melts, but they segregate and enrich the boundaries, reducing their energy. Therefore, both the release rate and the ability to adsorb increase in proportion to the increase in the length of the boundaries. In this case, the “melt - gas-flux-bubble interface” interface. The phases, precipitates, and impurities that arise and adhere to such boundaries are ultimately carried out by the flotation mechanism with bubbles to the surfaces and are assimilated in the slag. Such a bubble-foamed structure of an emulsified dispersion system leads to maximum effective deoxidation, refining and modification of non-metallic inclusions. In contrast, the flotation effect of bubbles blown through the melt of an inert gas occurs discretely and therefore the above processes proceed less efficiently.
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.2. The efficiency of foaming of the filler material mainly occurs at the exit of the molten modifier from the reaction space of the cored wire sheath into the steel-ladle metal. Those. when a flux-cored wire is introduced into the metal even before the steel sheath melts, the filler located in the lower part of the steel ladle should be mainly liquid. However, not all its constituent components have sufficiently low melting points. So, silicocalcium, fluorides melt at temperatures exceeding 1000-1100 ° C. Therefore, the presence of components that melt at sufficiently low temperatures, and they can be alloys of at least two halides, with a ratio of their concentrations close to eutectic, is required. As an example, Table 1 shows the melting points of a number of alkaline and alkaline-earth halides and their concentration at eutectic compositions. These data illustrate the possibility of a significant (by hundreds of degrees Celsius) decrease in the melting temperature of mixtures at their contents close to eutectic ratios.
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.It has been established that in such a melt high-temperature compounds capable of dissolving in the substitution, exchange, etc. reaction with the ingredients of the melt are capable of dissolving. Thus, higher-temperature components capable of dissolution pass into the low-temperature melt. Moreover, as a result of chemical interactions of various types, complex compounds can change valency and recover to metal, salt fluxes become more inhomogeneous, viscous and boil in a sufficiently wide temperature range, extend the temperature-time interval of interaction with the melt, participating in active refining of the melt up to temperatures its crystallization.
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.Due to their high adhesion properties, such fluxes easily foam, in particular, at excess pressure of carbon dioxide formed during the dissociation of carbonates of alkali and alkaline earth metals, in particular calcium and sodium. In the case of such a mixed composition of carbonates, the dissociation of carbonates begins at a low temperature of 800-1100 ° C, and thus bubble bubbling is ensured.
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.It should be emphasized that the flux foamed due to the decomposition of the carbonates included in the proposed material is fundamentally different in the degree of dispersion of the phases and in the porosity of the same material, if it is purged using the traditional inert gas technology (argon). In addition, the foam has a different structure and an order of magnitude higher viscosity. It was experimentally established that the metal-salt foam from the melt has a porosity of about 90% with a high dispersion of pores (bubble diameter of 1-10 mm), which cannot be obtained by blowing with an inert gas when separate discrete bubbles float.
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.Obviously, the pressure in the foam bubble should be relatively stable, which is regulated by the amount of carbonates introduced into the filler. Moreover, it should exceed the sum of atmospheric and hydrostatic pressures of the metal in the bucket.
При наличии в составе материала 5-20 мас.% карбонатов образуется углекислый газ в количестве 8-40 нсм3/г введенного материала, что обеспечивает его хорошее вспенивание. При меньшем содержании вспенивание недостаточно, при большем - могут иметь место выплески металла из ковша.If the material contains 5-20 wt.% Carbonates, carbon dioxide is formed in the amount of 8-40 ncm 3 / g of the introduced material, which ensures its good foaming. At a lower content, foaming is not enough; at a higher content, splashes of metal from the bucket may occur.
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.The foaming intensity can be further changed by additionally introducing carbon in the composition of the material in an amount of 0.25-0.35 fractions of the proportion of carbon dioxide in carbonates. In this case, the decomposition of carbonates leads to the formation of carbon monoxide — CO, an active reducing agent, and a foaming gas.
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.3. The choice of constituent components of the material used, in particular, as a filler of cored wire, is due to the following. Like alkaline earth metals 2A, subgroups of the periodic system, alkali metals (sodium, potassium, etc.) are extremely active and react with most harmful impurities of steel: sulfur, phosphorus, non-ferrous, gases (oxygen, nitrogen, hydrogen, carbon monoxide, etc.). e.) with the formation of simple and complex compounds, salts, etc., including in the form of liquid inclusions and volatile compounds. They are characterized by: high refining ability, low specific gravity, low melting and boiling points.
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.Alkali metals and their salts are not yet actively used in ferrous metallurgy, in contrast to non-ferrous and rare metals metallurgy. The reason for this is their extreme activity, pyrophoricity of reactions occurring at temperatures of their introduction into the iron-carbon melt, as well as their insolubility in iron. The use of alkali metals in the form of metal powders is unsafe, not technologically advanced and difficult to implement.
Предлагается их применять в виде флюсов - сплавов галоидных солей щелочных и щелочноземельных металлов, а также карбонатов, например натрия и кальция. Последнее дает ряд преимуществ:It is proposed to use them in the form of fluxes - alloys of halides of alkali and alkaline earth metals, as well as carbonates, such as sodium and calcium. The latter provides several advantages:
- при соотношениях галогенидов, близких к эвтектическому составу, флюсы плавятся непосредственно в стальной оболочке - при прогреве порошковой проволоки в процессе введения материала в сталь-ковш;- at ratios of halides close to the eutectic composition, fluxes melt directly in the steel shell - when the flux-cored wire is heated during the introduction of the material into the steel ladle;
- флюсы характеризуются высокой смачиваемостью и разрушают пленочные образования на поверхности реагентов, улучшают контакт между ними и интенсифицируют диффузионные процессы;- fluxes are characterized by high wettability and destroy film formations on the surface of reagents, improve contact between them and intensify diffusion processes;
- 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;- fluxes dissolve high-temperature fluoride compounds to obtain a salt composition capable of foaming under the influence of excessive gas pressure (carbon oxides, halide vapor). In this case, the adhesive properties of the melts are achieved, sufficient, on the one hand, to obtain and stabilize a refining gas-bubble structure, and, on the other hand, for the extraction of impurities and non-metallic inclusions from the molten liquid into the foam mass, followed by their removal into slag;
- 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.- fluxes melt as eutectic mixtures, but evaporate and dissociate not azeotropically. Therefore, chlorine and / or fluorine ions formed at intermediate stages of salt decomposition over a wide range of the existence of an emulsified foam modifier destroy the films of oxides, oxysulfides, etc., formed on the surface of the bubbles, and, thereby, catalyze the processes of melt refining and slag inclusions.
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.In quantitative terms, the lower limit of the content of the low-temperature component of the flux is determined by the sufficiency for a) foaming the refining composition and b) the solubility of the high-temperature metal-flux component. It was experimentally established that the minimum volume of the eutectic alloy should be at least 5 wt.% Of the total content of the filler material. Otherwise, the liquefaction of the material occurs slowly and the state of complete dispersion is not reached. The upper limit of 50 wt.% Low temperature fluxes provides sufficient fluidity, but limits the content of other components, in particular carbonates, necessary for foaming the material in the melt.
При регламентированных количествах составляющих достигается:With regulated amounts of components is achieved:
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»:1. A sufficient duration of the process of interaction with the metal — the “survivability” of the modifier increases — the thermal dissociation of flux-forming ingredients occurs in an extended time interval. This, obviously, is the result of capillary thermoconcentration instability of real flux melts, manifested, in particular, in the detectable duration of the evaporation-boiling periods:
для CaCl2: 1200-1600°С, для CaF2: 1580-2500°С.for CaCl 2 : 1200-1600 ° С, for CaF 2 : 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. The appearance of vapor-gas protection of the melt from saturation with gases from the atmosphere. We emphasize that halides are characterized by the highest propensity to bind hydrogen with the formation of compounds (such as HF, HCl, etc.), insoluble in the molten iron. Practice has shown that the presence of dissociating flux salts in the slag provides effective protection against gas saturation of the metal, preventing the penetration of oxygen, nitrogen, and hydrogen through the main slag layer in the ladle.
3. Защита границ зерен при обогащении их кальцием (продуктом распада CaCl2) 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. Protection of grain boundaries during their enrichment with calcium (the decay product of CaCl 2 ) from the embrittling effect of horophobic precipitates and film phases - displacing them from the boundaries. To achieve this effect, the flux content in the material should be 5-50 wt.%. The lower limit is associated with the sufficiency of segregation enrichment of the boundaries with calcium, the upper limit is the need to introduce calcium or silicocalcium into the material.
Экспериментально установлено, что в состав материала без снижения его эффективности, наряду с легкоплавким флюсом, могут входить и другие галоидные соли, в частности, хлорид алюминия (AlCl3) и/или криолит (Na3AlF6) в количестве 3-10 мас.%.It was experimentally established that, without decreasing its efficiency, the material composition may include, along with low-melting flux, other halide salts, in particular aluminum chloride (AlCl 3 ) and / or cryolite (Na 3 AlF 6 ) in an amount of 3-10 wt. %
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.The additional introduction of calcium oxide in an amount of 2-15 wt.% In the composition of the material can enhance its refining properties. At high contents, the proportion of other components in the material decreases and the quality of the finished metal decreases.
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.An additional introduction of barium strontium carbonate into the composition of the material makes it possible to simultaneously have substances in the composition of the material that expand the temperature-time interval of its interaction with the melt and provide foaming of the introduced material. It has been established that the effect of its introduction on the quality of the material is noticeable starting from 5 wt.%, And when the content is more than 30 wt.%, The proportion of other components in the material decreases and the plastic and impact properties of the finished metal decrease.
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.The introduction of ferrosilicobarium and / or alumina in the composition of the material is due to the following circumstances. Calcium and barium form among themselves an unlimited solid solution, the melting / boiling points of calcium and barium are 848/1487 ° C and 725/1637 ° C, respectively. Barium practically does not boil in steel and, therefore, being in the melt for a longer time, barium in combination with calcium has a stronger refining and modifying effect, interacting with gases and impurities dissolved in the metal. The effect of the presence of barium in the composition of the material is positively manifested, starting with a content of ferrosilicobarium and / or alumobarium of 3 wt.%. An increase in the amount of data in the material, comprising more than 30 wt.%, Reduces the proportion of calcium, which negatively affects the spillability of the metal.
Пример осуществления способа.An example implementation of the method.
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;The claimed material was used during out-of-furnace processing under industrial conditions of steel melts of the St20 grade, having the composition, wt.%: 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;
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% CaCl2 (состав А) или 80% CaCl2 и 20% CaF2 (состав Б), АlСl3, Na3AlF6, СаСО3, Na2СО3, барийстронциевый карбонат, СаО и углерод (см. таблицу 2). Данные смеси дробили до фракции менее 2 мм и закатывали в порошковую проволоку диаметром 14 мм.0.02Al; Fe is the rest. Material for steel refinement and modification was prepared by mixing in various proportions the following ingredients: 30% silicocalcium, metallic calcium, 22% silicobarium, fused flux containing 25% NaCl and 75% CaCl 2 (composition A) or 80% CaCl 2 and 20% CaF 2 (composition B), AlCl 3 , Na 3 AlF 6 , CaCO 3 , Na 2 CO 3 , barium strontium carbonate, CaO and carbon (see table 2). These mixtures were crushed to a fraction of less than 2 mm and rolled into a flux-cored wire with a diameter of 14 mm.
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.When processing the melt according to the prototype, 30% silicocalcium was used, which also, after crushing to a fraction of 0-2 mm, was rolled into a flux-cored wire with a diameter of 14 mm.
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.Each ladle of steel using a tribamer was treated with cored wire, which had a certain composition of the filler - table 2. The filler consumption in the case of the claimed compositions of the material was 0.8 kg / t of steel, and with the composition of the prototype 1 kg / t of steel.
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).After treating the melt with flux-cored wire, steel was poured onto a high-grade continuous casting machine on a square of 100X100 mm, then rolled onto a 10 mm circle, in which contamination with nonmetallic inclusions, the proportion of globular HB, the elongation and impact strength of the metal were evaluated (see table 3).
Приведенные в таблицах 2 и 3 результаты свидетельствуют:The results shown in tables 2 and 3 indicate:
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/см2) - вар.1.1. The processing of the melt material, according to the prototype, leads to the production of a metal characterized by high pollution by oxides (1.5 points) and sulfides (1.2 points), a low proportion of globular particles (58%), a small elongation (28%) and low impact strength (1.6 kgf * m / cm 2 ) - var. 1.
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/см2) - вар.3-5, 8, 10,15,16.2. The processing of the melt with a material with a composition according to claim 1 of the claims of the invention leads to a decrease in the content of oxides (not more than 1.05 points) and sulfides (less than 1 point), increases the fraction of globules (more than 70%), relative elongation ( not less than 35%) and impact strength (more than 2.2 kgf * m / cm 2 ) - var. 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, 29.3. The processing of the melt by a material having a composition different from claim 1 of the claims of the claimed invention reduces the purity of the metal by inclusions, the fraction of globules, elongation and toughness - var. 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 7.4. The processing of the melt material, with the composition, according to claim 2 of the claims of the claimed invention, also leads to the production of metal of improved quality, compared with the use of the material of the prototype var. 6 and 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, 12.5. The processing of the melt material, with the composition, according to claim 3 of the claims of the claimed invention, similarly leads to the production of metal of improved quality, compared with the use of the material of the prototype - var. 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, 17.6. The processing of the melt material, with the composition, according to PP.4-5 of the claims of the claimed invention, also leads to the production of metal of improved quality, compared with the use of the material of the prototype - var.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.18-21.7. The processing of the melt material, with the composition, according to PP.6-9 of the claims of the claimed invention, similarly leads to the production of metal of improved quality, compared with the use of the material of the prototype - var. 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.22-27.8. The processing of the melt material, with the composition, according to PP.10-17 of the claims of the claimed invention, also leads to the production of metal of improved quality, compared with the use of the material of the prototype - var.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.Thus, the presented results indicate that the processing of the melt by the claimed method using the inventive material leads to an increase in the temperature-time interval of the interaction of the material with the melt, as well as an increase in the efficiency of the interaction of the melt with the material. This provides an increase in the quality of steel while reducing the consumption of material for refining and modifying the treatment of iron-carbon melt.
Claims (21)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011104256/02A RU2487174C2 (en) | 2011-02-07 | 2011-02-07 | Method to process iron-carbon melt and material for its realisation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011104256/02A RU2487174C2 (en) | 2011-02-07 | 2011-02-07 | Method to process iron-carbon melt and material for its realisation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011104256A RU2011104256A (en) | 2012-08-20 |
| RU2487174C2 true RU2487174C2 (en) | 2013-07-10 |
Family
ID=46936065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011104256/02A RU2487174C2 (en) | 2011-02-07 | 2011-02-07 | Method to process iron-carbon melt and material for its realisation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2487174C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0044183A1 (en) * | 1980-07-09 | 1982-01-20 | Foseco International Limited | Metallurgical treatment agents |
| US4671820A (en) * | 1972-06-30 | 1987-06-09 | Tohei Ototani | Composite calcium clads for deoxidation and desulfurization from molten steels |
| RU2145639C1 (en) * | 1998-08-20 | 2000-02-20 | Белорусский Металлургический Завод | Method of ladle treatment of high-carbon steel |
| RU2234541C1 (en) * | 2003-05-23 | 2004-08-20 | ОАО "Завод "Универсальное оборудование" | Wire for beyond-surface processing of metallurgical melts |
-
2011
- 2011-02-07 RU RU2011104256/02A patent/RU2487174C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4671820A (en) * | 1972-06-30 | 1987-06-09 | Tohei Ototani | Composite calcium clads for deoxidation and desulfurization from molten steels |
| EP0044183A1 (en) * | 1980-07-09 | 1982-01-20 | Foseco International Limited | Metallurgical treatment agents |
| RU2145639C1 (en) * | 1998-08-20 | 2000-02-20 | Белорусский Металлургический Завод | Method of ladle treatment of high-carbon steel |
| RU2234541C1 (en) * | 2003-05-23 | 2004-08-20 | ОАО "Завод "Универсальное оборудование" | Wire for beyond-surface processing of metallurgical melts |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011104256A (en) | 2012-08-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1110455A (en) | Desulphurisation of metals | |
| CN104328299A (en) | Flux for aluminum and aluminum alloy melt refining and preparation method of flux | |
| US5405427A (en) | Salt flux for addition to molten metal adapted for removing constituents therefrom and methods of using | |
| CA2286221C (en) | Desulfurizing mix and method for desulfurizing molten iron | |
| WO1998045484A9 (en) | Desulfurizing mix and method for desulfurizing molten iron | |
| JPH07268431A (en) | Hot metal dephosphorization agent for blowing | |
| CN105316513B (en) | A kind of aluminium alloy sodium-free refining agent of the erbium of yttrium containing cerium | |
| US4959101A (en) | Process for degassing aluminum melts with sulfur hexafluoride | |
| US20120017726A1 (en) | Use of a tertiary salt flux of nacl, kci and mgcl2 for the purification of aluminium or aluminium alloys, and method thereof | |
| JP2001355013A (en) | Magnesium desulfurizing agent | |
| RU2487174C2 (en) | Method to process iron-carbon melt and material for its realisation | |
| RU2375462C2 (en) | Wire for out-of-furnace treatment of metallurgical melts | |
| CN1163621C (en) | Aluminium alloy covering slag-cleaning agent | |
| JP5707668B2 (en) | Hot copper decoppering method | |
| TR2021014303A2 (en) | Flux Composition for Copper Based Alloys | |
| JP4453532B2 (en) | Hot metal desulfurization method | |
| JP2003253315A (en) | Desulfurization method of hot metal by mechanical stirring | |
| CN115612870B (en) | Mg remover and aluminum alloy manufacturing method | |
| JP2006291254A (en) | Non-sodium-based flux and method for treating molten aluminum alloy using the same | |
| Lofstrom | Solid Salt Fluxing of Molten Aluminum | |
| JPS645085B2 (en) | ||
| JP3428115B2 (en) | Flux for refining Al or Al alloy melt | |
| JP3508550B2 (en) | Hot metal desulfurization method | |
| RU2304623C1 (en) | Method of production of the manganese alloyed steel | |
| US20050056120A1 (en) | Desulphurization of ferrous materials using sodium silicate |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130208 |