CN1010324B - 金属管壳状复合村料及金属熔池处理方法 - Google Patents

金属管壳状复合村料及金属熔池处理方法

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Abstract

本发明是关于用于金属熔池处理的一种细长的复合材料,它是由管状金属外壳(2)构成的,内装粉状的待处理的物质,其中包括轴心区(4),轴心区中包含由管状金属隔板(3)围起来的第一种物质,以及管壳和隔板间的环状区(6),其中还包含第二种物质、轴心区包含至少一种选自钙和镁的元素的这种复合材料特别适用于钢和生铁熔池脱硫。

Description

本发明是有关适于进行金属熔池处理的管壳状复合材料以及使用该产品的方法。
法国专利FR2433584已介绍了一种适于金属熔池处理的复合材料。该说明书中将这种复合材料称为夹心线,主要包括一个金属套即由一根很长的薄带构成的管壳,其边缘弯曲后通过接合或焊接即可得到一个管状的壳段。金属套管内装粉状或粒状物质如CaSi合金粉末。这种夹心线的直径为12mm,金属套的厚度为0.5mm,它可以2m/s的速度插入钢包中(FR2433584,第4页)。
经验表明,在许多情况下,为了使液态金属处理达到其有效率,可将夹心线的夹心材料引至含金属钢包的底部。这种夹心材料,只能在接近钢包底时才能从管壳中释放出来。如果管壳过早毁坏,例如在穿过金属熔池时由于熔融过快导致的毁坏,会使夹心材料在靠近金属熔池表面释放出来。在另一种情况下,我们可以观察到,管壳在穿过金属熔池时熔化当缓慢。但是,该管壳在其传送温度下完全丧失其刚性并逐渐弯曲成U形,以致其端部在夹心材料释放之前向表面上升。这种上升特别是由流体浮力引起的;事实上复合材料的表观密度一般小于金属熔池的表观密度。
如果用几乎是垂直插入的钢制管壳复合材料处理钢包,则插入的深度取决于管壳厚度和插入速度,但停留时间很短,因为管壳达到其熔融温度时熔化就开始。
当添加一些挥发性低的元素如Si、Mn和Ti来构成夹心线的夹心材料时,这些元素的过早释放不会带来明显的害处。相反,如果加入的是挥发性高的元素如Ca或Mg,低深度的释放会导致效率的巨大损失。管壳过早的熔化现象在其熔化温度大大低于金属熔池的温度时特别明显。例如,在用铝制管壳复合材料进行钢包处理时尤其如此。
我们还注意到,采用其管壳的熔化温度高于金属熔池温度的复合材料也带来一些严重的不便。事实上,在这种情况下,即使管壳很薄,从管壳温度 接近金属熔池温度时观察不到立即熔化现象,而只能看到逐渐熔化现象。事实上,管壳在完全丧失其刚性之后,夹心线弯曲成U形并向金属熔池表面上升。
人们已研究了制作出这样一种复合材料的可能性,该材料可保持足够的刚性以便其中至少一部分化合物引入接近容器底部的金属熔池,容器包括金属熔池并还可同样使所说的至少一部分化合物于其底部附近释放出来,而不会使复合材料向金属熔池表面上升。
人们也能研制出这样一种复合材料,该材料可在液态金属熔池中首先于相当低的深度时从其夹心材料中定量释放出一部分,然后在进入更深的深度时最好是在接近容器底部时释放出另一部分。
最后,人们还一直在寻求用这种复合材料实现钢和生铁脱硫方法的可能性。
符合本发明目的的复合材料可深度地处理金属熔池。
同样,符合本发明目的的方法尤其能高效率地使钢或生铁脱硫,这是因为复合材料穿过金属熔池的过程中其夹心材料的释放是分两步进行的。
该复合材料由细长金属管壳组成,其内部装有用于金属熔池处理的粉状或粒状物质,处理过程中将该材料插入金属熔池中。
该复合材料管壳内包括轴心区,其中包含至少是第一种粉状或粒状物质,这种物质由金属隔板包围。管状金属隔板和管壳间的环状区还包含至少是第二种粉状或粒状物质。
管壳和隔板壁均是用可与待处理的金属熔池并存的金属制成的。
管壳形状最好与隔板一样呈管状。
在这种情况下,管壳和隔板可用相同或不同的金属制成,所用金属的性质应使其可与待处理金属熔池相匹配,而管壳和隔板的厚度可根据每个应用条件确定。例如,处理钢或生铁熔池时可选用钢作管壳和/或隔板。
同样有利的是,该复合材料的轴心区至少应包含一种选自钙和镁(合金或非合金)的元素。
必要时还可使第二种粉状或粒状物质的组成部分或完全与第一种粉状或粒状物质相同。不过这种情况是相当少见的。
本发明还涉及用本发明材料进行金属熔池处理的方法。
可有利调节第一和第二种粉状或粒状物质的组成使大部分轴心区至少包含活性或挥发性比待处理金属熔池高的物质。
该方法特别适用于钢和生铁的脱硫处理。用本发明复合材料处理这些金属时,有利的是轴心区至少要包括合金态或非合金态的镁和/或钙。
有利的复合材料的环状区包含一种或几种可保证补充脱硫的粉状或粒状物质如MgO,CaO,CaCO3,Na2CO3或CaC2。最好是这种补充脱硫的物质能与粒状铝混用,当然也可不混用。
环状区中的第二种物质也可包含一些补充材料以补偿脱硫时从金属熔池中消失的元素如硅。
本发明的复合材料可采用技术人员已知的各种方法制成。首先,该材料中由其隔板围起来的轴心区可用例如钢带通过加缘相互接合或咬合或搭接而成。然后,形成包围其轴心区和环状区的外围管壳,轴心区中混合材料埋在装入环状区的物质之中,整体再由薄钢带制成的管壳围起来。正如本技术领域内普通技术人员所知的一样,形成隔板和管壳的钢带边缘可采取所用粉状或粒状物质允许的各种已知办法闭合:边对边接合,搭接,咬合或其它方法。还可考虑采用无缝钢管,但是其中材料的装填更困难。轴心区和环状区中的物质最好采用已知的压实方法如可通过压缩,拉伸或其它方法压实,特别可采用欧洲专利EP.34994中所述的方法,让管壳沿周边均匀变形,从而得到平行的两个扁平区。同样也可使用所有其它的方法。
经验表明,本发明材料因其特殊结构,所以在穿过金属熔池的过程中可保存其大部分的刚性。事实上,正是由于装入环状区的材料起到了有效的绝热作用,这大大抑制了隔板的温度升高,从而使管壳不致于因熔解而毁坏,其材料保持了其大部分机械性能,而且与轴心区的夹心材料配合以抵抗使其挠曲变形的作用力并还可抵消会阻碍其插入金属熔池的流体浮力的作用。只是在管壳熔解或熔化之后,从隔板与金属熔池直接接触的时刻开始,隔板温度迅速升高,机械性能减弱。
本技术领域里的普通技术人员通过简单的常规试验很容易根据金属熔池的组成,尤其是密度,深度和温度确定为隔板和管壳提供的最好的特性。管壳最好用一种金属制成,其熔化温度至少是等于隔 板构成金属的熔化温度,轴心区和环状区是根据装入物质的各自体积确定的。构成管壳的金属及其厚度应根据其对应的完全熔化或溶解所需时间并考虑到复合材料穿过金属熔池的速度以及希望在环状区中释放夹心材料的深度来加以确定的。
下述实例和附图非限制性地说明了本发明的复合材料及使用这种复合材料的具体方式。
附图为本发明复合材料的横截面图。
附图指出本发明用的复合材料(1),为以轴(0)为中心的环形部分。包括外径14mm且厚0.3mm钢制外壳(2),外径9mm厚0.4mm的钢制隔板(3)。轴心区(4)中包含粒径0.5mm左右的非合金态钙粒。隔板在(5)处简单接合并轻轻贴在其夹心材料上,这是让其通过模套而使其外径缩小约25%来达到的。环状区(6)中装有铁粉。外壳在(7)处咬合并也紧贴在它的夹心材料上。
用这种复合材料于1580°处理65吨钢包使金属脱硫。
如用普通夹心线进行处理时,其管壳为钢制,外径9mm,厚0.6mm,内含非合金态压实钙颗粒,插入金属熔池的速度为110米/分,所得脱硫效率平均为26%。而若用上述本发明的复合材料进行处理,脱硫效率为46%,插入金属熔池的速度只要50米/分,两种情况下金属熔池进行处理的时间基本相同。
这相当于金属熔池中钙的引入量为
普通夹心线:0.15公斤/吨和
本发明复合材料:0.15公斤/吨。
现已证实,若在插线中断后将线迅速抽出,则上述本发明的复合材料可顺利地穿过已处理成与不同深度相应的两相金属溶池。
在插入速度为50米/分情况下,测量从金属熔池中取出的复合材料,估计出管状金属外壳和管状隔板插入金属熔池到50-60cm两点间的高度差。对插线中断后迅速从金属熔池中抽出的材料所测得的值实际上很低(38cm),因为轴向区中的钙会继续在空气中燃烧一分钟左右。
操作过程的研究表明,轴心区所含的大部分钙已在接近钢包底处释放出来。
这可特别通过金属熔池中进行的相当平静的反应得到证实,将上述成分的本发明线插入金属熔池时,其中进行的反应不会使钢喷出钢包外。
还可举出大量按本发明考虑材料和方法的实施方式而且这些方式均不会超出本发明的保护范围。

Claims (12)

1、细长金属管壳状复合材料,内装用于金属熔池处理的一种或多种物质,处理过程中将该材料插入金属熔池,该材料在管状壳内包括轴心区和环状区,而环状区包含粉状或粒状物质,其特征在于,轴心区内包含至少一种第一物质,该物质呈粉状或粒状并且该物质由管状金属隔板围起来,而管状隔板和壳体之间也包含至少一种第二物质。
2、按权利要求1的复合材料,其特征在于,管壳呈环形。
3、按权利要求1或2的复合材料,其特征在于,管壳用金属制成,该金属的熔化温度至少等于构成隔板的金属的熔化温度。
4、按权利要求3的复合材料,其特征在于,管壳和隔板均用同一种金属制成。
5、按权利要求3的复合材料,其特征在于,管壳和隔板用不同金属制成。
6、按权利要求1的复合材料,其特征在于,轴心区内至少包含一种选自合金态或非合金态的钙和镁元素。
7、按权利要求1的复合材料,其特征在于,第二粉状或粒状物质的组成部分或完全与第一粉状或粒状物质的组成相同。
8、按权利要求1的复合材料,其特征在于,环状区包含一种或多种选自MgO,CaO,CaCO3,Na2CO3和CaC2的物质。
9、金属熔池处理方法,其中将内装一种或多种物质的细长金属管壳复合材料插入金属熔池中,该金属壳体内包括装有挥发性物质的轴心区和环状区,而环状区内包含粉状或粒状物质,其特征在于,轴心区由管状金属隔板以及该隔板和壳体间的环状区围起来,每一区均含有至少一种粉状或粒状物质,并且轴心区内至少大部分含有一种或几种高挥发性物质。
10、按权利要求9的方法,其特征在于,在钢和生铁脱硫处理情况下,所用的复合材料轴心区包含至少一种选自合金态或非合金态的钙和镁的金属。
11、按权利要求10的方法,其特征在于,所用的复合材料环状区包含一种或多种保证补充脱硫用的物质,如MgO,CaO,CaCO3,CaC2或Na2CO3
12、按权利要求11的方法,其特征在于,保证补充脱硫用的一种或多种物质与粒状或非粒状铝混用或不混用。
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