RU2222604C2

RU2222604C2 - Powder wire for desulfuration of cast iron

Info

Publication number: RU2222604C2
Application number: RU2001128786/02A
Authority: RU
Inventors: Александр Михайлович Зборщик (UA); Александр Михайлович Зборщик
Original assignee: Александр Михайлович Зборщик
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2001-10-25
Publication date: 2004-01-27

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy; foundry; thorough desulfuration of cast iron by magnesium in ladles; modifying of metals for making castings from cast iron with globular or vermicular graphite. SUBSTANCE: powder wire includes metal envelope and filler of powder-like alloy of iron-silicon- magnesium system at addition of calcium, aluminum, barium, titanium and rare-earth metals. Required amount of additives is introduced in metallic form fully or partially. EFFECT: enhanced efficiency due to change of composition of filler. 3 cl, 1 tbl, 1 ex

Description

Порошковая проволока может быть использована в черной металлургии и литейном производстве для глубокой десульфурации чугуна магнием в ковшах. Возможно также ее использование для модифицирования металла с целью производства отливок из чугунов с графитом шаровидной и вермикулярной формы. Flux cored wire can be used in ferrous metallurgy and foundry for deep desulfurization of cast iron by magnesium in ladles. It is also possible to use it for metal modification in order to produce castings from cast iron with spherical and vermicular graphite.

Известна порошковая проволока для внепечной обработки чугуна, которая состоит из металлической оболочки толщиной менее 1 мм, заполненной металлическим магнием (см. патент США 4205981, М. кл. С 21 С 7/02, опубликован 3.06.1980 г.). Known flux-cored wire for out-of-furnace treatment of cast iron, which consists of a metal sheath less than 1 mm thick, filled with metal magnesium (see US patent 4205981, M. cl. C 21 C 7/02, published June 3, 1980).

В условиях металлургических заводов эта проволока не может быть эффективно использована для десульфурации чугуна в ковшах по следующим причинам. При температурах внепечной обработки чугуна введенный в металл магний испаряется и удаляется из расплава в виде пузырей пара, у поверхности которых протекают химические реакции между магнием и примесями чугуна. Поэтому для эффективного использования магния необходимо, чтобы разрушение металлической оболочки проволоки и выход пара магния в металл происходили в донной части ковша. С этой целью подачу проволоки в расплав нужно вести с большой скоростью. При использовании проволоки большого диаметра это приводит к образованию в чугуне большого количества пара, формированию неблагоприятных газометаллических потоков, выбросам обрабатываемого металла из ковша и неэффективному использованию магния. Уменьшение диаметра подаваемой в расплав проволоки приводит к тому, что вследствие нагрева в металле она быстро теряет жесткость и не может проникать на необходимую глубину в чугун. In the conditions of metallurgical plants, this wire cannot be effectively used for desulfurization of cast iron in ladles for the following reasons. At the temperatures of out-of-furnace treatment of cast iron, the magnesium introduced into the metal evaporates and is removed from the melt in the form of vapor bubbles, at the surface of which chemical reactions occur between magnesium and the impurities of cast iron. Therefore, for the effective use of magnesium, it is necessary that the destruction of the metal sheath of the wire and the release of magnesium vapor into the metal occur in the bottom of the bucket. To this end, the wire must be fed into the melt at a high speed. When using a wire of large diameter, this leads to the formation of a large amount of steam in cast iron, the formation of adverse gas-metal flows, emissions of the processed metal from the ladle and the inefficient use of magnesium. A decrease in the diameter of the wire fed into the melt leads to the fact that, as a result of heating in the metal, it quickly loses its rigidity and cannot penetrate the necessary depth into cast iron.

Известна также порошковая проволока для ввода магния в расплавы на основе железа, которая состоит из металлической оболочки и наполнителя, содержащего механическую смесь 20-40% порошка магния и 80-60% обожженного доломита (см. авторское свидетельство СССР 1655996, М. кл. С 21 С 7/06, опубликовано 15.06.1991 г. ). Ее использование дает возможность уменьшить количество пара магния, которое поступает в расплав при неизменных диаметре проволоки и скорости подачи ее в расплав. Но в условиях глубокой десульфурацин чугуна эта проволока также не обеспечивает эффективного использования введенного в металл магния. Also known is a flux-cored wire for introducing magnesium into iron-based melts, which consists of a metal shell and a filler containing a mechanical mixture of 20-40% magnesium powder and 80-60% calcined dolomite (see USSR author's certificate 1655996, M. class C. 21 C 7/06, published June 15, 1991). Its use makes it possible to reduce the amount of magnesium vapor that enters the melt at a constant wire diameter and its feed rate into the melt. But in conditions of deep cast iron desulfuracin, this wire also does not provide effective use of magnesium introduced into the metal.

При указанном составе наполнителя проволоки магний поступает в обрабатываемый металл в виде непрерывной струи пара, дробление которой на отдельные пузыри происходит в объеме металла. В этих условиях размер образующихся в металле пузырей пара магния определяется только величиной межфазного натяжения на поверхности раздела пара магния с чугуном. Большой размер образующихся пузырей приводит к тому, что при низком содержании серы в металле за время движения пузырей к поверхности расплава большая часть магния не может быть использована для протекания химических реакций. With the specified composition of the filler wire, magnesium enters the metal to be processed in the form of a continuous stream of steam, the crushing of which into individual bubbles occurs in the volume of the metal. Under these conditions, the size of the magnesium vapor bubbles formed in the metal is determined only by the magnitude of the interfacial tension at the interface between the magnesium vapor and cast iron. The large size of the resulting bubbles leads to the fact that with a low sulfur content in the metal during the movement of the bubbles to the surface of the melt, most of the magnesium cannot be used for chemical reactions.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является порошковая проволока для десульфурации чугуна, которая состоит из металлической оболочки, заполненной порошкообразным сплавом системы железо-кремний-магний. Closest to the technical nature of the claimed is a flux-cored wire for desulfurization of cast iron, which consists of a metal shell filled with a powdered alloy of the iron-silicon-magnesium system.

С целью улучшения условий десульфурацин металла сплав системы железо-кремний-магний может дополнительно содержать кальций, алюминий, барий, титан и редкоземельные металлы (РЗМ) (см. патент Украины 30276, М. кл. С 22 С 23/00, С 21 С 7/00, опубликован 15.11.2000 г.). In order to improve the conditions of desulfuracin metal, the alloy of the iron-silicon-magnesium system may additionally contain calcium, aluminum, barium, titanium and rare-earth metals (REM) (see Ukrainian patent 30276, M. cl. C 22 C 23/00, C 21 C 7/00, published November 15, 2000).

Более высокая эффективность использования магния при вводе его в металл в составе сплава системы железо-кремний-магний достигается благодаря особенностям распределения магния в структуре твердого сплава. Higher efficiency of using magnesium when introducing it into the metal as part of an alloy of the iron-silicon-magnesium system is achieved due to the peculiarities of the distribution of magnesium in the structure of the hard alloy.

Исследования этих сплавов свидетельствуют о том, что основными их структурными составляющими являются кремний, лебоит (FeSi₂) и силицид магния (Mg₂Si). В структуре твердого сплава кремний и лебоит находятся в виде крупных зерен, между которыми находятся мелкие включения силицида магния. Именно в них сосредоточено основное количество находящегося в составе сплава магния.Studies of these alloys indicate that their main structural components are silicon, leboite (FeSi ₂ ) and magnesium silicide (Mg ₂ Si). In the structure of the hard alloy, silicon and leboite are in the form of large grains, between which there are small inclusions of magnesium silicide. It is in them that the bulk of the magnesium alloy in the composition is concentrated.

Температура плавления силицида магния составляет 1102^oС, что значительно ниже температур плавления окружающих его лебоита и кремния, которые составляют соответственно 1220^oС и 1414^oС. Поэтому растворение силицида магния в чугуне протекает быстрее, чем растворение образующих матрицу сплава более тугоплавки фаз. При этом возникающие в чугуне пузырьки пара магния формируются вследствие растворения каждого из включений силицида магния отдельно. Вследствие малого количества магния в них пузырьки имеют малые размеры и большую удельную площадь поверхности раздела с обрабатываемым металлом. Благодаря этому ввод магния в чугун в составе сплава обеспечивает высокую степень использования магния для десульфурации и модифицирования чугуна.The melting point of magnesium silicide is 1102 ^o С, which is significantly lower than the melting temperatures of the surrounding leboite and silicon, which are respectively 1220 ^o С and 1414 ^o С. Therefore, the dissolution of magnesium silicide in cast iron proceeds faster than the dissolution of the alloy matrix forming more refractory phases. In this case, magnesium vapor bubbles appearing in cast iron are formed due to the dissolution of each of the magnesium silicide inclusions separately. Due to the small amount of magnesium in them, the bubbles are small in size and have a large specific surface area of the interface with the metal being treated. Due to this, the introduction of magnesium into cast iron as part of the alloy provides a high degree of use of magnesium for desulfurization and modification of cast iron.

Недостатком указанной выше порошковой проволоки является то, что выбор оптимального состава ее наполнителя в каждом случае связан с необходимостью изменения химического состава сплава, который выплавляется на ферросплавных заводах. При проведении десульфурации и модифицирования ограниченного количества металла в условиях разных предприятий необходимость производства мелких партий сплавов разнообразного химического состава значительно усложняет технологию изготовления порошковой проволоки. The disadvantage of the above cored wire is that the choice of the optimal composition of its filler in each case is associated with the need to change the chemical composition of the alloy, which is smelted in ferroalloy plants. When carrying out desulfurization and modifying a limited amount of metal under the conditions of different enterprises, the need to produce small batches of alloys of various chemical compositions significantly complicates the technology for producing flux-cored wire.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования порошковой проволоки для десульфурации и модифицирования чугуна, в которой за счет изменения состава наполнителя проволоки значительно проще получать реагент оптимального химического состава. The basis of the invention is the task of improving the flux-cored wire for desulfurization and modification of cast iron, in which due to changes in the composition of the filler wire it is much easier to obtain a reagent of the optimal chemical composition.

Поставленная задача решается тем, что порошковая проволока состоит из металлической оболочки и наполнителя из порошкообразного сплава системы железо-кремний-магний с содержанием магния 16-35% и добавкой кальция, алюминия, бария, титана и РЗМ. Согласно изобретению необходимое количество добавок полностью или частично введено в состав наполнителя проволоки в виде металлического кальция, алюминия, бария, титана и РЗМ. The problem is solved in that the flux-cored wire consists of a metal sheath and a filler of a powdered alloy of the iron-silicon-magnesium system with a magnesium content of 16-35% and the addition of calcium, aluminum, barium, titanium and rare-earth metals. According to the invention, the required amount of additives is fully or partially introduced into the composition of the filler wire in the form of calcium metal, aluminum, barium, titanium and rare-earth metals.

Необходимое количество алюминия может также быть введено в состав наполнителя проволоки в виде вторичных сплавов системы алюминий-магний с содержанием магния 0,1-15%. The required amount of aluminum can also be introduced into the composition of the filler wire in the form of secondary alloys of the aluminum-magnesium system with a magnesium content of 0.1-15%.

С целью уменьшения потерь реагентов вследствие окисления атмосферным кислородом целесообразно также введение кальция, бария, титана и РЗМ в состав наполнителя проволоки в виде сплавов с алюминием. In order to reduce the loss of reagents due to oxidation by atmospheric oxygen, it is also advisable to introduce calcium, barium, titanium and rare-earth metals into the composition of the filler wire in the form of alloys with aluminum.

Основанием для данного изобретения служат результаты опытно-промышленных исследований десульфурации и модифицирования чугуна в условиях металлургических и машиностроительных заводов. Они свидетельствуют о том, что в большинстве случаев результаты десульфурации и модифицирования металла определяются только общим количеством введенных в металл реагентов и не зависят от того, в каком виде они входят в состав наполнителя порошковой проволоки. The basis for this invention are the results of pilot studies of desulfurization and modification of cast iron in the conditions of metallurgical and engineering plants. They indicate that in most cases the results of metal desulfurization and modification are determined only by the total amount of reagents introduced into the metal and do not depend on the form in which they are included in the filler of the cored wire.

Пример. Оценку возможности использования порошковой проволоки предложенного состава проводили на примере внепечной десульфурации чугуна сплавами системы железо-кремний-магний с добавкой алюминия. В условиях повышенной температуры обрабатываемого чугуна добавка алюминия нужна для снижения содержания кислорода в металле и повышения эффективности использования магния для десульфурации чугуна. С этой целью были выполнены две серии экспериментов в 140-т ковшах. Во всех случаях температура чугуна во время десульфурации находилась в пределах 1380-1410^oС.Example. The possibility of using a flux-cored wire of the proposed composition was evaluated using the example of out-of-furnace desulfurization of cast iron by alloys of the iron-silicon-magnesium system with the addition of aluminum. In conditions of elevated temperature of the treated cast iron, aluminum is needed to reduce the oxygen content in the metal and increase the efficiency of using magnesium for desulfurization of cast iron. For this purpose, two series of experiments were carried out in 140 t buckets. In all cases, the temperature of cast iron during desulfurization was in the range 1380-1410 ^o C.

В первой серии экспериментов была использована порошковая проволока диаметром 10 мм, для производства которой был изготовлен порошкообразный сплав состава, мас.%: 20,1 Mg; 50,5 Si; 1,4 Са; 6,5 Al; Fe - остальное. Во второй серии экспериментов в качестве наполнителя проволоки был использован сплав серийного производства состава, мас.%: 26 Mg; 52,1 Si; 2,4 Са; 0,96 Al; Fe - остальное. Дополнительное количество алюминия было введено в состав наполнителя проволоки в виде гранул металлического алюминия. In the first series of experiments, a flux-cored wire with a diameter of 10 mm was used, for the production of which a powdered alloy of the composition was made, wt.%: 20.1 Mg; 50.5 Si; 1.4 Ca; 6.5 Al; Fe is the rest. In the second series of experiments, an alloy of serial production of the composition was used as a filler wire, wt.%: 26 Mg; 52.1 Si; 2.4 Ca; 0.96 Al; Fe is the rest. An additional amount of aluminum was introduced into the filler wire in the form of granules of aluminum metal.

В обоих случаях оболочка проволоки была изготовлена из стали 08Ю толщиной 0,4 мм. Скорость ввода проволоки в металл изменялась в пределах 1,8-2,2 м/с. In both cases, the wire sheath was made of 08Yu steel 0.4 mm thick. The speed of introduction of the wire into the metal varied in the range of 1.8-2.2 m / s.

Результаты проведенного исследования представлены в таблице. Анализ экспериментальных данных показывает, что в обоих случаях эффективность десульфурации металла была практически одинаковой независимо от того, в каком виде алюминий входил в состав наполнителя проволоки. Это дает возможность существенно упростить технологию изготовления порошковой проволоки без снижения эффективности ее использования для десульфурации металла. The results of the study are presented in the table. An analysis of the experimental data shows that in both cases the efficiency of metal desulfurization was almost the same regardless of the form in which the aluminum was part of the filler wire. This makes it possible to significantly simplify the technology of manufacturing flux-cored wire without reducing the effectiveness of its use for metal desulfurization.

Claims

1. A flux-cored wire for desulfurization of cast iron, consisting of a metal shell and a filler of a powder alloy of the iron-silicon-magnesium system with the addition of calcium, aluminum, barium, titanium and rare-earth metals, characterized in that the required amount of additives is fully or partially introduced into the filler wire in metallic form.

2. The flux-cored wire according to claim 1, characterized in that the aluminum is introduced into the filler wire in the form of alloys of the aluminum-magnesium system with a magnesium content of 0.1-15%.

3. The flux cored wire according to claim 1 or 2, characterized in that calcium, barium, titanium and rare-earth metals are introduced into the composition of the filler wire in the form of alloys with aluminum.