Особенности усвоения кальция из порошковой проволоки с комплексным наполнителем СК40

Экспериментальным способом установлено, что для достижения заданного содержания кальция в металле расход проволоки с СК40 в 1,4-1,6 раза меньше, чем с СК3, а уровень усвоения кальция при использовании проволоки с комплексным наполнителем СК40 на 15-30 % выше по сравнению с силикокальцием СК30. Это о...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2009
Hauptverfasser:	Дюдкин, Д.А., Кисиленко, В.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2009
Schriftenreihe:	Металл и литье Украины
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/31533
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Особенности усвоения кальция из порошковой проволоки с комплексным наполнителем СК40 / Д.А. Дюдкин, В.В. Кисиленко // Металл и литье Украины. — 2009. — № 1-2. — С. 20-23. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-31533
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-315332012-03-10T12:19:11Z Особенности усвоения кальция из порошковой проволоки с комплексным наполнителем СК40 Дюдкин, Д.А. Кисиленко, В.В. Экспериментальным способом установлено, что для достижения заданного содержания кальция в металле расход проволоки с СК40 в 1,4-1,6 раза меньше, чем с СК3, а уровень усвоения кальция при использовании проволоки с комплексным наполнителем СК40 на 15-30 % выше по сравнению с силикокальцием СК30. Это обуславливает значительную экономию затрат при использовании этого вида порошковой проволоки, а также целый ряд технических преимуществ. 2009 Article Особенности усвоения кальция из порошковой проволоки с комплексным наполнителем СК40 / Д.А. Дюдкин, В.В. Кисиленко // Металл и литье Украины. — 2009. — № 1-2. — С. 20-23. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0497-2627 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/31533 621.771 ru Металл и литье Украины Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Экспериментальным способом установлено, что для достижения заданного содержания кальция в металле расход проволоки с СК40 в 1,4-1,6 раза меньше, чем с СК3, а уровень усвоения кальция при использовании проволоки с комплексным наполнителем СК40 на 15-30 % выше по сравнению с силикокальцием СК30. Это обуславливает значительную экономию затрат при использовании этого вида порошковой проволоки, а также целый ряд технических преимуществ.
format	Article
author	Дюдкин, Д.А. Кисиленко, В.В.
spellingShingle	Дюдкин, Д.А. Кисиленко, В.В. Особенности усвоения кальция из порошковой проволоки с комплексным наполнителем СК40 Металл и литье Украины
author_facet	Дюдкин, Д.А. Кисиленко, В.В.
author_sort	Дюдкин, Д.А.
title	Особенности усвоения кальция из порошковой проволоки с комплексным наполнителем СК40
title_short	Особенности усвоения кальция из порошковой проволоки с комплексным наполнителем СК40
title_full	Особенности усвоения кальция из порошковой проволоки с комплексным наполнителем СК40
title_fullStr	Особенности усвоения кальция из порошковой проволоки с комплексным наполнителем СК40
title_full_unstemmed	Особенности усвоения кальция из порошковой проволоки с комплексным наполнителем СК40
title_sort	особенности усвоения кальция из порошковой проволоки с комплексным наполнителем ск40
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2009
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/31533
citation_txt	Особенности усвоения кальция из порошковой проволоки с комплексным наполнителем СК40 / Д.А. Дюдкин, В.В. Кисиленко // Металл и литье Украины. — 2009. — № 1-2. — С. 20-23. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Металл и литье Украины
work_keys_str_mv	AT dûdkinda osobennostiusvoeniâkalʹciâizporoškovojprovolokiskompleksnymnapolnitelemsk40 AT kisilenkovv osobennostiusvoeniâkalʹciâizporoškovojprovolokiskompleksnymnapolnitelemsk40
first_indexed	2025-07-03T11:58:09Z
last_indexed	2025-07-03T11:58:09Z
_version_	1836626886130663424
fulltext	20 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 1-2’2009 3. Гридин С. В., Цупрун А. Ю., Минц А. Я. Математическое и физическое моделирование перемешивания металла в ковше при донной продувке аргоном // Металлургическая и горнорудная пром-сть. – 2002. – № 10. – С. 110-114. 4. Шалимов А. Г. Анализ эффективности перемешивания металла в ковше на основе новых шведских разработок // Сталь. – 2004. – №1. – С. 25-30. 5. Целесообразность динамического управления зоной вторичного охлаждения // А. Н. Минтус, А. Ю. Цупрун, Д. А. Денисенко, В. Ю. Мариничев. Наукові праці Донецького НТУ. Серія: «Електротехніка і енергетика». – 2007. Вип. № 7(128). – С. 91-94. УДК 621.771 Д. А. Дюдкин, В. В. Кисиленко (ОАО «Завод «Универсальное оборудование») Особенности усвоения кальция из порошковой проволоки с комплексным наполнителем СК40 Экспериментальным способом установлено, что для достижения заданного содержания кальция в металле расход проволоки с СК40 в 1,4-1,6 раза меньше, чем с СК3, а уровень усвоения кальция при использовании проволоки с комплексным наполнителем СК40 на 15- 30 % выше по сравнению с силикокальцием СК30. Это обуславливает значительную экономию затрат при использовании этого вида порошковой проволоки, а также целый ряд технических преимуществ В современном сталеплавильном производстве внепечная обработ- ка кальцийсодержащими порош- ковыми проволоками является неотъемлемой частью технологии и занимает ведущее положение в связи с многофакторностью влияния каль- ция на физико-химическое состояние расплава, макро- и микроструктуру заготовки, качество и свойства металлопродукции. Эффективность влияния кальция на свойства жидкой и твердой стали зависит от его усвоения при вводе в жид- кий металл. Кальций – высокоактивный элемент, имею- щий температуру плавления 851 °С и температуру ис- парения – 1492 °С, поэтому предпочтительно в расплав вводить его в виде сплава с кремнием. До последнего времени в мировой металлургической практике си- ликокальций марки СК30 являлся наиболее широко используемым сплавом для ввода кальция в сталь. Это обусловлено тем, что такое соотношение компонентов в сплаве (30 % Ca и 60 % Si) обеспечивает оптимальное сочетание основных теплофизических параметров, влияющих на усвоение кальция – весьма важный технологический и экономический аспект применения порошковой проволоки [1]. При температурах жидкой стали упругость паров кальция составляет приблизительно 0,15–0,2 МПа (выше, чем у силикокальция). Для того чтобы воспрепятствовать испарению кальция, ферростатическое давление металла в ковше должно быть выше упругости паров кальция. В зависимости от температуры обработки испарение кальция может начаться на любой глубине, когда парциальное давление паров кальция станет равным внешнему давлению расплава, поэтому оптимальная скорость ввода порошковой проволоки должна обеспечивать расплавление оболочки и взаимодействие наполнителя с жидким металлом в нижней части ковша. Степень усвоения кальция зависит как от глубины высвобождения наполнителя из стальной оболочки, так и от физико-химических свойств силикокальция. В последние годы все большее количество метал- лургических предприятий при внепечной обработке переходит на использование силикокальция СК40. Эта технология была разработана сотрудниками ОАО «Завод «Универсальное оборудование» [2, 3]. Такой марки силикокальция в ГОСТах нет и этот материал не производится, а получается внутри проволоки в процессе ее изготовления путем специально организованной подачи из разных дозаторов порошков силикокальция и металлического кальция. При этом в процессе ввода проволоки образуется сплав и необходимое содержание кальция в ферросплаве достигается непосредственно при обработке жидкого железоуглеродистого расплава. Высокая эффективность использования СК40 обус- ловлена тем, что сплав с массовой долей кальция 40 % образуется из шихтовых компонентов (силикокальция СК30 и кальция металлического) по мере вхождения порошковой проволоки в жидкий металл. При этом образование соединений кальция с кремнием происходит с поглощением тепла, что снижает температуру в зоне реакции. Кроме того, образующийся сплав СК40 имеет температуру плавления на 85 °С выше, чем СК30. Все это приводит к уменьшению температуры в микрообъемах зон взаимодействия силикокальция и расплава, снижению угара кальция и повышению его усвоения при вне- печной обработке стали. Вследствие этого не происходит увеличения пироэффекта и более интенсивного выделения газов по сравнению с проволокой с СК30. Изготовление проволоки на специально разработан- ной линии обеспечивает стабильность химического состава комплексного наполнителя по длине проволоки, а также оптимальные условия растворения и физико- химического взаимодействия компонентов наполнителя. ОАО «Завод «Универсальное оборудование» имеет аттестованную методику выполнения измерений при контроле качества порошковой проволоки с наполните- лем СК40. В работе [4] представлена диаграмма состояния Ca–Si, на которой показаны рассчитанные авторами точки, соответствующие массовому соотношению между кальцием и кремнием в силикокальции СК30 и СК40. 21МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 1-2’2009 По данным этой работы кальций с кремнием образуют три соединения (рис. 1): силицид Ca2Si существует при температурах < 910 °С в твердых равновесных распла- вах, содержащих более 60 % Са; СaSi кристаллизуется в области 78-42 % Са непосредственно из жидкого расплава при 1245 °С; дисилицид CaSi2 существует при температурах < 980 °С в твердых сплавах, содержащих < 42 % Са, и в твердых сплавах, содержащих 60-42 % Са при температурах < 1020 °С. При застывании промышлен- ных сплавов, содержащих более 30 % Са, первыми выделяются столбчатые кристаллы CaSi2, а в эвтектике выделяются FeSi + Al + Si. При содержании менее 23 % Са в первой фазе выделяется кремний (в виде игл и частично широких пластин), а CaSi2 находится в эвтектике. Основной составляющей промышленных кальций- кремниевых сплавов является дисилицид кальция CaSi2 (до 85 %), частично кальций связан в соединениях СaSi (до 10 %) и Ca2Si3Al4 (до 5 %), силицид Ca2Si практически отсутствует. Кремний также присутствует в свободном состоянии (5-10 %) и в виде FeSi2 (до 5 %) [4]. Известно, что для повышения эффективности использования кальцийсодержащих материалов необхо- димо снизить температуру в зоне взаимодействия каль- ция с жидким расплавом. Одним из таких решений может быть ввод в состав наполнителя проволоки металличес- кого кальция в смеси с материалом, содержащим кремний. При вводе порошковой проволоки с наполнением ме- ханической смесью ферросплава, содержащего кальций и кремний, и металлического кальция в жидкий расплав, необходимое содержании кальция в ферросплаве будет достигаться непосредственно при обработке жидкого железоуглеродистого расплава. В зависимости от массовой доли конкретного химического соединения в силикокальции усвоение кальция может быть различным, учитывая что температу- ра жидкой стали в момент обработки может составлять 1550–1650 °С. В связи с вышеизложенным ОАО «Завод «Уни- версальное оборудование» и ДонФТИ были проведены исследования фазового состава силикокальция пяти различных производителей [5]. Исследования про- водили двумя способами: микроскопическим и рент- геноструктурным. Фазовый состав силикокальция различных производителей представлен в таблице. Характерный вид пробы силикокальция показан на рис. 2. Приведенные данные свидетельствуют о том, что основное количество кальция в силикокальции образуют соединения CaSi2 и CaSi. Эти фазы в поляризованном све- те проявляют анизотропию, поскольку кристаллизуются в тригональной (CaSi2) и ромбической (CaSi) сингониях. Кремний наблюдается в виде неправильной формы обособлений среди шлаковой фазы, карбид кремния – в виде самостоятельных частиц остроугольной формы и включений в составе частиц CaSi2. Наличие CaO – это известь, непрореагировавшая при изготовлении силикокальция. Поскольку это прочное соединение, то оно с точки зрения легирования металла кальцием, не представляет интереса, но в то же время сказывается на уровне усвоения кальция. При химическом анализе силикокальция определяется общее содержание кальция в ферросплаве и не учитывается нахождение части его в виде CaO, что снижает показатели эффективности использования кальция. Так, у производителя № 5 (Китай) содержание CaO почти на 2 % выше, чем у остальных производителей, что при прочих равных условиях может привести к снижению степени усвоения кальция при внепечной обработке ~ на 5 % Весьма важным для эффективного использования СК40 является и наличие в составе силикокальция свободного кремния, который участвует в реакциях с металлическим кальцием по мере вхождения порошковой проволоки в жидкий металл. Как видно из табл. 1, у производителей № 2 и 5 содержание свободного кремния в 2-3 раза ниже, чем у других производителей, что также снижает эффективность использования материала СК40. Авторами выполнен расчет воз- можного снижения температуры в ковше и локальной зоне взаимодейст- вия при вводе в расплав порошковых проволок с наполнением СК30 и СК40- СК50 [6]. Сначала были рассчитаны составы наполнителей порошко- вой проволоки с силикокальцием СК40-СК50 (добавление 10, 15 и 20 % металлического кальция к си- ликокальцию СК30). Соотношение Сасв./Siсв. в наполнителе проволоки Ш 13 мм составило, %: СК40 – 61/39; СК45 – 72/28; СК50 – 79/21. Исходя из диаграммы состояния Ca–Si, при вышеуказанных соотно- шениях свободных кальция и крем- Таблица Фазовый состав силикокальция различных производителей Страна- произво- дитель Фазовый состав, мас. % CaSi2 CaSi Si SiC CaO FeSi2 Шлаковая фаза Бразилия 67,45 2,85 15,2 4,75 3,8 0,95 5 Россия 75,05 1,9 6,65 6,65 3,8 0,95 5 Словакия 62,7 0,95 20,9 5,7 3,8 0,95 5 Китай 70,3 1,9 8,55 9,5 3,8 0,95 5 71,25 – 6,65 9,5 5,7 1,9 5 1 1 , % Рис. 1. Диаграмма состояния Ca–Si: 1 – соответствует массовому соотношению между кальцием и кремнием в силикокальции СК40; 2 – СК30. а б Рис. 2. Общий вид частиц, составляющих пробу силикокальция: CaSi2 – белые; SiС и шлаковые частицы – серые ( – обычный свет, – поляризованный свет) Рис. 1. Диаграмма состояния Ca–Si: 1 – соответствует массовому соотношению между кальцием и кремнием в силикокальции СК40; 2 – СК30. 22 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 1-2’2009 ния, учитывая, что температура плавления кальция и силикокальция равна соответственно 833 и 990-1120 °С, а обрабатываемой жидкой стали – 1600 °С, при вводе порошковой проволоки в жидкую сталь в наполнителе до расплавления оболочки проволоки могут происходить реакции взаимодействия свободных кальция и кремния с кратковременным образованием силицидов кальция CaSi и Ca2Si, в %: при СК40 – 50 CaSi и 50 Ca2Si; при СК45- 25CaSi и 75 Ca2Si; при СК50 – только Ca2Si. Дополнительные потери тепла при образовании CaSi и Ca2Si при обработке жидкой стали в 300-тонном ковше порошковыми проволоками с силикокальцием марок СК40-СК50 с расходом 1 кг/т (по проволоке) ориентировочно составят, кДж: для СК40 – 81680, для СК45 – 106880; СК50 – 123520. При этом снижение температуры металла в 300- тонном ковше составит, в °С: для СК40 – 0,34; для СК45 – 0,45; СК50 – 0,51. Если предположить, что порошковая проволока растворяется в локальном объеме жидкой стали (~ 10 т), то снижение температуры металла в этой зоне составит, в °С: для СК40 – 10,2; СК45 – 13,5; СК50 – 15,3. На рис. 3 показано изменение температуры металла в локальной зоне (~ 10 т) взаимодействия проволоки с расплавом при обработке стали силикокальцием СК40. При построении графиков использовались как расчетные, так и экспериментальные данные. Как видно из представленных данных, при таких соотношениях между кальцием металлическим и силикокальцием в наполнителе проволоки при обработке жидкой стали в ковше емкостью 300 т крат- ковременное снижение температуры в локальной зоне реакции может составлять 10-20 °С, что приведет к снижению упругости паров кальция на 0,1-0,15 МПа, смещению равновесной линии Саж – Саг для различных марок стали в верхнюю часть ковша, что стабилизирует процесс попадания высвобождающегося из проволоки кальция в зону жидкого его состояния, и переходу в газообразное лишь в верхней части ковша (рис. 4). Это приведет к повышению эффективности использования кальция. Изложенное уже длительное время подтверждается практикой использования проволоки на различных металлургических предприятиях («Белорусский метал- лургический завод», «Истил-Украина», «Енакиевский металлургический завод», «Молдавский металлургичес- кий завод», «Алчевский металлургический комбинат», «Уральская сталь» и других), где уровень усвоения каль- ция при обработке стали СК40 на 15–30 % выше по сравне- нию с силикокальцием СК30 при обработке в одинаковых условиях аналогичного сортамента сталей [6, 7]. Усвоение кальция из СК40 носит стабильный характер, проблем с разливаемостью в процессе непрерывной разливки не возникает. Для достижения заданного содержания кальция в металле расход проволоки с СК40 меньше в 1,4-1,6 раза, чем с СК30. Это обуславливает значительную экономию затрат потребителя при использовании этого вида порошковой проволоки, а также целый ряд технических преимуществ (уменьшение времени обработки, снижение задолженности кранового времени, сокращение вспо- могательных технологических опера- ций и др.). Эквивалентный коэффи- циент замены проволоки с СК30 на проволоку с СК40 составляет 0,6-0,7 в зависимости от уровня применяемой технологии. Следует отметить, что на не- которых предприятиях наблюдались проблемы при использовании про- волоки с наполнителем типа СК40 (ОЭМК, «Уральская сталь», «Волжский трубный завод» и других производителей). Это, по-видимо- му, связано с использованием не- качественного СК30 и технологией изготовления такой проволоки, когда кальций металлический и сили- кокальций СК30 предварительно смешиваются и затем их смесь используется при производстве про- волоки. В таком случае наблюдается сегрегация материалов и нестабильное 1 1 , % Рис. 1. Диаграмма состояния Ca–Si: 1 – соответствует массовому соотношению между кальцием и кремнием в силикокальции СК40; 2 – СК30. а б Рис. 2. Общий вид частиц, составляющих пробу силикокальция: CaSi2 – белые; SiС и шлаковые частицы – серые ( – обычный свет, – поляризованный свет) Рис. 2. Общий вид частиц, составляющих пробу силикокальция: CaSi2 – белые; SiС и шлаковые частицы – серые (а – обычный свет, б – поляризованный) а б 35 40 45 50 55 Общее содержание кальция в наполнителе, % y = 2,64x0,59 R2 = 0,9858 8 10 12 14 16 5 10 15 20 Расход Самет, % С ни ж ен ие те мп ер ат ур ы ст ал и, о С 25 Рис. 3. Изменение температуры металла в локальной зоне взаимодействия при вводе порошковой проволоки Ø 13 мм с СК40 в 300-тонный ковш с жидкой сталью (расход проволоки – 1 кг/т) Рис. 3. Изменение температуры металла в локальной зоне взаимодействия при вводе порошковой проволоки Ø13 мм с СК40 в 300-тонный ковш с жидкой сталью (расход проволоки – 1 кг/т) 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 1-2’2009 содержание кальция в наполнителе по длине проволоки. Это может приводить к пироэффекту и нестабильному усвоению кальция при внепечной обработке, что вызы- вает проблемы с модифицированием и разливаемостью металла при непрерывной разливке. ЛИТЕРАТУРА 1. Дюдкин Д. А., Кисиленко В. В., Павлюченков И. А., Болотов В. Ю. «Ковш-печь» – современный агрегат для получения стали. – Донецк: Норд-Пресс, 2008. – 473 с. 2. Пат. 67016 України. Дріт для позапічної обробки металургійних розплавів / Дюдкин Д. А., Бать С. Ю., Кисиленко В. В. 3. Пат. 2234541 РФ. Проволока для внепечной обработки металлургических расплавов / Дюдкин Д. А., Бать С. Ю., Кисиленко В. В. 4. Гасик Л. Н., Игнатьев В. С., Гасик М. И. Структура и качество промышленных ферросплавов и лигатур. – Киев: «Техніка», 1975. – 151с. 5. Дюдкин Д. А., Гринберг С. Е., Горох Л. В., Маринцев С. Н. Сопоставительный анализ фазового состава силикокальция // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2003. – № 8. – С. 50-52. 6. Дюдкин Д. А., Кисиленко В. В., Акулов В. В. и др. Совершенствование технологии внепечной обработки стали силикокальциевой порошковой проволокой // Бюллетень научно-технической и экономической информации. – 2007. – Вып 10. – С. 30-34. 7. Дюдкин Д. А., Кисиленко В. В. Современная технология производства стали. – М.: Теплотехник, 2007. – 528 с. 35 40 45 50 55 Общее содержание кальция в наполнителе, % y = 2,64x0,59 R2 = 0,9858 8 10 12 14 16 5 10 15 20 Расход Самет, % С ни ж ен ие те мп ер ат ур ы ст ал и, о С 25 Рис. 3. Изменение температуры металла в локальной зоне взаимодействия при вводе порошковой проволоки Ø 13 мм с СК40 в 300-тонный ковш с жидкой сталью (расход проволоки – 1 кг/т) Рис. 4. Области равновесия Саж – Саг для низкоуглеродистых сталей при обработке силикокальцием СК30 (1) и СК40 (2) в локальной зоне вза- имодействия Таким образом, можно резюмировать, что уровень усвоения кальция при использовании проволоки с комплексным наполнителем СК40 на 15-30 % выше по сравнению с силикокальцием СК30 при обработке в одинаковых условиях аналогичного сортамента сталей, при этом расход проволоки с СК40 меньше в 1,4-1,6 раза, чем с СК30. Для достижения таких результатов должен выполняться ряд условий: использование в качестве шихтового компонента качественного силикокальция СК30 (с минимальным количеством СаО и максималь- ным Si свободного); технология изготовления проволоки должна обеспечивать стабильность химического состава комплексного наполнителя по длине проволоки, а также оптимальные условия растворения и физико- химического взаимодействия компонентов наполнителя; технологический режим ввода порошковой проволоки должен обеспечивать расплавление оболочки и взаимодействие наполнителя с жидким металлом в нижней части ковша. УДК 666.762 Г. И. Касьян, А. Я. Минц (ЗАО «Донецкий электрометаллургический завод») Возможность повышения стойкости футеровки сталеразливочных ковшей при использовании магнезиальных шлакообразующих добавок Получены положительные результаты в повышении стойкости шлаковых поясов сталеразливочных ковшей при использовании магнезиальных шлакообразующих добавок в ковш на выпуске в условиях ЗАО «Донецкий электрометаллургический завод» О дним из методов влияния на стойкость магнезиальной фу- теровки сталеразливочных ков- шей является снижение корро- зионной составляющей износа путем нейтрализации химической активно- сти внепечных шлаков по отношению к огнеупорам шлакового пояса. Работа заключается в искусственном насыщении шлаков окислами магния и снижении тем самым их способности растворять в себе MgO огнеупора. В электросталеплавильном цехе ЗАО «Донецкого электрометаллургического завода» были проведены испытания магнезиальных шлакообразующих добавок, отдаваемых в ковш на выпуске металла из печи, и получены положительные результаты.

Особенности усвоения кальция из порошковой проволоки с комплексным наполнителем СК40

Institution

Ähnliche Einträge