В тоже время постоянное повышение требований к качеству выпускаемой металлопродукции заставляет сталеплавильщиков искать новые решения поставленных задач, одним из которых явилось широкое использование при выплавке стали силикокальция и его модификаций в виде сплавов с ванадием, цирконием и другими элементами. Основным техническим решением этого направления явилось массовое использование при внепечной обработке стали порошковой проволоки с наполнителем из измельченного силикокальция.
Однако, технические показатели применения силикокальция при производстве стали зачастую не удовлетворяют сталеплавильщиков. Это, в первую очередь, относится к низкой степени усвоения кальция из силькокальциевых сплавов, которая колеблется от 3-5% при даче материалов в ковш кусками и до 15-20% при использовании порошковой проволоки. Кроме того, крайне затруднительно стабильное получение в стали повышенных концентраций кальция (0,005% и более), что необходимо при разливке сталей, например, с повышенным содержанием алюминия.
В этих условиях закономерно появление работ, в которых авторы намечают возможные пути повышения степени усвоения кальция. Можно выделить три аспекта этой проблемы:
1. В работе Б.Ф. Белова с соавторами [1], посвященной оптимизации химического состава кальцийсодержащих ферросплавов, отмечается, что «усвоение кальция значительно повышается под влиянием «третьих» элементов, имеющих высокое химическое сродство с кальцием и высокую растворимость в железе при определенных составах, отвечающих интерметаллидам с конгруэнтной точкой плавления. В качестве последних выступают, например, углерод, кремний, алюминий и другие, пригодные для различных марок стали». Рекомендуется также оценить целесообразность повышения содержания железа в сплаве, что увеличивает его плотность и способствует лучшему растворению в жидкой стали.
Предложение авторов об оптимизации вещественного состава и соотношения используемых элементов, по нашему мнению, можно отнести не только к стандартному силикокальцию, но и ко всем модификаторам, содержащим активные элементы.
2. Д.А. Дюдкин с соавторами [2] провел исследование фазового состава силикокальция марки СК 30 пяти различных производителей и установил, что по содержанию химических соединений кремния с кальцием CaSi2 и CaSi (с температурами плавления, соответственно, 1000 и 1245ºС ), а также по количеству других компонентов (кремния, карбида кремния) изученные образцы существенно отличаются друг от друга. Отсюда делается естественное предположение, что указанные различия в фазовом составе должны проявиться в различной степени усвоения кальция. Чем больше в сплаве относительно легкоплавкой фазы CaSi2, тем полнее должно быть усвоение кальция металлическим расплавом. К сожалению, этод вывод не нашел экспериментального подтверждения.
Другим критерием оценки качества силикокальция и других комплексных сплавов может быть величина структурных составляющих и равномерность их распределения в объеме модификатора.
Одним из перспективных способов повышения качества модификаторов, в том числе кальцийсодержащих, является закалка из жидкого состояния. При скорости охлаждения 500-700ºС/с на водоохлаждаемом кристаллизаторе получают мелкокристаллический модификатор в виде пластин толщиной 0,5- 3,0 мм . Пластины модификатора покрыты тончайшей (порядка 0,5-1,0 мкм) оксидной пленкой, которая защищает активные элементы от воздействия окружающей среды. Поэтому мелкокристаллические модификаторы можно хранить длительное время без ухудшения их потребительских свойств. Дробимость мелкокристаллических модификаторов лучше, а склонность к переизмельчению и истиранию меньше, чем обычных кремнистых ферросплавов. Мелкокристаллические модификаторы характеризуются малым размером (10-30 мкм) структурных составляющих (в обычных до 2 мм) и более равномерным распределением химически активных элементов.
Промышленная технология производства мелкокристаллических модификаторов освоена Компанией НПП, город Челябинск. В этих модификаторах устраняется полностью такой существенный порок промышленных ферросплавов, как химическая неоднородность в пределах одной плавки, связанная, в основном, с развитием ликвационных процессов при замедленной кристаллизации толстого слоя жидкого ферросплава. Длительные промышленные испытания мелкокристаллических модификаторов в чугунолитейном производстве позволили выявить ряд их свойств, которые выгодно отличаются от порошков, изготовленных из слитка: более высокая скорость растворения в железоуглеродистом расплаве, большая длительность модифицирующего эффекта и снижение расхода модификатора.
Мы считаем также, что мелкокристаллические модификаторы имеют дополнительное преимущество при использовании их в качестве наполнителя порошковой проволоки, так как при измельчении пластин и выделении требуемого класса крупности образуется в 3-4 раза меньше пылевидных фракций, которые, как показано В.А. Ровнушкиным с соавторами [3], являются дополнительным источником кислорода и водорода в стали. Более того, в сертификате качества силикокальция указывается общий кальций, который определяли химическим анализом, но который может быть и кальцием, и карбидом, и оксидом и даже фторидом (по желанию изготовителя порошковой проволоки). Поэтому, не зная, какое количество в силикокальции именно активного кальция, мы не можем судить о реальной степени его усвоения жидким металлом.
3. Значительный объем комплексных модификаторов, используемых в качестве наполнителей порошковой проволоки, ставит перед металлургами важный вопрос: обязательно ли надо использовать модификатор, полученный методом сплавления, или вполне возможно и допустимо применение более дешевых смесевых наполнителей, приготовленных смешением измельченных исходных компонентов. Это относится, в первую очередь, к таким модификаторам, как силикокальций с ванадием, алюминием, титаном и другими элементами. К сожалению, влияние указанных способов получения наполнителей на степень усвоения активных элементов и качественные показатели металла совершенно не изучено. Нам представляется, что соответствующие исследования должны проводится обязательно в сравнительном, сопоставительном варианте и для каждого вида модификатора в отдельности.
Обобщая вышеизложенное, мы считаем, что для улучшения качества металла за счет его модифицирования и выявления дополнительных резервов этой технологии, помимо постоянной работы над совершенствованием самих модификаторов, целесообразно проведение следующих исследований:
- Оценка целесообразности и эффективности модифицирования стали с использованием в качестве порошков-наполнителей мелкокристаллических и традиционных материалов;
- Сравнительная оценка технико-экономических показателей модифицирования металла с использованием порошков из сплавленных и смесевых модификаторов.
Во всех указанных работах Компания НПП готова принять самое активное участие.
Список литературы:
- Б.Ф. Белов, А.И. Троцан, П.П. Харлашин, П.С. Харлашин. В сб. «Современные проблемы электрометаллургии стали»: Материалы Международной конференции. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2001, с.137-138.
- Д.А. Дюдкин, С.Е. Гринберг, А.В. Горох, С.Н. Маринцев. Сопоставительный анализ фазового состава силикокальция. «Металлургическая и горнорудная промышленность», 2003, №8, с.50-52.
- В.А. Ровнушкин, В.В. Кромм, Ю.П. Петренко, Л.В. Матвеечева. Влияние фракционного состава силикокальция на усвоение кальция из порошковой проволоки. «Сталь», №6, 2005, с.64-65.