ES2343302A1 - Recuperacion mejorada de aleacion en baños de acero fundido usando alambres con alma dopados con desoxidantes. - Google Patents
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Abstract
La presente invención proporciona un aumento en la recuperación de acero fundido mejorado con aditivos o mejorado con aleaciones. Esto se lleva a cabo mediante polvos desoxidantes mezclados con las aleaciones aditivas. El polvo desoxidante reacciona con el oxígeno, agotando de esta manera el oxígeno en esta zona. La región con aleación o aditivo queda enriquecida, mejorando de esta manera la recuperación en el acero fundido.
Description
Recuperación mejorada de aleación en baños de
acero fundido usando alambres con alma dopados con desoxidantes.
Esta solicitud reivindica la prioridad respecto
de la solicitud provisional de los Estados Unidos con Nº 60/938.671,
presentada el 17 de mayo de 2007, cuya memoria descriptiva se
incorpora por referencia al presente documento.
La presente invención se refiere en general a la
adición de aleaciones a metal fundido y a acero en particular. Más
particularmente, esta invención se refiere a la adición de
aleaciones y desoxidantes a acero fundido con el fin de incrementar
la recuperación en el metal.
Es bien conocida la adición de aleaciones y
otros aditivos al acero fundido con el fin de mejorar las
propiedades del material, incluyendo resistencia y tenacidad, del
producto final de acero.
En la técnica anterior, la adición de aleaciones
y aditivos al acero fundido se realizaba a menudo encastrando
aleaciones y aditivos en polvo en una lámina de metal para formar un
"alambre con alma" que a continuación se "inyectaba" en el
acero fundido contenido en el caldero de colada de la instalación de
refino de acero en la mayor parte de molinos de acero. La patente de
los Estados Unidos Nº 4.128.414 describe dicho procedimiento de
inyección. Parte del material inyectado al acero no se queda en el
acero. Con el fin de producir eficazmente un acero fundido mejorado
con aditivos o mejorado con aleaciones, es necesario aumentar la
"recuperación" en el acero fundido.
"Recuperación" es una medida de la cantidad
de aleaciones y aditivos contenidos en el acero fundido tras la
inyección. La recuperación se expresa como el porcentaje de aleación
o aditivo inyectado al acero que queda contenido en el acero tras la
inyección. Cuanto mayor sea el porcentaje contenido en el acero tras
la inyección, mayor será la recuperación. Grandes recuperaciones
significan costes menores para el fabricante de acero, ya que se
deberá inyectar menos alambre con alma. También, una mayor
recuperación significa normalmente que la química del acero final
será más predecible y repetible.
Es bien conocido que las aleaciones aditivas
(típicamente molturadas hasta polvos de menos de un milímetro de
diámetro) encastradas en un alambre con alma revestido de acero que
se inyectaban profundamente en los baños de metal fundido daban como
resultado una mejora significativa en la recuperación. Pero también
es bien conocido que la recuperación de ciertas aleaciones aditivas
está afectada negativamente por el contenido de oxígeno tanto en el
baño de metal fundido como en la escoria fundida de la parte
superior del baño de metal fundido. Es posible reducir el contenido
de oxígeno del baño de metal y escoria fundidos; sin embargo, en
ningún momento se puede llevar hasta cero. Más generalmente, queda
siempre una cantidad de oxígeno remanente en el metal y la escoria
fundidos que afecta negativamente a la recuperación de la aleación
aditiva. Cuanto mayor sea el nivel de oxígeno, más negativo será el
efecto.
Se cree que el oxígeno 13 del metal fundido 10
provoca que la superficie de la aleación aditiva 16 quede oxidada
antes de que la partícula de polvo de la aleación aditiva 16 pueda
quedar disuelta en el metal fundido 10. Esto se representa en la
fig. 1. En este caso, la capa oxidada 19 recubre la partícula de
polvo de la aleación aditiva 16 y reduce por tanto la densidad
global de la partícula 16, volviéndola más flotante que el acero 10.
Por ejemplo, el Nb tiene una densidad de 8,57 g/m^{3} y la
densidad del Nb_{2}O_{5} es 4,47 g/m^{3}, pero la densidad del
acero es de 7,6 g/m^{3}. La fig. 2 representa una aleación oxidada
que tiene una densidad inferior ascendiendo hasta la superficie del
acero fundido 10. En otros casos, la capa de óxido 19 se convierte
en una barrera para el alma de la aleación aditiva fundida 16. Por
ejemplo, FeTi al 70% tiene una temperatura de fusión de 1085ºC,
mientras que TiO_{2} tiene una temperatura de fusión de 1850ºC,
pero la temperatura del acero fundido 10 está normalmente por encima
de 1600ºC. Este problema se ilustra en la fig. 3. Estos mecanismos
tienen el efecto de no permitir que la partícula de aleación aditiva
16 se disuelva completamente en el metal fundido 10 antes de que la
partícula 16 ascienda hasta la escoria de la superficie en la que
queda absorbida.
En otros procedimientos conocidos, el objetivo
de la aleación aditiva 16 al ser inyectada en el baño de metal
fundido 10 es formar nitruros y/o carburos beneficiosos para el
producto final. Durante años, los fabricantes de acero han usado
cianamida de calcio (CaCN_{2}) con el objetivo de incrementar el
contenido de nitrógeno en su baño de metal fundido 10. Véase, por
ejemplo, la patente de los Estados Unidos Nº 3.322.530. Además, la
recuperación de nitrógeno se encuentra muy mejorada cuando la
CaCN_{2} se añade al baño de metal fundido 10 usando inyección de
alambre con alma según se describe en la patente de los Estados
Unidos Nº 4.897.114.
A pesar de las mejoras en la técnica anterior,
sigue existiendo necesidad de mejorar la recuperación en los metales
fundidos, y en el acero en particular.
La presente invención se puede realizar como un
dispositivo de administración de la aleación. El dispositivo de
administración puede incluir una sustancia mezclada que tiene al
menos una aleación aditiva y al menos un agente desoxidante. La
sustancia mezclada puede estar revestida con una vaina alargada. La
vaina puede ser un alambre esencialmente hueco en el que se coloca
la sustancia mezclada.
La al menos una aleación aditiva puede ser FeNb,
FeV, o FeTi. El al menos un agente desoxidante puede ser Ca, CaSi,
Si, Al, o CaCN_{2}. El agente desoxidante puede ser un polvo
típicamente constituido por partículas que tienen un diámetro
inferior a un milímetro. La aleación aditiva pueden ser partículas
de polvo molidas que típicamente tienen un diámetro inferior a un
milímetro. El agente desoxidante puede estar presente en una
cantidad de típicamente 5% al 50% de la mezcla en peso o
volumen.
La presente invención se puede realizar como un
procedimiento para proporcionar una aleación aditiva a metal
fundido, en el que al menos un agente desoxidante se mezcla con al
menos una aleación aditiva para proporcionar una sustancia mezclada.
La sustancia mezclada puede estar encastrada en una vaina metálica
para proporcionar un dispositivo de administración de la aleación.
El metal fundido se puede producir y el dispositivo de
administración de la aleación puede proveerse al metal fundido. El
dispositivo de administración puede alimentarse al metal fundido y
se puede dejar fundir la vaina en el metal fundido. Una vez fundido,
la sustancia mezclada se deja mezclar con el metal fundido y por
tanto da como resultado en la dispersión de la sustancia mezclada en
el metal fundido.
En una realización de la presente invención, la
recuperación del aditivo aleante en el acero fundido se potencia
mezclando polvos desoxidantes con las aleaciones aditivas, tales
como, pero sin limitarse a, Ca, CaSi, Si, Al, CaCN_{2}, etc., en
cantidades variables (típicamente, pero sin limitarse al, de 5% a
50% de la mezcla en peso o volumen). Sin pretender quedar ligado por
la teoría, se cree que cuando se mezcla con los agentes aditivos
aleantes y se contienen en el interior de un alambre con alma que se
inyecta en el baño de metal fundido, los polvos desoxidantes se
liberan con cercana vecindad a los polvos de aleación aditiva. Los
polvos desoxidantes reaccionan con el oxígeno disuelto contenido en
el metal fundido creando una zona con el oxígeno agotado en la misma
área que las partículas de aleación aditiva. Igualmente, en el caso
de mezclar polvos de CaCN_{2} con aleaciones aditivas formadoras
de nitruro y/o carburo en alambres con alma, la zona en la que los
polvos se liberan en el baño de metal fundido queda a la vez con el
oxígeno agotado y enriquecida con carbono y nitrógeno. Así, la
presente invención proporciona un acero fundido mejorado con aditivo
o mejorado con aleación con recuperación mejorada.
Para una comprensión más completa de la
naturaleza y objetos de la invención, se debe hacer referencia a los
dibujos adjuntos y a la descripción que sigue. Brevemente, los
dibujos son:
la fig. 1 representa un procedimiento de la
técnica anterior, en el que un baño de metal fundido enriquecido en
oxígeno reacciona con una aleación aditiva, formando de esta manera
una capa de óxido sobre el núcleo de aleación aditiva.
la fig. 2 demuestra que, en los procedimientos
de la técnica anterior, una capa de óxido reducirá la densidad,
incrementando de esta forma la flotación de la aleación aditiva en
el baño de acero fundido.
la fig. 3 representa una capa de óxido con
temperatura de fusión elevada que actúa como una barrera a la
disolución del alma de aleación aditiva de temperatura de fusión
baja.
la fig. 4 representa una realización de la
presente invención, en la que partículas de CaCN_{2} reaccionan
con el oxígeno del baño originando una zona con el oxígeno agotado.
Al mismo tiempo, se liberan carbono y nitrógeno en el interior del
baño de metal fundido, ocasionando el enriquecimiento en la zona con
el oxígeno agotado.
la fig. 5 representa una realización de la
presente invención, en la que el agente desoxidante no libera
carbono ni nitrógeno en el interior del baño de metal fundido.
la fig. 6 es un diagrama de flujo de un
procedimiento según la invención.
La presente invención se puede usar para
proporcionar un aumento de la recuperación en acero fundido mejorado
con aditivo o mejorado con aleación. Sin pretender quedar ligado por
la teoría, se cree que la adición de los polvos desoxidantes 31 a
los polvos de aleación aditiva 28 en alambres con almas para
inyección en baños de metal fundido produce una reacción química
entre el polvo desoxidante 31 y los átomos de oxígeno contenidos en
el baño de metal fundido 10. Esta reacción reduce el contenido de
oxígeno en la zona localizada 34 en la que se liberan los polvos de
aleación aditiva 28. Esto puede verse en la fig. 4 y en la fig. 5.
Reduciendo el contenido de oxígeno del baño en la zona 34 en la que
se han liberado los polvos de aleación aditiva 28, la extensión en
la que se oxidan estos polvos de aleación aditiva 28 se reduce en
gran medida, incrementando de esta manera la recuperación de la
aleación aditiva 28. Aumentando la recuperación de la aleación
aditiva 28, se reduce la reduce la cantidad que se necesita inyectar
en el metal fundido 10, ahorrando por tanto tiempo y dinero al
productor de metal. Además, incrementando la recuperación, la
química del acero fundido final se vuelve más predecible y repetible
-siendo ambos rasgos deseados del procedimiento.
En una realización de la presente invención, se
proporciona un dispositivo de administración de la aleación. El
dispositivo de administración de la aleación puede incluir una
mezcla de una aleación aditiva tal como FeNb, FeV, o FeTi, y un
agente desoxidante de Ca, CaSi, Si, Al, o CaCN_{2}. Esta mezcla se
puede alojar en una vaina metálica alargada.
A diferencia de la técnica anterior, la presente
invención ha reconocido el potencial desoxidante y/o carborizante y
nitrosante si la CaCN_{2} se combina con ciertos formadores de
nitruro y/o carburo oxidables (por ejemplo, FeNb, FeV, FeTi) y se
introduce a continuación en el baño de metal fundido mediante
inyección de un alambre con alma. La fig. 4 ilustra que cuando las
partículas 31 de CaCN_{2} se mezclan con aleaciones aditivas que
forman nitruro y/o carburo en alambres con alma, las partículas 31
de CaCN_{2} establecieron una zona 34 alrededor de la partícula de
aleación aditiva 28, en la que se ha reducido el contenido de
oxígeno y se ha enriquecido el contenido en carbono y nitrógeno.
En una realización preferida, el agente
desoxidante está en forma de un polvo con partículas que típicamente
tienen un diámetro inferior a un milímetro, mientras que la aleación
aditiva está en forma de un polvo molido con partículas que
típicamente tienen un diámetro inferior a un milímetro. En otra
realización preferida, el agente desoxidante está presente en una
cantidad típicamente del 5% al 50% de la mezcla en peso o
volumen.
La fig. 6 representa un procedimiento según la
invención. En un procedimiento de este tipo, un agente desoxidante
de Ca, CaSi, Si, Al, o CaCN_{2} se mezcla 100 con una aleación
aditiva, que puede ser FeNb, FeV, o FeTi. El material mezclado se
puede encastrar 103 en una vaina metálica con el fin de proporcionar
un dispositivo de administración de la aleación. A continuación, una
vez se ha producido un baño de metal fundido, tal como acero fundido
106, se proporciona 109 el dispositivo de administración de la
aleación en el interior del metal fundido. Se deja que la vaina se
funda 112, y la sustancia mezclada se distribuye en el interior del
metal fundido. La fig. 6 representa un procedimiento de este
tipo.
Se cree que, mezclando un compuesto que desoxida
a la vez que enriquece el metal fundido con nitrógeno y carbono (por
ejemplo, CaCN_{2}) con polvos formadores de nitruro y/o carburo
oxidable en alambres con almas, la zona en la que dicha mezcla se
libera mostrará un agotamiento de oxígeno y un enriquecimiento
simultáneo en nitrógeno y carbono. El resultado mejora la
recuperación de la aleación aditiva, como se ha descrito
anteriormente, con el beneficio de producir más nitruros y/o
carburos en el producto final. En este caso, la cantidad de
aleaciones aditivas formadoras de nitruro y/o carburo inyectada al
baño de metal fundido se puede reducir a la vez que el producto
final mostrará el beneficio potenciado del aumento en nitruros y/o
carburos. De esta manera, se pueden reducir los costes de producción
y mejorar las propiedades del producto.
Aunque la presente invención se ha descrito con
respecto a una o más realizaciones particulares, se entenderá que se
pueden hacer otras realizaciones de la presente invención sin
separarse del espíritu y del alcance de la presente invención. Por
tanto, la presente invención se considera limitada únicamente por
las reivindicaciones adjuntas y la interpretación razonable de las
mismas.
Claims (10)
1. Un dispositivo de administración de la
aleación, que comprende:
- al menos una aleación aditiva;
- al menos un agente desoxidante, siendo mezclado el agente desoxidante con la aleación para proporcionar una sustancia mezclada; y
una vaina alargada alrededor de la sustancia,
que se adapta para fundirse después de proporcionarse en un baño de
metal fundido, resultando la fundición de la vaina en que el agente
desoxidante se dispersa en el baño para combinarse con el
oxígeno.
2. El dispositivo de administración de la
aleación de la reivindicación 1, en el que la al menos una aleación
aditiva se selecciona entre el grupo constituido por: FeNb, FeV, y
FeTi.
3. El dispositivo de administración de la
aleación de la reivindicación 1, en el que el agente desoxidante se
selecciona entre el grupo constituido por: Ca, CaSi, Si, Al, y
CaCN_{2}.
4. El dispositivo de administración de la
aleación de la reivindicación 1, en el que el al menos un agente
desoxidante es un polvo constituido por partículas que tienen un
diámetro inferior a un milímetro.
5. El dispositivo de administración de la
aleación de la reivindicación 1, en el que la al menos una aleación
aditiva está constituida por partículas de polvo molido que tienen
un diámetro inferior a un milímetro.
6. El dispositivo de administración de la
aleación de la la reivindicación 1, en el que el al menos un agente
desoxidante está presente en una cantidad del 5 al 50% de la mezcla
en peso o volumen.
7. Un procedimiento para proporcionar una
aleación aditiva a metal fundido que comprende:
- mezclar al menos un agente desoxidante con al menos una aleación aditiva para proporcionar una sustancia mezclada;
- encastrar la sustancia mezclada en una vaina metálica para proporcionar un dispositivo de administración de la aleación;
- producir un baño de metal fundido;
- proporcionar el dispositivo de administración de la aleación en el interior del metal fundido;
- fundir la vaina en el metal fundido para permitir la dispersión de la sustancia mezclada, resultando en que el agente desoxidante se dispersa en el baño para combinarse con el oxígeno en el metal fundido.
8. El procedimiento de la reivindicación 7, en
el que el metal fundido es acero.
9. El procedimiento de la reivindicación 7, en
el que el al menos un agente desoxidante se selecciona entre el
grupo constituido por: Ca, CaSi, Si, Al, y CaCN_{2}.
10. El procedimiento de la reivindicación 7, en
el que la al menos una aleación aditiva se selecciona entre el grupo
constituido por: FeNb, FeV, y FeTi.
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