Дріт з серцевиною

1. Дріт з серцевиною, який містить: серцевину з порошкового/гранульованого матеріалу, внутрішнє металеве облицювання, що обгортає матеріал серцевини, принаймні один шар, який є бар'єром для передачі тепла, що обгортає внутрішнє металеве облицювання, де зазначений принаймні один бар'єр для передачі тепла виготовлений з матеріалу, який піддається піролізу при контакті з ванною рідкого металу, та просочувальну рідину, заповнену в згаданий бар'єр для передачі тепла, причому зазначена просочувальна рідина має латентну теплоту випаровування, вищу за 2 МДж/кг, та де поруч із зазначеним матеріалом, що піддається піролізу при контакті з ванною рідкого металу, немає кисню, причому зазначений матеріал має теплопровідність, яка до піролізу становить від 0,15 до 4 Вт/м2К включно. 2. Дріт з серцевиною за п. 1, який відрізняється тим, що матеріалом, який піддається піролізу, є крафт-папір, алюмінований папір або множина шарів, який містить принаймні одну стрічку крафт 2 (19) 1 3 92322 4 оболонка має радіальну товщину, що становить матеріал серцевини вибраний з групи, яка складавід приблизно 0,2 до 0,6 мм включно. ється з Са, Ві, Nb, Mg, CaSi, С, Мn, Si, Cr, Ті, В, S, 14. Дріт з серцевиною за п. 12, який відрізняється Se, Те, Pb, CaC2, Na2CO3, CaCO3, CaO, MgO, та тим, що матеріалом, який піддається піролізу, є рідкоземельних елементів. крафт-папір, одношаровий чи багатошаровий, то17. Спосіб обробки ванни рідкого металу, який вщиною від 0,1 до 0,8 мм включно. включає наступні етапи: забезпечують дріт з сер15. Дріт з серцевиною за п. 13, який відрізняється цевиною відповідно до одного з пп. 1-16, введення тим, що матеріалом, який піддається піролізу, є цього дроту з серцевиною у ванну рідкого металу. крафт-папір, одношаровий чи багатошаровий, то18. Спосіб за п. 17, що додатково включає етап вщиною від 0,1 до 0,8 мм включно. продування аргону над ванною рідкого металу, 16. Дріт з серцевиною за п. 1, який відрізняється коли дріт з серцевиною вводять у ванну рідкого тим, що порошок або гранули матеріалу серцевиметалу. ни є або ущільненими, або зануреними у смолу, і Винахід стосується технічної галузі трубчастих оболонок, які містять ущільнені порошкові або гранульовані матеріали, причому ці оболонки з серцевиною використовують для обробки металів у рідкому стані, зокрема, заліза та сталі, і їх у продажу називають "дротами з серцевиною". Конкретно уведення цих дротів з серцевиною у ванну рідкого металу забезпечує здійснення очищення, розкислення, дегазації, травлення і/або модифікацію композиції цих ванн. Так, наприклад, звільнення від сірки залізної болванки, одержаної дуттям в печі, призначеної для перетворення в сталь, було досягнуто, використовуючи дроти з серцевиною, які містять Мg та С2Са, або навіть Na2CO3, CaCO3, МgО. Дроти з серцевиною зазвичай використовують у вторинній обробці (металургії) сталі, серед інших засобів, таких як перемішування в ливарному ковші, вдування порошку, ковшова електродугова піч, RH (Ruhrstahl Heraeus) дегазація та різноманітні вакуумні процеси. Головними функціями дротів з серцевиною у операціях виробництва сталі є розкислення, звільнення від сірки, контроль форми вкраплень, покращення текучості у рідкому стані і регулювання якості композиції. Спосіб розкислення полягає у поєднанні кисню, розчиненого в рідкій сталі, яка надходить від конвертора або електродугової печі (500млн-1 або більше кисню) з агентом розкислення, який значно зменшує вміст розчиненого кисню в рідкому металі (наприклад, 10млн-1 кисню або менше). Вивчення кривих активності розчиненого кисню в рідкому залізі при температурі 1600°С, у рівновазі з різними окислювальними елементами, показує, що відносно помірне додавання алюмінію дає можливість значно зменшити вміст залишкового розчиненого кисню, призводячи до утворення твердих окислів алюмінію. В результаті алюміній широко використовують як агент розкислення в промисловості виробництва сталі. Рідкий метал, одержаний в електродуговій печі, є більш-менш вільним від вуглецю, фосфору, але він є кипучим; через високий вміст в ньому кисню відбувається спонтанна реакція між вуглецем у сталі і киснем, утворюючи газоподібний СО всередині ванни рідкої сталі. Далі розкислення може також позначатись як травлення (ліквідування бурного спінювання) ванни рідкої сталі. Агентами розкислення, які містяться в дротах з серцевиною, часто є залізисті сплави (феросиліцій, феромарганець) або алюміній. Процес розкислення призводить до утворення окислів (окису кремнію, окису марганцю, окису алюмінію), які за допомогою помірного збовтування ливарного ковша до великої міри абсорбуються в шлак. Не дивлячись на всі перестороги, які можуть бути здійснені, залишкові включення окису алюмінію можуть спричинити блокування ливарних сопел або появу тріщин в кінцевих продуктах з малим поперечним перерізом, таких як ті, що надходять з машин для безперервного лиття тонких листових заготовок. Додавання кальцію до розкислених алюмінієм сталей призводить до модифікації твердих включень окису алюмінію через часткове відновлення кальцієм, утворюючи рідкі алюмінати кальцію при температурах виробництва сталі. Тому алюмінати кальцію є сферичними, коли в них вміст СаО становить від 40% до 60% включно. Кількість кальцію у розчині, необхідна для одержання модифікації включень, залежить від вмісту алюмінію у ванні металу. Тому більша частина кальцію, уведена за допомогою дроту з серцевиною, перебуває в рідині металу у формі рідких включень алюмінатів кальцію, і не перевищує декількох млн."1. Утворення рідких сферичних алюмінатів кальцію зменшує або усуває засмічення сопла під час операцій лиття, і з цієї причини розкислені алюмінієм сталі зазвичай обробляють кальцієм через уведення дроту з серцевиною в ківш для розливання розплавленої сталі. На практиці важко уникнути інтенсивної турбуленції рідкої сталі, спричиненої раптовим випаровуванням кальцію, який міститься в дроті з серцевиною. Тиск пари кальцію дійсно становить приблизно 1,8 атм при 1600°С. Якщо турбуленція дуже інтенсивна, то вона може порушувати умови проникнення дроту з серцевиною до сталевої ванни і може спричинити те, що сталь стає знову окисленою і/або азотованою. Якщо випаровування кальцію стає значним, то рідка сталь може розбризкуватись через шлак і ставати ще окисленою. При екстремальних реакціях рідка сталь може розбризкуватись через сторони ливарного ковша на підлогу цеху, навколишнє обладнання або персонал цеху. Ці реакції випаровування можуть призводити до збільшення вмісту О2, N2 і навіть Н2 в сталі. Турбуленцію можна зменшити за допомогою 5 92322 6 уведення кальцію у формі CaSi. Однак може бути Тому виробництво і використання дротів з сезначним недоліком уведення кремнію в рідку рцевиною представляють велику кількість практисталь, таку як призначену для глибокого витягучних проблем, деякі з яких зазначені нижче. вання, де вміст кремнію обмежений. Іншим запроНедостатнє або неправильне ущільнення понованим вирішенням було уведення кальцію у Недостатнє ущільнення матеріалу, який місформі сплаву CaNi, можливо, змішаного з невелититься в дроті з серцевиною, позначається на некою кількістю сплаву CaSi. Інші рішення представдостатній кількості уведеного матеріалу на одинилені в документі ЕР-0.190.089. цю часу в сталеву ванну або рідкий метал. Іншим наближенням до зменшення турбуленНедостатнє ущільнення матеріалу, який місції, спричиненої випаровуванням і реакцією кальтиться в дроті з серцевиною, зменшує кількість на цію з атмосферою, є розгляд продування об'єму, одиницю часу матеріалу, уведеного в рідкий мерозміщеного між поверхнею металу і кришкою литал. варного ковша, інертним газом, таким як аргон. На Якщо ущільнення недостатнє, то матеріал мопрактиці, оскільки печі не є герметичними від проже переміщуватись всередині дротів з серцевиникнення повітря, сильне продування аргоном ною, призводячи до подальшого зростання непеможе спричинити втягування повітря, а слабке редбачуваних результатів. продування аргоном може спричинити надмірну Надмірні механічні сили при розмотуванні кількість кисню, який залишається в атмосфері над Якщо процес ущільнення робить необхідною рідкою сталлю. значну пластичну деформацію металевої оболонСлід також зазначити, що збовтування або баки, то збільшена жорсткість завдяки збільшенню рботування аргону через пористу заглушку в лиміцності на розтягування оболонки дроту з серцеварному ковші спричиняє збільшення поверхні виною може спричинити значне збільшення сил шлаку, що далі збільшує втрату кальцію через розмотування. Зокрема, цей ефект помітний в мавипаровування або окислення під час одночасного лій упаковці дроту з серцевиною з малим радіусом уведення дроту з серцевиною, причому струмінь кривизни. сталі, що зростає, і бульбашки аргону спричиняНедостатня жорсткість дроту з серцевиною ють прямий контакт рідкого металу (і, таким чином, Деякі дроти з серцевиною, зокрема, з пряморозчиненого кальцію) з повітрям. кутним поперечним перерізом, мають недостатню Очевидне відновлення додавання кальцію є, жорсткість, щоб надати можливість уводити їх в головним чином, відображеннямвмісту включення певні металеві ванни з високою щільністю на будьв сталі. Більша частина кальцію, доданого через яку помітну глибину, особливо, якщо ці ванни покдріт з серцевиною, втрачається через випаровуриті шлаком з високою в'язкістю. вання і/або окислення атмосферою, шлак і тугопСпіральна деформація під час розмотування. лавкі сполуки, при тільки мінімальних кількостях Під час розмотування дроту з серцевиною, кальцію, захоплених включеннями. Таким чином, який зберігається на статичній обоймі, спостерігадуже важливо, щоб звести до мінімуму ці вторинні ється спіральна деформація дроту, так що цей реакції, додавати кальцій після хорошого продудріт з серцевиною не проникає у рідку металеву вання включень і регулювати додавання до бажаванну, але викривляється назад на себе і залишаного ступеню перетворення цих включень. ється на поверхні. Екзогенні включення (окисли), утворені в реРозщеплення оболонки дроту з серцевиною. зультаті контакту кальцію з тугоплавкими сполукаІноді під час розмотування дроту з серцевими і/або порошками в розливальному пристрої, ною з котушки, на якій він зберігається, або з фактично важко усунути перед твердінням металу. обойми, або під час випрямлення дроту перед Ці включення окислу алюмінію є твердими і більш його уведенням в рідку ванну, відбувається пошшкідливими, ніж включення алюмінату кальцію, і кодження шва (спаю) в оболонці дроту з серцевиспричиняють накопичення, які заважають безпеною. Такі пошкодження шва спричиняють втрати рервному потоку сталі через ливарні сопла. матеріалу або затори в обладнанні для уведення Нарешті, обробка сталі, розкисленої алюмінідроту. єм, дротом з серцевиною з кальцію, також може Зменшення часу, необхідного для уведення у спричинити утворення сульфідів кальцію, що певанну заданої кількості добавок. решкоджає вільному потоку сталі через ливарні Збільшення швидкості уведення дроту у ванну сопла в сталях з малим вмістом алюмінію і висоможе спричинити аварії, якщо дріт стикається з ким вмістом сірки. Сталі, призначені для високошдном резервуару або виходить з ванни до того, як видкісного різання, (тобто, сталі для вільної обровін мав би достатньо часу, щоб розплавитись. бки), характеризуються високим вмістом сірки. Збільшення діаметра дроту призводить до збіТаким чином, контролювання стану включень льшення радіусу намотки, і тому шпулі, необхідні шляхом додавання хімічних компонентів (напридля намотування цього типу дроту, стають занадклад, кальцію), уміщених в дроти з серцевиною, по то великими, щоб їх можна було легко використосуті втягує окисли та сульфіди. вувати в наявному зменшеному просторі в сталеТому розкислення і контролювання стану ливарному виробництві. включень сталей є складними операціями, які заЗ метою інформації, для того, щоб увести 1кг лежать від знання, як робити, виробників сталі, CaSi на тону сталі в ливарний ківш на 150 тон, операціями, для яких якість дротів з серцевиною є тобто 150кг порошку CaSi, уміщеного в дріт з дуже важливою, зокрема, правильність композиції щільністю 240г/м, потрібний дріт з серцевиною і щільність сплаву всередині дроту. довжиною 625м, причому уведення кілометра цьо 7 92322 8 го дроту при швидкості 2м/сек, вимагає робочого - Європейські патентні заявки, опубліковані під часу більше, ніж п'ять хвилин. номерами: 0.032874, 0.034.994, 0.044.183, Передчасна деструкція дроту з серцевиною 0.112.259, 0.137.618, 0.141.760, 0.187.997, Якщо оболонка дроту з серцевиною зруйнова0.236.246, 0.273.178, 0.277.664, 0.281.485, на передчасно, при раптовому плавленні негайно 0.559.589; після проникнення в металеву ванну, то вміст дро- Французькі патентні заявки, опубліковані під ту вивільняється поблизу від поверхні ванни і тому номерами: 2.235.200, 2.269.581, 2.359.661, не може бути відновлений до рівня, помітно доста2.384.029, 2.392.120, 2.411.237, 2.411.238, тнього, щоб бути ефективним. 2.433.584, 2.456.781, 2.476.542, 2.479.266, Деформація дроту у формі літери U у ванні рі2.511.039, 2.576.320, 2.610.331, 2.612.945, дкого металу. 2.630.131,2.688.231; Крім того, заявлено в документі з попередньої - Американські патенти, опубліковані під номепрактики, що дріт з серцевиною може втратити рами: 2.705.196, 3.056.190, 3.768.999, 3.915.693, свою жорсткість і поступово вигнутись у формі 3.921.700, 4.085.252, 4.134.196, 4.147.962, літери U у ванні рідкого металу таким чином, що 4.163.827, 4.035.892, 4.097.267, 4.235.007, його кінець підіймається до поверхні перед тим, як 4.364.770, 4.481.032, 4.486.227, 4.671.820, вміст дроту випущений, причому ця дія підіймання 4.698.095, 4.708.897, 4.711.663, 4.738.714, відбувається через, зокрема, феростатичний удар, 4.765.599, 4.773.929, 4.816.068, 4.832.742, і видима щільність дроту є зазвичай меншою, ніж 4.863.803, 4.906.292, 4.956.010, 6.053.960, щільність металевої ванни. 6.280.497, 6.346.135, 6.508.857. Якщо дріт з серцевиною містить Са, Мg, то виКоротке представлення декількох наведених вільнення цих елементів при малій глибині ванни документів показує велику різноманітність технічрідкого металу спричиняє дуже високі втрати виних рішень, які розглядаються, щоб відповідати ходу кінцевого продукту. різним технічним проблемам, викладеним у вступі. Вивільнення великої маси кальцію поблизу від Документ ЕР-В2-0.236.246 описує дріт з серповерхні ванни рідкого металу спричиняє інтенсицевиною, який складається з металевої оболонки, вну реакцію, значне розбризкування розплавленозшитої за допомогою складки, яка закінчується по го металу і дуже погане відновлення кальцію. колу, замкненої на собі, і край якої входить в конНедостатня глибина проникнення дроту з сертакт всередину ущільненої маси, яка утворює серцевиною у ванну рідкого металу. цевину дроту з серцевиною. Як приклад, документ США 4.085.252, для якоЗшивання здійснюють вздовж профільної плаго існує таке співвідношення між глибиною пронистини оболонки дроту з серцевиною, і воно може кнення L, товщиною (e) металевої оболонки дроту бути зміцнене швом взамок, утвореним поперечі діаметром (d) стрижню церію: ними зубцями по всій ширині стрічки, яку зшиваL = 1,7 (e+0,35d)v. 10-2 ють. Ущільнення серцевини дроту з серцевиною де ν є швидкість уведення дроту, яка станоздійснюють шляхом утворення відкритої складки, вить від 3 до 30м/хв. включно, з метою безпеки. протилежної до зони зшивання, потім закриваючи Якщо L є малим, наприклад, 30см, то існує цю складку радіальним стисканням. Оболонка збільшений ризик, що продукт, який міститься в дроту з серцевиною зроблена із сталі або алюмідроті з серцевиною, може надійти в контакт з шланію і містить, наприклад, порошковий сплав CaSi з ком, і таким чином бути втраченим. 30% Са за вагою. Якщо L є занадто малим, то є також ризик геДокумент США-4.163.827 описує дріт з серцетерогенності в розподіленні хімічного елемента виною, який містить серцевину з феросиліцієвою (елементів), які містяться в дроті з серцевиною, у основою, яка складається з Са, АІ у формі порошванні рідкого металу. ку, зануреного в смолу або зв'язуючий полімер, Реактивність порошків, які містяться в дроті, і такий як поліуретан, причому цю серцевину екстблокування установки безперервного лиття рудують перед тим, як її уміщують в одиничну або Як вказано в документі США 4.143.211, хімічна подвійну спіральну обмотку тонкої стрічки металу, спорідненість елементів, таких як рідкоземельні, пластика або паперу товщиною від 0,025мм до АІ, Са, Ті, до кисню призводить до утворення оки0,15мм. Цей тип дроту з серцевиною має численні слів, які можуть прилипати до внутрішніх стінок недоліки. На першому місці перебуває недолік, сопел, які регулюють потік, яких використовують в який полягає в тому, що матеріали, що утворюють установках безперервного лиття, і таким чином смолу, є джерелом забруднення, яке є неприйнятспричиняти їх часткове або повне блокування. ним для ванни рідкого металу. На другому місці Тому необхідно забезпечити виробників сталі перебуває недолік, який полягає в тому, що мехадротами з серцевиною, які полегшують гомогенне нічна стійкість і жорсткість дроту є дуже недостатуведення точно правильної кількості реагентів для німи. На третьому місці перебуває недолік, який одержання бажаного результату (розкислення, полягає в тому, що порошок феросиліцію практичконтролю форми включень, механічної стійкості та но не захищений відносно підвищеної температуіншого). ри рідкого металу. Для того, щоб спробувати вирішити принаймні Документ ЕР-0.032.874 описує дріт з серцевиодну з цих технічних проблем, в попередній пракною, який складається з металевого зварного обтиці запропонована дуже велика кількість структур лицювання з тонкого листа, яке містить додаткове і способів виробництва дротів з серцевиною, наоточення принаймні частково оболонкою із синтеприклад, ілюстрованих в таких документах: тичного органічного або металевого матеріалу в формі листа товщиною меншою, ніж 100 мікрон. 9 92322 10 Дріт має сплющену форму. Тонкий лист виготовку з м'якої сталі (температура плавлення 1538°С), лений з поліетилену, складного поліефіру або пояка містить феросиліцій з 75% кремнію (темпералівінілхлориду і утворює засіб, непроникний для тура плавлення 1300°С), плавиться при темпераводи, який може бути таким, що він скорочується турі приблизно 1200°С, коли він занурений, наприпід дією тепла. Жоден спосіб виробництва не опиклад, в сірий чавун при температурі 1400°С, саний для цього сплющеного дроту зсерцевиною, причому цей розплав витікає з внутрішньої частиконцепція якого здається більше домислом уяви, ни обгортки через той факт, що дифузія кремнію в ніж промисловим відкриттям. обгортку знижує температуру плавлення м'якої Документ FR-2.610.331 від заявника описує сталі. дріт з серцевиною, який має у своєму складі зону Документ США-4.174.962 зазначає, крім цієї по осі, яка містить головний порошковий або градифузії кремнію, розчинення зовнішньої стінки нульований матеріал, оточений проміжною метаобгортки дроту з серцевиною через ерозію та дилевою трубчастою стінкою, і кільцеву зону, розміфузію, навіть якщо температура плавлення обгорщену між цією проміжною стінкою і оболонкою тки більша, ніж температура ванни рідкого металу. дроту з серцевиною, причому ця кільцева зона Документ США-4.297.133 описує трубку з памістить другий порошковий або гранульований перу, намотану шарами, причому ця трубка закриматеріал. Зона по осі містить, що є сприятливим, та ущільненням з металевої плівки. Визначений матеріали, які є найбільш реактивними відносно час горіння паперу становить три секунди, якщо ванни, яку мають обробляти. трубка уміщена у ванну рідкої сталі при темпераДо тих пір, поки зовнішня металева оболонка турі 1600-1700°С. цього дроту з серцевиною не зруйнована, матеріЗаявник описав в публікаціях FR-2.821.626 та ал, який заповнює кільцеву зону, здійснює роль FR-2.810.919 дроти з серцевиною, які мають оботеплового ізолятора, який зменшує підвищення лонки, які, оскільки вони є горючими, не залишаютемператури проміжної стінки, таким чином зменчи шкідливих залишків, моментально повільно шуючи ризик згинання дроту, яке могло б перешпоширюють тепло до серцевини дроту, оскільки ці кодити йому увійти до ванни, оскільки проміжна оболонки зроблені з паперу, відомого як папір пістінка зберігає певну жорсткість. ротехнічного призначення, який є горючим і теплоДокумент США-3.921.700 описує дріт з серцеізоляційним. виною зі сталевою оболонкою, яка містить магнієВідповідно до цих двох запропонованих ранівий дріт у напрямі по осі і залізний порошок з нише заявником документів, при збільшенні кількості зькою теплопровідністю і високою теплотворною шарів паперу летючість дроту з серцевиною, який здатністю, таким чином утворюючи тепловий ізомістить кальцій, або випаровування цього кальцію, лятор, який захищає магній від нагрівання дуже зменшується, і таким чином дріт з серцевиною швидко, коли дріт з серцевиною занурений в рідку можна увести на достатню глибину у ванну рідкого сталь. Як варіант, графіт або вуглець змішують з металу, щоб уникнути поверхневої реакції ванни з залізним порошком. вмістом дроту, а також ризиків, які виникають з Серед технічних проблем, поставлених викоцього: окислення або утворення нітридів у ванні, ристанням дротів з серцевиною, декілька виникарозбризкування рідкого металу, виділення диму, ють з того факту, що практично неможливо визнадуже низький вихід продукту за способом уведенчити, що точно відбувається з цим дротом, коли ня добавок за допомогою дроту з серцевиною. він занурений у ванну рідкого металу, таку як лиВідповідно до цих запропонованих раніше доварний ківш зі сталлю при температурі 1600°С. кументів, повільне горіння піротехнічного паперу Зокрема, такі запитання є делікатними: якою є не спричиняє появу залишків горіння, які впливаформа дроту у ванні (пряма, вигнута у формі літеють на композицію (склад) ванни рідкого металу і ри "U")? І до якої глибини він руйнується при плавне утворюють включень, які змінюють поведінку ленні. У попередньому рівні техніки нічого не ванни, коли вона тече. У втіленні, описаному дознайдено з цього предмету, крім окремих і іноді кументом FR-2.821.626, над цією обгорткою з госуперечливих інформаційних повідомлень. рючого піротехнічного паперу, який не залишає Документ FR-2.384.029 описує дріт, за допошкідливих слідів у ванні рідкого металу, застосомогою якого до розплавленого металу додають ваний металевий захист, щоб перешкодити руйнуневелику кількість речовин з метою зміни властиванню шарів піротехнічного паперу, коли вони навостей металу, який складається з сталевої обомотані на котушку дроту з серцевиною, або коли лонки, яка обгортає композит ущільненого порошдріт з серцевиною змотують з цієї котушки. кового феросиліцію з більше, ніж 65% кремнію за Заявник був також здивований, що дроти з севагою. Відповідно до цього раніше запропонованорцевиною, описані в документах FR-2.821.626 або го документа, відбувається дифузія кремнію до FR-2.810.919, не завжди дають вихід продукту, сталевої оболонки дроту під час уведення в рідкий який є вищим, ніж у дротах з серцевиною, які були метал таким чином, що: оголені від стрічок паперу, намотаних спіральною - температура плавлення речовини, що змінює намоткою. властивості металу, яка міститься в дроті, зменЗаявник вирішив знайти рішення цієї технічної шується; проблеми шляхом забезпечення, крім того, дроту з - температура плавлення сталі в обгортці дросерцевиною, тривалість життя якого у ванні рідкого ту зменшується, в той час як відбувається дифузія металу збільшена порівняно зі звичайними дротавуглецю через зовнішню поверхню обгортки дроту. ми, так щоб можна було досягти наперед визначеВідповідно до цього раніше запропонованого ну глибину у ванні рідкого металу. документа дріт з серцевиною, який містить обгорт 11 92322 12 Заявник після складних і тривалих випробу- матеріал, який піддається піролізу, прикріпвань зробив відкриття, зокрема: лений приклеюванням його до металевого обли1) що важливо уникнути повного згоряння нацювання всередині дроту з серцевиною; мотаного паперу, описаного в документах FR- матеріал, який піддається піролізу, розміще2.821.626 та FR-2.810.919 до того, як дріт з серцений між металевим облицюванням всередині дровиною увійде у ванну рідкого металу, ту з серцевиною і зовнішньою металевою оболон2) засіб для уникнення цього горіння, кою; 3) що збільшення тривалості життя дроту з се- зовнішня металева оболонка має шов з марцевиною було гарантоване, коли горіння паперу теріалом, що піддається піролізу, розміщеним між не відбувається до того, як дріт з серцевиною вхозшивною стрічкою, так що всі прямі контакти медить у ванну рідкого металу, якщо папір був не тал/метал у зшивальній стрічці усунено; обов'язково піротехнічним або класу М1, або зі - внутрішнє металеве облицювання має радіазбільшеною стійкістю до займання, на противагу льну товщину, що становить від приблизно 0,2 до до того, що зазначено у документах FR-2.821.626 0,6мм включно, причому зовнішня металева обоабо FR-2.810.919, оскільки папір не горів у ванні лонка має радіальну товщину, що становить від рідкого металу, але відбувався піроліз, так що він приблизно 0,2 до 0,6мм включно; перетворюється в матеріал, теплофізичні власти- матеріалом, який піддається піролізу, є вості якого до цього часу невідомі заявникові, тому крафт-папір, одношаровий або багатошаровий, що цей піроліз не досягнутий, крім відносно певних товщиною від 0,1 до 0,8мм включно; вимірювань, які деталізовані нижче. - дріт з серцевиною містить принаймні один Таким чином, заявник відкрив недорогі і реаматеріал, вибраний із групи, яка складається з Са, льні засоби для збільшення тривалості життя дроВі, Nb, CaSi, С, Μn, Si, Cr, Ті, В, S, Se, Те, Pb, тів з серцевиною у ваннах рідкого металу, причому CaC2, Na2CO3, СаСО3, СаО, MgO, рідкоземельні ці засоби сумісні з усіма структурами, описаними елементи, у формі порошку, ущільнених зерен або раніше для дроту з серцевиною, і ці засоби принозерен, занурених в смолу, або інші хімічні елеменсять сприятливий технічний ефект на додаток до ти, які можуть бути корисними для уповільнення кожної з індивідуальних переваг різних типів відореакції всередині металевої ванни. мих раніше дротів з серцевиною. Інші об'єкти та переваги винаходу стануть Тому винахід стосується, відповідно до його очевидними під час подальшого опису способів першого аспекту, дроту з серцевиною, який склавтілення, причому цей опис буде зроблено з посидається з принаймні одного шару, який є бар'єром ланням на додані креслення, на яких: для передачі тепла, причому згаданий шар виго- фігура 1 є представленням принципу уветовлений з матеріалу, який піддається піролізу при дення дроту з серцевиною у ванну рідкої сталі; контакті з ванною металу, такою як рідка сталь. - фігури 2-12 є температурними кривими як Відповідно до різних способів втілення, дріт з функція часу, одержаними з кількісних моделюсерцевиною має такі характеристики, якщо таке вань; трапляється, у поєднанні: - фігури 13-21 є температурними кривими як - він має зовнішній шар, який є бар'єром для функція часу, і є результатами програм випробупередачі тепла, який обгортає металеве внутрішнє вань, направлених заявником. облицювання, причому згаданий зовнішній шар, Посилання на фігуру 1, яка є представленням який є бар'єром для передачі тепла, виготовлений принципу уведення дроту з серцевиною у ливарз матеріалу, який піддається піролізу при контакті з ний ківш з рідкою сталлю. ванною рідкого металу; Дріт з серцевиною (1) видаляють із обойми (2), - матеріалом, який піддається піролізу, є як описано в документі FR-2.703.334 заявником, крафт-папір, алюмінований папір або багатошароабо видаляють з котушки (3) і уводять в інжектор вий папір, який складається з принаймні однієї (4). стрічки крафт-паперу і може мати принаймні один Цей інжектор (4) подає дріт у спрямовуючу шар алюмінованого паперу; трубку (5), і дріт з серцевиною виходить із спрямо- матеріал, який піддається піролізу, покритий вуючої трубки (5) на висоті порядку від 1,00 до тонким металевим листом; 1,40 метра над поверхнею ванни рідкої сталі (6), - тонкий металевий лист виготовлений з алюяка міститься в ливарному ковші (7). мінію або алюмінієвого сплаву; Таким чином, дріт з серцевиною (1) розміще- матеріал, який піддається піролізу, має тепний у трьох зонах, які є дуже різними за термічнилопровідність в межах від 0,15 до 4ват/м.К включми умовами: но до піролізу; - перша зона, в якій дріт з серцевиною перебу- матеріал, який піддається піролізу, має темває всередині спрямовуючої трубки; пературу на початку піролізу, що становить поряд- друга зона, розміщена над ванною рідкої ку 500°С; сталі, в якій дріт з серцевиною уміщений в прямий - матеріал, який піддається піролізу, може бути контакт з навколишньою атмосферою; заповнений водою або хімічною сполукою з висо- третя зона, якою є сама сталь або ванна рідкою латентною теплотою випаровування, зокрема, кого металу. вищою, ніж 2МДж/кг; Для того, щоб обмежити кількість випробу- матеріал, який піддається піролізу, може вань, проведених з інструментованим дротом з складатися з шару змоченого паперу; серцевиною (тобто, оснащеним вимірювальною апаратурою), була розроблена модель, яка моде 13 92322 14 лювала термічну поведінку дроту з серцевиною за дою кальцієвою серцевиною, уміщеною в оболонцих трьох умов. ку і в контакті зі сталевим внутрішнім облицюванДля цієї моделі були розроблені трьохвимірні ням, яке само уміщене в оболонку і перебуває в обміни випромінювання тепла між плоскою, темконтакті з папером. ною, сірою та дифузною поверхнею шляхом розСпрямовуюча трубка (5) представлена порожрахунку факторів форми та переносу. нистим сталевим циліндром при постійній темпеФактори форми були розраховані за допоморатурі, яка дає енергію дротам з серцевиною гою моделі плоского потоку, а фактори переносу впродовж часу t1, так що: були розраховані за допомогою методу покриття, t1 = L1/ ν, де беручи до уваги дифузне багаторазове відбиття. Ц є довжина спрямовуючої трубки (5) і Припустили, що всередині спрямовуючої трубν є швидкість проходження дроту з серцевики одержаний потік є таким, що випромінюється з ною в трубку (5). спрямовуючої трубки, в яку вставлений дріт з серВанна рідкого металу і стінки ливарного ковша цевиною, з фактором форми, що дорівнює 1. (7) представлені в кількісній моделі температурою, Для вільного проходження дроту з серцевияка становить 1600°С з випромінюванням і конвеною після виходу з спрямовуючої трубки (5) і пекцією у напрямі до дроту з серцевиною, відповідно ред його входженням у ванну рідкого металу (6) до якої дріт розміщений над ванною (6) або в цій потік розглядають як такий, що випускає випроміванні рідкого металу (6). нювання від ванни рідкого металу (6) і стінок ливаТепловий обмін відбувається шляхом конвекції рного ковша (7). з дуже високим коефіцієнтом обміну Всередині ванни рідкого металу (6) перенос (50000Вт/м2К), починаючи з температури Т2, коли розглядають як такий, що передається теплопродріт з серцевиною входить у ванну рідкого металу відністю з коефіцієнтом теплообміну, що стано(6). вить порядку 50,000 Вт/м2К, коли прикладена темТ2 розрахована так: пература поверхні. Т2 = L1 + L2/v, де Загальна здатність випромінювати тепло зовL2 є відстань між найнижчою частиною спрянішньої поверхні дроту з серцевиною розглядаєтьмовуючої трубки (5) і поверхнею ванни рідкого ся такою, що становить 0,8, а така здатність спряметалу (6). мовуючої трубки становить 1, в той час як така Швидкість подачі дроту з серцевиною станоздатність ванни розглядається такою, що становить 2м/сек., причому початкова температура дровить 0,8. ту з серцевиною становить 50°С. Тепловий потік, що випромінюється, змінюєтьВільна подача дроту з серцевиною за межами ся, відповідно до закону Стефана-Больцмана, за спрямовуючої трубки (5) і перед уведенням у вантакою формулою: ну рідкого металу розглядають як таку, що повинна мати довжину, що становить 1,4м. 4 4 Ф х F x x (T1 T2 ), Дріт розглядають як такий, що має руйнуваде: тись тоді, коли, за розрахунком, поверхня кальцієΦ - тепловий потік, який обмінюється між двової серцевини має температуру більшу, ніж ма поверхнями, в Вт/м2 1400°С. ε - коефіцієнт, який бере до уваги здатність Як показано на фігурі 3, модель означає, що випромінювати тепло двох поверхонь; для посилання на дріт з серцевиною без теплової F - коефіцієнт форми, який бере до уваги поізоляції температура поверхні кальцієвої серцевиверхні, форми та орієнтацію двох поверхонь відни збільшується тільки на 70°С під час вільної поносно одна одної; дачі, і що вона досягає порогу, що становить σ - константа Стефана-Больцмана, яка дорів1400°С за 0,15сек. після проходження тільки 30см нює 5,67 x 10-8 Вт/м2К; у ванну рідкого металу зі швидкістю 2м/сек. Т1 та Т2 є абсолютна температура у градусах Градієнт температури між сталевим внутрішКельвіна двох поверхонь, причому Т1 більша, ніж нім облицюванням і кальцієвою серцевиною, за Т2. розрахунком, не перевищує 65°С. Фігура 2 подає коливання фактору переносу Таким чином, коли температура поверхні каміж дротом з серцевиною і ванною рідкого металу льцієвої серцевини становить 1400°С, температу(ε x F) як функцію відстані над цією ванною рідкого ра зовнішньої поверхні сталевого облицювання металу, причому значення нуль на осі абсцис відстановить 1465°С, так що сталеве облицювання повідає поверхні ванни рідкого металу. не плавиться до того, як зруйнується дріт з серцеДріт розглядають як такий, що складається з виною, причому латентне тепло плавлення сталетрьох концентричних циліндричних шарів, а саме, вого облицювання в цьому кількісному моделюсерцевини з кальцію, облицьованої сталлю, приванні не беруть до уваги. чому це сталеве внутрішнє облицювання покрите Фігура 4 подає чотири кривих зростання темпапером. ператури поверхні кальцієвої серцевини дроту з Для кількісної моделі діаметр серцевини з касерцевиною як функцію часу, причому кожна з цих льцію становить 7,8мм, товщина сталевого внутчотирьох кривих відповідає різній товщині захиснорішнього облицювання становить 0,6мм, в той час го паперу, а саме: як товщина паперу може мати різні значення, на0,025мм для кривої 4а, приклад, 0,6мм для восьми шарів пачки паперу. 0,05мм для кривої 4b, Для моделювання дріт з серцевиною розгля0,1мм для кривої 4с, дають як такий, що має прийняти форму з твер0,6мм для кривої 4d. 15 92322 16 Порівняння фігур 3 та 4 показує, шляхом кільЗаявник встановив таку додаткову гіпотезу: кісного моделювання, захисний ефект паперу, папір піддається піролізу і не горить всередині який оточує сталеве облицювання, причому захиванни рідкої сталі. сний ефект цього паперу збільшується зі збільПотім заявник пішов далі з кількісними модешенням товщини паперу. лями, розглядаючи папір як тіло, що має дві різні Криві, показані на фігурі 4, були одержані, бетеплопровідності залежно від температури: ручи до уваги, що шари паперу залишаються не- першу теплопровідність, що є теплопровідніушкодженими, без горіння. стю первинного паперу (0,15Вт/К.м), причому ця Відповідно до цієї гіпотези, ізоляція товщиною перша теплопровідність підтримується до тих пір, 0,025мм може бути достатньою, щоб захистити поки вона досягає температуру порядку 500°С на дріт з серцевиною до тих пір, поки він не досягне початку піролізу; дна ванни рідкого металу. Однак, треба мати на - другу теплопровідність (300Вт/К.м), яку, як увазі, що температура горіння паперу становить припускають, досягають, коли температура папеприблизно 550°С. ру, що піддається піролізу, становить 600°С, тобВивчення збільшення температури поверхні то, температура, коли, як припускають, піроліз має паперу під час вільної подачі було здійснено, не закінчитись. враховуючи ефект конвекції відносно випромінюПрипускають, що між температурою 500 та вання, який фактично переважає. 600°С зміна теплопровідності від 0,15Вт/К.м до Фігура 5 показує розвиток температури повер300Вт/К.м є лінійною. хні паперу як функцію теплопровідності цього паФігура 8 подає результати кількісної моделі перу під час першої секунди вільної подачі дроту з для температури поверхні кальцію, який міститься серцевиною, якщо товщина паперу становить в дроті з серцевиною, коли припускають, що папір 0,6мм і якщо швидкість розмотування дроту з сермає розчинитись у ванні рідкого металу зразу ж цевиною становить 2м/сек. після того, як він піддався піролізу. Крива 5а відповідає теплопровідності Крива 8а відповідає звичайному дроту з сер0,1Вт/К.м, крива 5b відповідає теплопровідності цевиною без захисного паперу. 0,15Вт/К.м і крива 5с відповідає теплопровідності Крива 8b відповідає дроту з серцевиною, який 0,2Вт/К.м. був забезпечений захисним папером товщиною Фігура 5 показує, що горіння паперу можливе, і 0,6мм. деструкцію паперу під час вільної подачі дроту з Крива 8с відповідає дроту з серцевиною, який серцевиною не можна виключати. був забезпечений захисним папером товщиною Фігура 6 показує розвиток температури повер1,2мм. хні паперу для теплопровідності цього паперу, що Фігура 8 пропонує, що коли папір зникає після становить 0,15Вт/К.м, при швидкості уведення піролізу, то неможливо захистити дріт з серцевидроту з серцевиною, що становить 2м/сек., причоною достатньо обґрунтовано, що він досягає дна му товщина паперу на кривій 6а становить 0,6мм, сталевої ванни. Це залишається дійсним навіть на кривій 6b становить 0,2мм і на кривій 6с станотоді, якщо товщина паперу подвоєна. вить 0,1мм. Під час промислових випробувань заявник виФігура 6 показує, що при зменшенні товщини значив, що дріт з серцевиною іноді досягає дна паперу температура поверхні цього паперу зменванни, коли дріт покритий захисним папером. Тому шується, і тому існує ризик загоряння під час вільможливо, що папір не зникає після піролізу, який ної подачі дроту з серцевиною над ванною рідкого відбувається у ванні рідкої сталі. металу. Піроліз крафт-паперу був здійснений при підЯк відомо досвідченим спеціалістам, поверхня вищенні температури аркушів паперу при відсутванни рідкого металу, такого як сталь, покрита ності кисню, поки була досягнута температура шаром шлаку, який утворює тепловий екран, фігуприблизно 600°С, і було здійснено вимірювання ра 7 показує, що на температуру паперу, який поктеплопровідності паперу перед і після піролізу. З риває дріт з серцевиною, широко впливає зміна цього дослідження стало очевидним, що теплоптемператури джерела випромінювання тепла. ровідність паперу мало змінюється після піролізу. Криві 7а, 7b, 7с та 7d відповідають температуТому заявник знову здійснив кількісне модерам поверхонь, що випромінюють тепло, відповідлювання, розглянуте у даний час, на відміну від но 1500, 1400, 1300 та 1200°С. гіпотези, яка відповідає фігурі 8, що папір не зниДля моделі, показаної на фігурі 7, швидкість кає після піролізу, коли теплопровідність паперу уведення дроту з серцевиною становила 2м/сек., а після піролізу розглядається як така, що становить теплопровідність паперу становила 0,15ВТ/К.м. 0,15, 1, 2, 4 Вт/К.м для кривих 9а, 9b, 9c, 9d відпоЧерез ці кількісні моделі, які були підтверджені відно. Це моделювання краще відображує резульекспериментальним випробуванням, заявник міг тати випробувань, як ми зможемо побачити пізніпідтвердити гіпотезу, що коливання результатів, ше. одержаних під час реалізації структури, такої, як Для того, щоб уникнути повного згоряння паописано в документі FR-2.810.919, було результаперу, який обгортає сталеве внутрішнє облицютом горіння паперу під час вільного проходження вання дроту з серцевиною, заявник передбачив дроту з серцевиною над ванною рідкого металу, і поглинання випромінювання, або відбивання його після цього пункту папір більше не впливав на тепри зволоженні цього паперу або при покриванні пловий захист дроту з серцевиною, як тільки він його алюмінієм. опинився всередині ванни рідкої сталі. Фігура 10 показує результати кількісного моделювання зміни температури поверхні паперу як 17 92322 18 функції часу, причому криві 10а, 10b, 10с та 10d уповільнює збільшення температури на 0,4 секунвідповідають, відповідно, вологості 0%, 59%, 89% ди і загальний час перед деструкцією на 0,7 сета 118%. кунд. Для моделі, показаної на фігурі 10, швидкість Фігура 15 порівнює результати, одержані зі уведення дроту з серцевиною становить 2м/сек., згаданим дротом (крива 15а) і двома дротами, причому теплопровідність паперу становить оснащеними вимірювальною апаратурою, осна0,15Вт/К.м. щеними двома зовнішніми шарами крафт-паперу Фігура 11 подає результати розрахунку випро(криві 15Ь, 15с). Одержане уповільнення зростанмінювання, здійснені при додаванні дуже тонкого ня температури становить 0,8 секунди; і 1,2 секуншару алюмінію як покриття на папері, що обгортає ди дає можливість дроту з серцевиною досягти сталеве внутрішнє облицювання дроту з серцевидна ливарного ковша. ною. Різке підвищення температури кривих 15b та Ця фігура 11 показує, що фактор переносу ви15с відповідає моменту, коли крафт-папір повніспромінювання зменшується у вісім разів порівняно тю зруйнований, оскільки сталеве внутрішнє облиз фактором переносу паперу, коефіцієнт випроміцювання дроту з серцевиною входить в прямий нювання якого становить 0,8. контакт з ванною рідкої сталі. Фігура 12 дає нам можливість порівняти зміни Фігура 16 дає нам можливість порівняти ретемператури поверхні паперу як функцію часу з та зультати, одержані зі згаданим дротом (фігура без алюмінієвого покриття, причому швидкість 16а) і дротом з серцевиною, захищеним двома уведення дроту з серцевиною залишається на шарами крафт-паперу і двома шарами алюміноварівні 2м/сек., і теплопровідність паперу становить ного паперу (дві криві випробування 16b та 16с). 0,15Вт/К.м. Криві на фігурі 16 показують, що присутність двох Температура поверхні паперу збільшується шарів крафт-паперу і двох шарів алюмінованого дуже мало, відповідно до цієї кількісної моделі, під паперу уповільнюють збільшення температури час вільного проходження дроту з серцевиною, приблизно на 1 секунду відносно згаданого звипоказуючи, що алюміній забезпечує дуже ефектичайного дроту. вний тепловий захист паперу на дроті з серцевиФігура 17 показує результати, одержані з двоною. ма зразками, захищеними трьома шарами крафтДля того, щоб перевірити гіпотезу, сформупаперу і двома шарами алюмінованого паперу, льовану заявником під час моделювань, предста(криві 17b та 17с) порівняно зі значеннями для влених вище, заявник здійснив випробування за згаданого дроту (крива 17а). допомогою дроту з серцевиною, оснащеного виміФігура 18 показує результати, одержані з сірювальною апаратурою. мома шарами крафт-паперу і двома шарами алюДріт з серцевиною, оснащений вимірювальною мінованого паперу, (криві 18b та 18с) порівняно зі апаратурою, виготовлений за три стадії: згаданим дротом (крива 18а). Тут збільшення тем- випорожнення дроту з серцевиною; ператури уповільнене на більше, ніж 1,2 секунди. - розміщення термопар в контакті з внутрішнім Крива 19b на фігурі 19 подає результати, одесталевим облицюванням дроту з серцевиною, на ржані для дроту з серцевиною, захищеного чотир180 градусів від шва; ма шарами крафт-паперу і шаром алюмінію, і по- заповнення дроту з серцевиною порошком. казує уповільнення збільшення температури на 0,6 Електричні з'єднання і дроти під'єднаної терсекунди відносно згаданого дроту, крива 19а. мопари захищені сталевою трубкою. Крива 20b на фігурі 20 подає результат, одерДріт з серцевиною, оснащений вимірювальною жаний з дротом з серцевиною, захищеним вісьмоапаратурою, увели у металургійний ливарний ківш ма шарами крафт-паперу і шаром алюмінію. Упоз рідкою сталлю, а потім видалили після визначевільнення збільшення температури становило 0,8 ного наперед періоду часу. секунди відносно згаданого дроту, крива 20а. Ванни безперервно перемішували аргоном, Крива 20с відповідає випробуванню, в якому який створив інертну атмосферу над поверхнею дріт з серцевиною був занурений збоку у шлак і не ванни рідкої сталі, яка обмежує ризик випадкового проник всередину розплавленої сталі, причому це загоряння паперу на дроті з серцевиною. випробування непрямо дає температуру шлаку, На фігурах 13-21 точка 1 відповідає входжентобто, 1200°С. ню дроту з серцевиною у рідку сталь. Криві 21b та с на фігурі 21 подають результаСпочатку згадане випробування було здійснети, одержані для дроту з серцевиною, захищеного не з дротом з серцевиною, який не був покритий двома шарами алюмінованого паперу. Уповільпапером, і де зміна температури всередині згаданення збільшення температури становило приблиного дроту з серцевиною як функція часу подана зно 0,7 секунди відносно згаданого дроту, крива на фігурі 13. 21а. Ці результати потрібно порівняти з такими на Падіння температури в точці D на фігурі 13 фігурі 18. пов'язане з руйнуванням термопар. Кількісні та експериментальні результати, Фігура 14 порівнює результати, одержані зі представлені вище з посиланням на фігури 2-12, згаданим дротом (посилання 14а) і дротом з серпідтверджують, що шари паперу, які облицьовують цевиною, який містить шар крафт-паперу, розмідріт з серцевиною, складають теплоізолятор, який щений між кальцієвою серцевиною і сталевим внузабезпечує захист дроту з серцевиною впродовж трішнім облицюванням (посилання 14b). періоду часу від 0,6 до 1,6 секунд відносно звиФігура 14 демонструє вплив застосування чайного дроту з серцевиною. крафт-паперу всередині дроту з серцевиною, який 19 92322 20 Заявник зробив відкриття, що цей захисний як дріт з серцевиною переміщують, і під час проефект одержаний завдяки піролізу паперу у ванні цесу подачі дроту. рідкого металу, причому папір має бути захищений Заявник зробив відкриття, що ці "гібридні" дровід всього горіння, зокрема, під час його вільного ти, як описано в документі FR-2.810.919, не дають проходження над ванною рідкого металу. нам можливості одержати значного уповільнення Ризик горіння можна зменшити вдуванням арзбільшення температури, якого можна було б догону над ливарним ковшем з рідким металом або сягнути, поки папір не забезпечить повну ізоляцію змочуванням паперу у воді або шляхом покриванвнутрішньої сталевої оболонки від зовнішньої станя паперу металевою стрічкою. левої оболонки дроту з серцевиною, таким чином Документ FR-2.810.919 заявника описує роздаючи можливість паперу піддаватись піролізу у міщення тепло ізолюючого паперу між зовнішньою ванні рідкого металу. сталевою обгорткою і сталевим внутрішнім облиЕкспериментальні процедури були здійснені в цюванням, яке містить порошкову або гранульоваспівробітництві з Armines, Centre d'Energetique, ну добавку. Ecole des Mines de Paris. Зовнішнє сталеве облицювання призначене для перешкоджання руйнуванню паперу в той час, 21 92322 22 23 92322 24 25 92322 26 27 92322 28 29 92322 30 31 92322 32 33 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 92322 Підписне 34 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601