Спосіб позапічної обробки чавуну

Корисна модель відноситься до галузі чорної металургії, зокрема до позапічної обробки рідкого чавуну порошкоподібними реагентами. Відомий спосіб позапічної обробки чавуну магнієм, який містить введення в рідкий чавун порошкового дроту, що складається з металевої оболонки І порошкового заповнювача, що містить механічну суміш 20...40% порошку магнію та 80...60% обпеченого доломіту [Авторське свідоцтво СРСР №1655996, опубліковано 15.06.1991 р.]. При його використанні відбувається глибинна пасивація магнію інертною добавкою - обпеченим доломітом, що дає можливість стримувати швидкість випаровування магнію та зменшити кількість пари магнію, яка надходить у розплав. Але цей спосіб також не забезпечує ефективного використання поданого у метал магнію. При вказаному складі заповнювача дроту магній надходить у метал, що обробляється, у вигляді безперервного струменя пари, дроблення якого на окремі бульбашки відбувається у об'ємі металу. У цих умовах розмір бульбашок пари магнію, що виникають у металі, визначається тільки величиною міжфазного натягу на межі поділу пари магнію з чавуном. Великий розмір виникаючих при цьому бульбашок приводить до того, що під час руху до поверхні розплаву основна частина магнію не може бути витрачена при протіканні реакції десульфурації. Пари магнію, які не прореагували, згорають у атмосфері над ковшем, що супроводжується утворенням великої кількості пилегазових викидів. Все це значно погіршує ступінь використання магнію і також призводить до підвищених витрат дроту. Найбільш близьким по технічній суті та досягаємому ефекту до способу, що заявляється, є спосіб позапічної обробки чавуну магнієм, який містить введення магнію в розплав у вигляді порошкового дроту разом з кремнієм (у суміші зі сплавом кремнію та заліза), причому відношення між магнієм та сплавом кремнію та заліза становить величину (0,1...0,5):1, а масова інтенсивність надходження магнію в розплав складає 0,03...0,09г/т×с [Патент України на корисну модель №6744, опубліковано 16.05.2005р., Бюл. №5]. Використання магнію у суміші зі сплавом кремнію та заліза у вказаному співвідношенні призводить до зменшення розміру бульбашок пари магнію та більш ефективному використанню магнію для позапічної десульфурації ніж в попередніх способах, але при цьому не дозволяє синхронізувати час вивільнення магнію в розплав з часом розплавлення сплаву, що може призводити до утворення пари магнію всередині дроту та розриванні оболонки дроту на недостатній глибині і, як слід, зниженню ефективності використання магнію. Наведена масова інтенсивність надходження магнію в розплав не дозволяє ефективно проводити процес модифікації й призводить до згорання великої частини магнію на поверхні розплаву, підвищеним витратам дроту та погіршенню екології. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити спосіб позапічної обробки чавуну магнієм шляхом зміни складу заповнювача порошкового дроту і використанням в ньому кремнію у вигляді карбіду кремнію з визначеним оптимальним співвідношенням до магнію, а також регламентацією подачі магнію в рідкий чавун в одиницю часу. Рішення цієї задачі дає змогу по мірі надходження дроту в рідкий розплав значно збільшити час розплавлення оболонки дроту, знизити швидкість та інтенсивність випаровування магнію, зменшити розмір бульбашок пари магнію й охопити реакцією взаємодії весь об'єм рідкого чавуну в ковші. Це дозволить підвищити ступінь використання магнію, забезпечити стабільно високий рівень модифікації, знизити витрати дроту та значно покращити екологію при позапічній обробці чавуну. Суть корисної моделі полягає в тому, що в способі позапічної обробки чавуну, що містить введення магнію в розплав у вигляді дроту, який складається з металевої оболонки та порошкового заповнювача, що містить кремній, кремній використовують у вигляді карбіду кремнію зі співвідношенням до магнію (0,5...2,5):1, а масова інтенсивність надходження магнію в розплав складає 1,0...30,0г/т×с. В заповнювачі дроту може додатково міститись кальцій у кількості 0,5...8,0мас. %, причому кальцій може використовуватись у вигляді силікокальцію. Спільними з прототипом суттєвими ознаками є: - введення магнію в розплав у вигляді дроту, який складається з металевої оболонки та порошкового заповнювача; - порошковий заповнювач дроту містить кремній. Суттєвими ознаками, що відрізняються від прототипу, є: - кремній використовують у вигляді карбіду кремнію зі співвідношенням до магнію (0,5...2,5):1; - масова інтенсивність надходження магнію в розплав складає 1,0...30,0г/т×с. Додатковими суттєвими ознаками є: - в заповнювачі дроту може додатково міститись кальцій у кількості 0,5...8,0мас. %; - кальцій може використовуватись у вигляді силікокальцію Наведені вище ознаки є необхідними й достатніми для всіх випадків, на котрі розповсюджується об'єм правового захисту корисної моделі. Між сукупністю суттєвих ознак корисної моделі та технічним результатом - підвищенням ступеня використання магнію, забезпеченням стабільно високого рівня модифікації, зниженням витрат дроту та значним покращенням екології при позапічній обробці чавуну - є причинно-наслідковий зв'язок, який пояснюється наступним чином. При введенні порошкового дроту із заповненням карбідом кремнію та магнієм зі співвідношенням (0,5...2,5):1 в розплав рідкого чавуну всередині дроту відбувається хімічна реакція між компонентами суміші й утворюється сплав магнію з кремнієм. На перебігання цієї хімічної реакції витрачається велика кількість тепла, що відбирається від оболонки проволоки, яка, в свою чергу, швидко нагрівається по мірі входження в розплав. Таким чином, час розплавлення оболонки дроту значно збільшується, що дає йому змогу занурюватись на більшу глибину й реакцією взаємодії магнію з розплавом буде охоплений максимальний об'єм металу в ковші. Як було встановлено проведеними дослідженнями, час розплавлення металевої оболонки дроту із заповненням магнієм та сплавом кремнію з залізом при температурі рідкого чавуну 1460°С становить 2,8с, а тієї ж оболонки дроту із заповненням магнієм та карбідом кремнію - 3,9с. При використанні дроту наведеного складу синхронізуються в часі процеси вивільнення магнію в розплав і утворення сплаву в заповнювачі, не допускаючи утворення пари магнію всередині дроту. Використання дроту з таким складом заповнювача дозволяє по мірі його надходження в рідкий чавун значно знизити швидкість та інтенсивність випаровування магнію, зменшити розмір бульбашок пари магнію. Утворюваний всередині дроту сплав магнію з кремнієм - однорідний і вивільняється в глибину розплаву без локальних зон, перенасичених магнієм, або навпаки. В локальній зоні взаємодії з розплавом магній частково розчиняється, а частково утворюються маленькі бульбашки пари магнію, які піднімаючись вгору взаємодіють з сіркою і виносять сульфід магнію в шлак. Розчинений в чавуні магній частково реагує з сіркою (продукти реакції бульбашки пари магнію виносять в шлак), а частково залишається в рідкому чавуні для наданню графіту кулястого вигляду під час кристалізації. Частина карбіду кремнію, що не брала участі в утворенні всередині дроту кремній-магнієвого сплаву й вуглець, що містився в складі карбіду кремнію, після розплавлення дроту виступають центрами графітизації чавуну під час модифікації, створюючи умови, щоб весь графіт кристалізувався в кулястому вигляді. Визначене співвідношення в порошковому заповнювачі між карбідом кремнію та магнію у межах (0,5...2,5):1 дозволяє отримувати всередині дроту рівномірно однорідний сплав й забезпечувати після розплавлення дроту достатню кількість центрів графітизації по всьому об'єму ковша з рідким чавуном. При недотриманні означених меж співвідношення між цими компонентами сплав буде неоднорідним, окремі його частки можуть бути перенасичені магнієм, а інші містити його недостатньо, що призводить до пироефекту, викидам та нестабільним результатам при використанні дроту. Крім того не буде забезпечуватись достатній рівень модифікації чавуну. Масова інтенсивність надходження магнію в розплав при використанні дроту означеного складу в межах 1,0...30,0г/т×с дозволяє охопити реакцією взаємодії магнію з залізовуглецевим розплавом увесь об'єм ковшу без викидів та барботажу зі спокійним перебіганням процесу модифікації по всьому об'єму ковша й без утворення локальних зон розплаву з надмірним, або недостатнім вмістом магнію, що призведе до надмірних витрат. Все це дозволяє значно підвищити ступінь використання магнію на модифікацію, зменшуючи пилогазоутворення. Додаткове введення до складу заповнювача кальцію у кількості 0,5...8,0мас.% підвищує модифікуючий ефект магнію й подовжує його на триваліший час, використання кальцію у вигляді силікокальцію дозволяє знизити вартість дроту й, відповідно, витрати на обробку чавуну. Проведений аналіз показав, що корисна модель, яка заявляється, має новизну та винахідницький рівень й саме зазначена сукупність суттєвих ознак забезпечує технічний результат - стабільно високий рівень модифікації чавуну при низьких витратах магнію й поліпшення екологічного оточення. На одному з металургійних підприємств проведено випробування способу, що заявляється. На установку модифікації чавуну (УМЧ) подається рідкий чавун у ковшах (місткість чавуну 5т), які встановлюються на постановочні місця під обробку. Порошковий дріт з заповненням магнієм (45г/м), карбідом кремнію (45г/м) (співвідношення між карбідом кремнію та магнієм становить 1:1) вводиться за допомогою трайбапарату в рідкий чавун зі швидкістю 1,5м/с (масова інтенсивність надходження магнію в розплав складає 13,5г/т×с). Проведено 10обробок. Початковий вміст сірки в чавуні (SП) в середньому становив 0,020%, кінцевий (SК) - 0,005%, залишковий вміст магнію через 30 хвилин після обробки - 0,030%, 100% графіту в відлитих чавунних трубах знаходилось в кулястому вигляді. Витрати магнію (qMg) склали 0,45кг/т, витрати дроту - 2,4кг/т, ступінь використання магнію складає 92%. Процес обробки чавуну перебігав спокійно, без викидів та барботажу. При використанні в таких же умовах дроту, виготовленого по способу прототипу (магнію - 25г/м, залізо-кремнієвого сплаву - 100г/м, відношення між магнієм та сплавом - 0,25:1, масова швидкість надходження магнію в рідкий розплав становить 0,09г/т×с) кінцевий вміст сірки склав 0,014%, залишковий вміст магнію - 0,020%, у кулястому вигляді знаходилось 60% графіту. Витрати дроту склали 5,0кг/т (qMg = 45кг/т), а ступінь використання магнію становила 68%, причому процес обробки супроводжувався пироефектом та надмірним пилогазовиділенням. Для отримання рівнозначного кінцевого вмісту сірки та залишкового вмісту магнію витрати магнію складуть 0,675кг/т, або будуть на 50% вищими, витрати дроту - 7,5кг/т (на 212% вищими).