Дріт для модифікації рідкого чавуну

Корисна модель відноситься до галузі чорної металургії, зокрема до позапічної обробки чавуну порошкоподібними реагентами. Найбільш близьким по технічній суті та досягаємому ефекту до дроту, що заявляється, є дріт для присадки магнію у металургійні розплави, який складається з металевої оболонки і порошкового заповнювача, що містить магній та кремній (суміш магнію зі сплавом кремнію та заліза у відношенні (0,1...0,5):1) [Деклараційний патент України на корисну модель №6744, опубліковано 16.05.2005. Бюл. №5]. Використання в заповнювачі дроту магнію у такому співвідношенні зі сплавом кремнію та заліза не дозволяє синхронізувати час утворення в середині дроту магній-кремнієвого сплаву з часом розплавлення оболонки і вивільнення магнію в розплав, що може призводити до утворення пари магнію всередині дроту та розриванні оболонки дроту на недостатній глибині і, як слід, зниженню ефективності використання магнію. Відсутність регламентації між вмістом магнію та кремнію може призводити при обробці рідкого чавуну до утворення локальних зон, перенасичених магнієм, підвищеному вигару магнію, пироефекту, надмірному пилогазовиділенню, і, як слід, підвищеним витратам дроту. Крім того відсутність в складі заповнювача кальцію не дає змогу ефективно використовувати цей дріт при модифікації рідкого чавуну внаслідок невеликого часу знаходження залишкового магнію в чавуні на рівні ³ 0,02% мас. після обробки. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити дріт для модифікації рідкого чавуну шляхом введення до складу дроту нового інгредієнту - кальцію й встановленням визначених оптимальних співвідношень між складовими інгредієнтами заповнювача дроту. Рішення цієї задачі дає змогу по мірі надходження дроту в рідкий розплав знизити швидкість та інтенсивність випаровування магнію, синхронізувати в часі розплавлення оболонки дроту та утворення в середині дроту кремній-магнієвого сплаву, забезпечити при модифікації знаходження залишкового магнію в чавуні на високім рівні на протязі тривалого часу. Це дозволить підвищити ступінь використання магнію, забезпечити стабільно високий рівень модифікації, знизити витрати дроту та значно покращити екологію при модифікації рідкого чавуну. Суть корисної моделі полягає в тому, що в дроті для модифікації рідкого чавуну, який складається з металевої оболонки і порошкового заповнювача, що містить магній та кремній, заповнювач дроту додатково містить кальцій, а співвідношення між магнієм, кремнієм та кальцієм в заповнювачі встановлено наступним: (5,0...20,0): (4,0...15,0):1. Кремній до складу заповнювача можуть вводити у вигляді феросиліцію або карбіду кремнію, а кальцій - у вигляді силікокальцію. Спільними з прототипом суттєвими ознаками є: - металева оболонка; - порошковий заповнювач, що містить магній та кремній. Суттєвими ознаками, що відрізняються від прототипу, є: - заповнювач дроту додатково містить кальцій; - співвідношення між магнієм, кремнієм та кальцієм в заповнювачі встановлено наступним: (5,0...20,0): (4,0...15,0):1. Додатковими суттєвою ознакою є: - кремній до складу заповнювача вводять у вигляді феросиліцію або карбіду кремнію; - кальцій до складу заповнювача вводять у вигляді силікокальцію. Наведені вище ознаки є необхідними й достатніми для всіх випадків, на які розповсюджується об'єм правового захисту корисної моделі. Між сукупністю суттєвих ознак та технічним результатом - підвищенням ступеня використання магнію, забезпеченням стабільно високого рівня модифікації, зниженням витрат дроту та значним покращенням екології при модифікації рідкого чавуну - є причинно-наслідковий зв'язок, який пояснюється наступним чином. При введенні порошкового дроту із заповненням магнієм, кремнієм та кальцієм у співвідношенні (5,0...20,0): (4,0...15,0):1 в розплав рідкого чавуну всередині дроту відбувається хімічна реакція між компонентами й утворюється сплав магнію з кремнієм та кальцієм. 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 сумішшю магнію і залізо-кремнієвого сплаву у співвідношенні 0,5:1 при температурі рідкого чавуну 1460°С становить 2,0с, а тієї ж оболонки дроту із заповненням магнієм, кремнієм та кальцієм у співвідношенні 5,0:10,0:1 - 3,9с. При використанні дроту наведеного складу синхронізуються в часі процеси вивільнення магнію в розплав і розплавлення сплаву заповнювача, не допускаючи утворення пари магнію всередині дроту або вивільнення заповнювача в рідкий чавун в твердому стані, адже в цьому випадку при розплавленні оболонки утворений із суміші магнієвий сплав завжди буде в рідкому стані. 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. Кальцій в рідкому чавуні майже не розчиняється, він взаємодіє з сіркою та киснем й сприяє утворенню нових центрів графітизації - СаО та CaS. Крім того утворювані під час обробки дротом наведеного складу на поверхні магнійоксидних включень шести-кутові силікатні фази типу CaO ´ SiО2 є сприятливими центрами для формування на них включень графіту під час кристалізації завдяки тому, що шестикутова кристалічна структура вказаних силікатних фаз дуже гарно співвідноситься з кристалічною структурою графіту (енергетичний бар'єр дуже низький на відміну від силікатних фаз типу MgO ´ SiО2). За рахунок цього модифікуючий ефект магнію в обробленому чавуні зберігається на протязі доволі тривалого часу. Визначене співвідношення в порошковому заповнювачі між магнієм, кремнієм та кальцієм у межах (5,0...20,0): (4,0...15,0):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. Обробка рідкого чавуну дротом з наведеними параметрами дозволяє значно підвищити ступінь використання магнію на модифікацію, зменшуючи пило-газоутворення. Введення до складу заповнювача кремнію у вигляді феросиліцію або карбіду кремнію, а 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. Готують порошковий дріт наступним чином. Металеву стрічку профілюють в жолобоподібну оболонку. Дозованими порціями з трьох бункерів заповнюють оболонку порошками магнію, карбіду кремнію (або феросиліцію) та силікокальцію, які рівномірно розподіляються по жолобу оболонки. Потім за допомогою роликових клітей обтискають оболонку і формують замок. Готовий дріт намотується на котушку і поставляється у відділення обробки чавуну. На одному з металургійних підприємств проведено випробування дроту, що заявляється. На установку модифікації чавуну (УМЧ) подається рідкий чавун у ковшах (місткість чавуну 10т), які встановлюються на постановочні місця під обробку. Порошковий дріт з заповненням магнієм (45г/м), карбідом кремнію (27г/м) та силікокальцію (17г/м, вміст кальцію в силікокальцію - 30%, вміст кремнію - 60%), (співвідношення між магнієм, кремнієм та кальцієм в заповнювачі становить - 8,8:7,7:1) вводиться за допомогою трайбапарату в рідкий чавун. Проведено 10 обробок. Початковий вміст сірки в чавуні (Sп) в середньому становив 0,020%, кінцевий (Sк) 0,005%, залишковий вміст магнію через 40 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 магніюскладає 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)) кінцевий вміст сірки склав 0,014%, залишковий вміст магнію - 0,020%, у кулястому вигляді знаходилось 60% графіту. Витрати дроту склали 5,0кг/т (qMg = 0,45кг/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).