Дріт для обробки металургійних розплавів

Корисна модель відноситься до галузі чорної металургії, зокрема до позапічної обробки чавуну порошкоподібними реагентами. Відомий дріт для введення в рідкий чавун, що складається з металевої оболонки товщиною менше 1мм, заповненої металевим магнієм [Патент США №4205981, опубліковано 3.06.1980p.]. Цей дріт не може бути ефективно використаний для обробки чавуну в умовах металургійних підприємств з наступних причин. Магній має температуру випаровування 1107°С, а тиск пари магнію при температурах позапічної обробки рідкого чавуну (1250...1450°С) становить 2,8...10,6атм. Тому знаходячись в складі дроту в чистому вигляді, магній швидко та бурхливо випаровується, залишаючи розплав у вигляді дуже великих бульбашок пари або навіть безперервного струменя. Все це супроводжується піроефектом та надмірним пилогазовиділенням над ковшом і призводить до дуже низького ступеня використання магнію на десульфурацію та підвищеним витратам дроту. Відомий також дріт для обробки чавуну магнієм, який 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 15.06.1991р.]. 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 дріт 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 межфазного 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. Не прореагувавша пара магнію згорає у атмосфері над ковшом, 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 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 магнію у вигляді суміші зі сплавом кремнію та заліза призводить до зменшення розміру бульбашок пари магнію, збільшення часу розплавлення оболонки дроту в розплаві, що дає йому змогу занурюватись на більшу глибину й реакцією взаємодії магнію з розплавом буде охоплений максимальний об'єм металу в ковші, але при цьому використання магнію в заповнювачі дроту у такому співвідношенні зі сплавом кремнію та заліза не дозволяє синхронізувати час утворення в середині дроту залізо-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. Крім того відсутність регламентації вмісту магнію в складі дроту може призводити до утворення локальних зон, перенасичених магнієм, підвищеному вигару магнію, пироефекту, надмірному пилогазовиділенню, і, як слід, підвищеним витратам дроту. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити дріт для обробки металургійних розплавів шляхом введення до складу дроту нового інгредієнту - карбіду кремнію й встановленням визначених оптимальних співвідношень як між складовими частками заповнювача дроту, так і всього дроту в цілому. 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. Це дозволить підвищити ступінь використання магнію, забезпечити стабільно високий рівень десульфурації та модифікації, знизити витрати дроту та значно покращити екологію при позапічній обробці металургійних розплавів. Суть корисної моделі полягає в тому, що в дроті для обробки металургійних розплавів, який складається з металевої оболонки і порошкового заповнювача, що містить магній та кремній, кремній до складу заповнювача вводять у вигляді карбіду кремнію, причому співвідношення між магнієм та кремнієм в заповнювачі становить величину (0,5...2,5):1, а відношення між вмістом магнію в заповнювачі і вмістом самого заповнювача в дроті знаходиться в межах (0,75...2,25):1. В якості карбіду кремнію може використовуватись карбід кремнію металургійний, що містить не менше 85,0% мас. SiC й не більше 6,0% мас. С Спільними з найближчим аналогом суттєвими ознаками є: - металева оболонка; - порошковий заповнювач, що містить магній та кремній. Суттєвими ознаками, що відрізняються від найближчого аналогу, є: - кремній до складу заповнювача вводять у вигляді карбіду кремнію; - співвідношення між магнієм та кремнієм в заповнювачі становить величину (0,5...2,5):1; - відношення між вмістом магнію в заповнювачі і вмістом самого заповнювача в дроті знаходиться в межах (0,75...2,25):1. Додатковою суттєвою ознакою є: - в якості карбіду кремнію використовують карбід кремнію металургійний, що містить не менше 85,0% мас. SiC й не більше 6,0% мас. С 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 десульфурації та 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 магнієм та карбідом кремнію зі співвідношенням між магнієм та кремнієм в заповнювачі в межах (0,5...2,5):1 в розплав рідкого чавуну всередині дроту відбувається хімічна реакція між компонентами 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 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 і карбідом кремнію у співвідношенні між магнієм та кремнієм в заповнювачі 0,5:1 - 3,5с. 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 та кальцієм 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. Визначене співвідношення в порошковому заповнювачі між магнієм та кремнієм в заповнювачі (0,5...2,5):1 дозволяє отримувати всередині дроту рівномірно однорідний сплав. 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. Відношення між вмістом магнію в заповнювачі і вмістом самого заповнювача в дроті в межах (0,75...2,25):1 дозволяє охопити реакцією взаємодії магнію з залізовуглецевим розплавом увесь об'єм ковшу без викидів та барботажу зі спокійним перебіганням процесів десульфурації та модифікації й без утворення локальних зон розплаву з надмірним, або недостатнім вмістом магнію, що призведе до надмірних витрат. 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. Все це дозволяє значно підвищити ступінь використання магнію на десульфурацію та модифікацію, зменшуючи пилогазоутворення. Використання в якості карбіду кремнію металургійного карбіду кремнію (ККМ), що містить не менше 85,0% мас. SiC й не більше 6,0% мас. С, 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 десульфурації чавуну при низьких витратах магнію й поліпшення екологічного оточення. Готують порошковий дріт наступним чином. Металеву стрічку профілюють в жолобоподібну оболонку. Дозованими порціями з двох бункерів заповнюють оболонку порошками магнію та карбіду кремнію, 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 обробки чавуну /УОЧ/ подається рідкий чавун у ковшах (місткість чавуну 10т), які встановлюються на постановочні місця під обробку. Порошковий дріт з заповненням сумішшю магнію та карбіду кремнію (магнію 45г/м, карбіду кремнію із 70% Si в складі - 45г/м, відношення між магнієм та кремнієм - 1,43:1, відношення між вмістом магнію в заповнювачі і вмістом самого заповнювача в дроті складає 1,22:1) 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 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 найближчого аналога ((магнію 25г/м, залізо-кремніевого 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).