Дріт для присадки магнію у розплави на основі заліза

Винахід відноситься до галузі чорної металургії, зокрема до позапічної десульфурації чавуну порошкоподібними реагентами. Відомий порошковий дріт для позапічної обробки чавуну, який складається з металевої оболонки товщиною менше 1 мм, заповненої металевим магнієм (Патент США №4205981, опубліковано 3.06.1980). 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 присадки магнію у розплави на основі заліза, який складається з металевої оболонки і порошкового заповнювача, що містить механічну суміш 20...40% порошку магнію та 80...60% обпеченого доломіту (Авторське свідотцтво 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 дріт також не забезпечує ефективного використання поданого у метал магнію. Доломітовий порошок має невелику плинність, тому він погано змішується з порошком магнію в процесі виробництва дроту. Неоднорідність суміші порошків доломіту та магнію як в перерізі, так і по довжині дроту призводить до піроефекту при його використанні. Крім того магній в цьому дроті використовується в чистому вигляді. При вказаному складі заповнювача 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 призводить 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 заявляємого є дріт, який складається з металевої оболонки і порошкового заповнювача, що містить магній у вигляді сплаву з кремнієм в співвідношенні 1:(1,5...3,0) та залізом. (патент України №31893А, опубліковано 15.12.2000. Бюл. №7-11) Введення магнію в рідкий чавун в сплаві з кремнієм та залізом дозволяє значно знизити пружність дисоціації парів магнію й пари останнього встигають прореагувати з сіркою в глибині розплаву. Цим самим досягається майже повна глибинна пасивація магнію й процес обробки чавуну перебігає спокійно без барботажу та викидів, що дозволяє суттєво зменшити пилогазовиділення та значно підвищити ступень використання магнію. Але цей дріт теж має ряд недоліків. Насамперед, в заповнювачі дроту не визначено співвідношення між магнієм та залізом, а, як відомо, залізо є основою для отримання сплаву магнію з кремнієм та залізом і в разі недотримання означених меж співвідношення між цими елементами сплав буде неоднорідним, окремі його частки можуть бути перенасичені магнієм, а інші містити його недостатньо, що призводить до нестабільних результатів при використанні дроту. В дроті також не визначено співвідношення між складовими частками, що не дає змогу стабільно забезпечувати необхідну жорсткість дроту для його введення на достатню глибину, щоб реакцією взаємодії магнію з розплавом був охоплений максимальний об'єм металу в ковші. Невизначеність між вмістом магнію в порошковому заповнювачі та вмістом заповнювача в дроті не дозволяє синхронізувати час вивільнення магнію в розплав з часом розплавлення сплаву, що може призводити до утворення пари магнію всередині дроту та розриванні оболонки на недостатній глибині і, як слід, зниженню ефективності використання магнію. В основу заявляємого винаходу поставлена задача удосконалити дріт для присадки магнію у розплави наоснові заліза шляхом встановлення означеного відношення в складі сплаву заповнювача між магнієм та залізом, визначенням меж співвідношення між вмістом магнію в заповнювачі та самого заповнювача в дроті, встановленням залежностей як між складовими частками порошкового заповнювача, так і всього дроту в цілому. Рішення цієї задачі дає змогу по мірі надходження дроту в рідкий чавун значно знизити швидкість та інтенсивність випаровування магнію, зменшити розмір бульбашок пари магнію, охопити реакцією взаємодії магнію з розплавом максимальний об'єм металу в ковші, синхронізувати в часі процеси вивільнення магнію в розплав і розплавлення сплаву заповнювача. Це дозволить підвищити ступінь використання магнію, забезпечити стабільно високий рівень десульфурації, знизити витрати дроту та значно покращити екологію при позапічній обробці чавуну. Суть винаходу полягає в тому, що в дроті для присадки магнію у розплави на основі заліза, який складається з металевої оболонки і порошкового заповнювача, що містить магній у вигляді сплаву з кремнієм та залізом, відношення між магнієм та залізом в складі сплаву становить (0,2...1,5):1, співвідношення між вмістом магнію в порошковому заповнювачі і вмістом самого заповнювача в дроті знаходиться в межах 0,1...0,5, а співвідношення між складовими частками дроту встановлено наступним, мас. %: порошковий заповнювач 45...59 металева оболонка 41...55. Спільними з прототипом суттєвими ознаками заявляемого винаходу є такі: металева оболонка; порошковий заповнювач, що містить сплав магнію з кремнієм та залізом. Відмінними від прототипу суттєвими ознаками заявляемого винаходу є такі: відношення між магнієм та залізом в складі сплаву становить (0,2...1,5):1; співвідношення між вмістом магнію в порошковому заповнювачі і вмістом самого заповнювача в дроті знаходиться в межах 0,1...0,5; співвідношення між складовими частками дроту встановлено наступним, мас. %: порошковий заповнювач 45...59 металева оболонка 41...55. Наведені відмінні ознаки є необхідними й достатніми для всіх випадків, на котрі розповсюджується об'єм правового захисту винаходу. Між сукупністю суттєвих ознак заявляємого винаходу та досягаємим технічним результатом - підвищенням ступеня використання магнію, забезпеченням стабільно високого рівня десульфурації, зниженням витрат дроту та значним покращенням екології при позапічній обробці чавуну – є причинно-наслідковий зв'язок, який пояснюється наступним чином. Використання в складі заповнювача магнію у вигляді сплаву з кремнієм та залізом з відношенням між магнієм та залізом в (0,2...1,5):1 дозволяє по мірі надходження дроту в рідкий чавун значно знизити швидкість та інтенсивність випаровування магнію, зменшити розмір бульбашок пари магнію. Сплав з таким співвідношенням між магнієм та залізом однорідний і в глибині розплаву не утворюється 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 також реагує з сіркою, а продукти реакції бульбашки пари магнію виносять в шлак. Визначене співвідношення між вмістом магнію в порошковому заповнювачі і вмістом самого заповнювача в межах 0,1...0,5 синхронізує 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. Визначене співвідношення між складовими частками дроту стабільно забезпечує необхідну жорсткість дроту для його введення на достатню глибину, щоб реакцією взаємодії магнію з розплавом був охоплений максимальний об'єм металу в ковші. Процес обробки чавуну дротом зі всіма вказаними параметрами перебігає спокійно, без викидів та барботажу. Все це дозволяє значно підвищити ступінь використання магнію на десульфурацію, зменшуючи пилогазоутворення. Як відомо, залізо є основою для отримання сплаву магнію з кремнієм та залізом і в разі недотримання означених меж співвідношення між цими елементами сплав буде неоднорідним, окремі його частки можуть бути перенасичені магнієм, а інші містити його недостатньо, що призводить до піроефекту, викидам та нестабільним результатам при використанні дроту. Недотримання вказаного співвідношення між складовими частками дроту не дасть змогу стабільно забезпечувати необхідну жорсткість дроту для його введення на достатню глибину і призведе до окремих зон розплаву не охоплених реакцією взаємодії з магнієм, що значно знизить ефективність використання магнію. Співвідношення між вмістом магнію в порошковому заповнювачі та вмістом заповнювача в дроті у вказаних межах обумовлено тим, що як воно буде менш, ніж 0,1, сплав вивільнятиметься в розплав у твердому стані і будуть додаткові втрати на підігрів та розплавлення матеріалу, підвищений вигар магнію. Якщо ж вказане співвідношення буде більш, ніж 0,5, це призведе до утворення пари магнію всередині дроту та розриванні оболонки на недостатній глибині, піроефекту, викидам і, як слід, зниженню ефективності використання магнію, підвищеним витратам дроту та надмірному пилогазовиділенню. Проведений аналіз показав, що заявляємий винахід 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 жолопоподібну оболонку. Дозованими порціями з бункеру заповнюють оболонку порошком залізомагнійкремнієвого сплаву, який рівномірно розподіляється 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 заявляємого дроту. На установку десульфурації чавуну /УДЧ/ подається рідкий чавун в чавуновозних ковшах, які встановлюються на постановочні місця під обробку. Порошковий дріт з заповненням залізомагнійкремнієвим сплавом (25% магнію, 50% кремнію, 25% заліза, відношення між магнієм та залізом 1:1) вводиться за допомогою трайбапарату в рідкий чавун з необхідною швидкістю. Співвідношення між вмістом магнію у складі заповнювача і вмістом заповнювача в дроті становить 0,2 співвідношення між складовими частками дроту-50% сплаву, 50% оболонки. Проведено 10 обробок. Початковий вміст сірки в чавуні (Sп) в середньому становив 0,030%, кінцевий (Sк) - 0,005%, витрати 0,76( Sп - Sк ) × 1000 (K Mg - S = ), qMg магнію(qMg) склали 0,25 кг/т. Ступінь використання магнію на десульфурацію складає 76%. Процес обробки чавуну перебігав спокійно, без викидів та барботажу. При використанні в таких же умовах дроту, виготовленого по способу прототипу (склад сплаву: 25% магнію, 62,5% кремнію, 12,5% заліза; відношення між магнієм та залізом 2:1; вміст сплаву в дроті - 40%, оболонки - 60%; відношення між вмістом магнію і вмістом сплаву в дроті - 0,625) кінцевий вміст сірки склав 0,015%, а ступінь використання магнію на десульфурацію - 45,6%, причому процес обробки супроводжувався піроефектом та надмірним пилогазовиділенням.