Порошковий дріт для позапічної обробки залізовуглецевих розплавів

Винахід відноситься до галузі чорної металургії, зокрема до позапічної обробки чавуну порошкоподібними реагентами. Відомий порошковий дріт для позапічної обробки чавун у, 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 чавун у (1250...1450°С) становить 2,8...10,6атм. Тому знаходячись в складі дроту в чистому вигляді, магній швидко та бур хливо 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 порошковий дріт для присадки магнію у залізовуглецеві розплави, 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 15.06.1991р.]. 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. 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 ви гляді. 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 межфазного 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. Пара Mg, що не прореагувала, згорає 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 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-ІІ] 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 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 при цьому використання магнію в заповнювачі дроту у вигляді вже готового сплаву з кремнієм та залізом призводить до швидкого розплавлення оболонки дроту й не дозволяє охопити реакцією взаємодії магнію з розплавом весь 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 наслідок - зниженню ефективності використання магнію. В основу заявляємого винаходу поставлена задача удосконалити порошковий дріт для позапічної обробки залізовуглецевих розплавів шляхом зміни складу заповнювача порошкового дроту і використанням в ньому магнію не у вигляді сплаву з кремнієм та залізом, а у вигляді суміші зі сплавом кремнію та заліза та встановленням визначених оптимальних співвідношень між складовими частками заповнювача дроту. 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. 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 позапічної обробки залізовуглецевих розплавів, який складається з металевої оболонки і порошкового заповнювача, що містить залізо, кремній і магній, магній до складу заповнювача вводять у суміші зі сплавом кремнію та заліза, причому співвідношення між магнієм та сплавом кремнію та заліза становить величину (0,10...1,25):1, а відношення між вмістом магнію в заповнювачі і вмістом самого заповнювача в дроті знаходиться в межах (0,3... 5,0):1. Спільними з прототипом суттєвими ознаками заявляємого винаходу є такі: - металева оболонка; - порошковий заповнювач, що містить залізо, кремній і магній. Відмінними від прототипу суттєвими ознаками заявляємого винаходу є такі: - магній до складу заповнювача вводять у суміші зі сплавом кремнію та заліза; - співвідношення між магнієм та сплавом кремнію та заліза становить величину (0,10...1,25):1; - відношення між вмістом магнію в заповнювачі і вмістом самого заповнювача в дроті знаходиться в межах (0,3... 5,0):1. Наведені відмінні ознаки є необхідними й достатніми для всіх випадків, на котрі розповсюджується об'єм правового захисту винаходу. Між сукупністю суттєви х 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. При введенні порошкового дроту із заповненням сумішшю магнію та сплаву кремнію і заліза у співвідношенні (0,3...5,0):1 в розплав рідкого чавуну всередині дроту відбувається хімічна реакція між компонентами суміші й утворюється сплав магнію з залізом та 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 готовим феросілікомагнієвим сплавом при температурі рідкого чавуну 1450°С становить 2,0с, а тієї ж оболонки дроту із заповненням сумішшю магнію та сплаву кремнію і заліза - 4,0с. 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. Співвідношення між вмістом магнію в порошковому заповнювачі та вмістом заповнювача в дроті у вказаних межах обумовлено тим, що як воно буде менш, ніж 0,3, сплав вивільнятиметься в розплав у твердому стані і будуть додаткові втрати на підігрів та розплавлення матеріалу, підвішений вигар магнію. Якщо ж вказане співвідношення буде більш, ніж 5,0, це призведе до утворення пари магнію всередині дроту та розриванні оболонки на недостатній глибині, піроефекту, викидам і, як слід, зниженню ефективності використання магнію, підвішеним витратам дроту та надмірному пилогазовиділенню. 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 залізом та 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 також частково реагує з сіркою, продукти реакції бульбашки пари магнію виносять в шлак, а залишковий вміст магнію на протязі деякого часу здійснює модифікуючий вплив на спеціальні різновиди чавуну. Визначене співвідношення в порошковому заповнювачі між магнієм та сплавом кремнію і заліза в межах (0,3... 5,0):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 піроефекту, викидам та нестабільним результатам при використанні дроту. Все це дозволяє значно підвищити ступінь використання магнію на десульфурацію, зменшуючи пилогазоутворення. Проведений аналіз показав, що заявляємий винахід має новизну та винахідницький рівень й саме зазначена сукупність суттєви х ознак забезпечує технічний результат - стабільно високий ступінь використання магнію при низьких витрата х дроту 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 залізокремнієвого сплаву, які рівномірно розподіляються по жолобу оболонки. Потім за допомогою роликових клітей обтискають оболонку і формують замок. Готовий дріт намотується на котушк у і поставляється у відділення обробки чавуну. На одному з металургійних підприємств проведено випробування заявляємого дроту. На установку десульфурації чавун у /УДЧ/ подається рідкий чавун в чавуновозних ковшах (місткість чавуну 100т), які встановлюються на постановочні місця під обробку. Порошковий дріт з заповненням сумішшю магнію та залізокремнієвого сплаву (магнію - 45г/м, залізокремнієвого сплаву - 45г/м, відношення між магнієм та сплавом 1,0:1, відношення між вмістом магнію в заповнювачі і вмістом самого заповнювача в дроті становить 2,6:1) 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 -0,030%. 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 (склад сплаву в заповнювачі дроту:45% магнію, 45% кремнію, 10% заліза, заповнення дроту 100г/м) кінцевий вміст сірки склав 0,014%, залишковий вміст магнію - 0,020%, витрати дроту - 2,5кг/т (qMg =0,45кг/т), а ступінь використання магнію - 68%, причому процес обробки супроводжувався піроефектом 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 - 3,75кг/т (на 56% вищими).