Спосіб закупорювання зливків киплячої сталі

Корисна модель відноситься до чорної металургії, а саме, до способу закупорювання зливків киплячою сталі. Суть закупорювання зливків киплячої сталі полягає у глибокому розкислюванні локального об'єму металу у дзеркалі зливка (шар спокійного металу) з наступним його фізичним перемерзанням. Це забезпечує формування зливка з плоскою поверхнею головної частини, виключає забруднення металу неметалевими включеннями, зменшення обрізі головної частини. Відомий спосіб закупорювання зливків киплячої сталі, при якому хімічне закупорювання дзеркала металу після наповнення ізложниць, проводять розплавленим алюмінієм [1, аналог]. Недоліком цієї технології є те, що нижня частина розплаву алюмінія вступає в реакцію з киснем, який знаходиться в сталі у вигляді FeO, утворює шар оксида алюмінію (Al2O3) і за рахунок інтенсивної гідродинамічної дії киплячого металу, конвективними потоками втягується у середину зливка, забруднюючи його великою кількістю неметалевих включень. Поверхневий шар розплаву алюмінію також піддається інтенсивному окисленню (утворюється Al2O3) за рахунок кисня повітря при впливі високих температур, що приводить до нераціональних втрат алюмінію, додаткового використання природного газа, устатк ування та обслуговуючого персоналу під час розливу. Зазначені явища приводять до збільшення головної обрізі зливків, а при прокатці - до розшарування заготовок, що приводить не тільки до отримання некондиційної продукції, але і до простою прокатного обладнання. Відомий спосіб закупорювання зливків киплячої сталі після наповнення ізложниць гранульованим алюмінієм [2, аналог]. Недоліком цього способу є неефективне використання гранульованного алюмінію, тому що через високу його теплоємкість (приблизно в 2,6-2,8 разів більше теплоємкості сталі) після часткового хімічного закупорювання відбувається "перемерзання" дзеркала, що приводить: з нижнього шару - до забруднення зливків грубими неметалевими включеннями за рахунок конвективних потоків рідкої сталі, у верхньому шарі - фізична втрата алюмінія. Відомий спосіб закупорювання зливків киплячої сталі феросиліцієм [3, аналог], при якому хімічне закупорювання зливків виробляється дробленим феросиліцієм [3, аналог]. Недоліком цього способу є те, що у багатьох випадках після видалення головної частини зливка у прокаті виявляється підвищений вміст кремнію ~ 0,15% при вимозі його наявності не більше 0,03% (для Ст.05кп, Ст.08кп) та не більше 0,07 (для Ст.2кп......Ст.20кп), що приводить до браку продукції. Відомий сплав для розкислення сталі "феросилікоалюміній" [4, найближчий аналог], який містить, мас.%: алюміній - 18...22; кремній - 40...45; залізо - решта і по своєї щільності дорівнює - 4,48г/см 3, що задовольняло би вимогам закупорювання зливків киплячої сталі, але із-за низького вмісту алюмінію, який значно вище по спорідненості з киснем, ніж кремній, не забезпечує хімічного закупорювання зливків (крім фізичного заморожування). Тому зазначений сплав по своїм властивостям не може забезпечити спосіб закупорювання зливків киплячої сталі. В основу корисної моделі поставлена задача отримання способу закупорювання зливків киплячої сталі без зазначених вище недоліків із застосуванням матеріалів, що забезпечують надійний фізико-хімічний вплив в хімічному співвідношенні компонентів, а також у фізичному вигляді. Поставлена задача вирішується тим, що до складу відомого сплаву (прототип), що містить алюміній, кремній та залізо, введено марганець и оптимізована кількість компонентів при наступному співвідношенні, мас.%: Алюміній 25,0...50,0; Кремній 15,0...35,0; Марганець 0,2...6,0; Залізо решта, а використання для закупорювання зливків здійснюється шляхом присадки на дзеркало металу в роздрібленому вигляді фракцією, не більше 20,0мм з інтенсивним вмішуванням в метал, що закупорюється. Загальною ознакою для заявляємого "способу закупорювання зливків киплячої сталі" та прототипа є наявність у хімічному складі використовуваного сплаву алюмінію, кремнію та заліза. Ознакою, що відрізняє запропонований спосіб від прототипа, є наявність марганцю. Порівняння хімічних складів сплавів та способів їхнього застосування, аналогів та прототипа с заявленим, представлені в таблиці 1. Суть корисної моделі полягає у тому, що спосіб закупорювання зливків киплячої сталі передбачає визначене співвідношення розкислюючих елементів - алюмінію та кремнію - у матеріалах хімічного закупорювання та фракційний склад роздрібленості (до 20мм). Важливою характеристикою є наявність марганцю, який є стабілізатором монолітності сплаву та запобігає його природне руйнування. При випробуваннях в умовах промислового виробництва було встановлено, що сплав системи "алюмінійкремній-залізо" схильний до саморуйнування і при збереженні від кількох часів до кількох діб відбувається його саморуйнування. При добавках марганцю в різних кількостях встановлена стабілізуюча дія, яка не сприяє саморуйнуванню сплаву або підвищенню терміна збереження у компактному стані. При вмісті алюмінію у сплаві менше 25,0% не забезпечується хімічне закупорювання зливків киплячої сталі, а при вмісті його більше 50,0% ефективність його не підвищується. При вмісті кремнію менше 15,0% не забезпечується хімізм закупорювання зливків киплячої сталі, а при не більш 35,0% - забезпечується спільне забезпечення закупорки закупорюємих зливків. При вмісті марганцю менш 0,2% сплав для закупорювання зливків киплячої сталі перетворюється в пил та використання не є ефективним через винос матеріала аеродинамічними потоками; при вмісті марганцю більш 6,0% стабілізуюча можливість компактності не підвищується і економічно не вигідна. В промислових умовах виробництва на серії плавок низьковуглеродистої сталі при розливі у 8-ми місцеві піддони сифонним способом через стакан-колектор діаметром 55мм після наповнення ізложниць на дзеркало металу присаджували розфасований ФСА у поліетиленових мішках по 6,0кг (0,6-0,8кг/т). Після подавання феросилікоалюмінія здійснювали перемішування дерев'яними мішалками 8,0-10,0с. Хімічний склад сплаву для хімічного закупорювання зливків киплячої сталі: алюміній - 41,0%; кремній - 25,2%; марганець - 2,4%; залізо решта (ФСАМ). При прокатці зливків киплячої сталі на блумінге зменшено об'єм головної обрізі на 1,2% за рахунок кращої якості обрізною частини зливка. Загальні витрати на хімічне закупорювання зменшені на 2,4грн/т сталі. Техніко-економічні показники представлені в таблиці 2. Таблиця 1 Зрівняння способів та хімічних складів сплавів для закупорювання зливків киплячої сталі. Хімічний склад, % Si Mn 75,0 Fe 25,0 18,0-22,0 40,0-45,0 Ост. 4.13 (3. 54 4. 73) * 25,0-50,0 15,0-35,0 0,2-6,0 Ост. 4. 46 (3. 32 5. 61) * Метал, сплав AL AL FeSi AL 100,0 100,0 Дроблений (прототип 4) ФСА Дроблений (заявлений) ФСАМ Застосування у вигляді Розплав (аналог 1) Гранули (аналог 2) Дроблений (аналог 3) Середня щільність, г/см 3 2,70 2,70 3,72 * - щільність від min до max Таблиця 2 Техніко-економічні показники закупорювання зливків киплячої сталі. Спосіб Відомий 1 2 3 Запропонований 1 2 АВ87 (рідина) Витрата сплавів, кг/т АВ87 ФС-65 (гранули) ФСАМ Витрата природного газу, м 3/т Вихід Витрати на годного закупорювання, металу, % грн/т 0,87 0,87 0,2 0,2 89,3 89,3 88,0 8,37 7,74 4,59 0,60 0,80 9,5 90,5 4,80 6,40 Джерела інформації: 1. Дубров Н.Ф., Крівко Є.М. Кипляча сталь: М.: Металургія, 1984. 54с. (1, аналог). 2. Розливка сталі в зливки та їх якість. Тематичний галузевий сбірник №1. М.: Металургія, 1972. с.93-101 (2, аналог). 3. Трубін Н.Г., Ойкс Г.Н. Металургія сталі. М.: Металургія, 1970. с.367-380 (3, аналог). 4. Гасік M.I., М'якішев Н.П., Ємлін Б.І. Теорія та технологія виробництва феросплавів. М.: Металургія, 1988, с.522 (4, прототип).