Дріт для позапічної обробки сталі

Корисна модель відноситься до чорної металургії, а саме до позапічної обробки порошкоподібними реагентами. Відомий дріт для позапічної обробки сталі, що складається з сталевої оболонки та порошкового заповнювача, який містить в собі кальцій та кремній, причому в заповнювачі вміст кальцію становить 15...30 мас.% ["Металл и литье Украины'", 2000, №1-2, с. 17-20]. Введення кальцію в рідку сталь в сплаві з кремнієм дозволяє знизити пружність дисоціації парів кальцію й пари останнього встигають прореагувати в глибині розплаву. Цим самим досягається в певній мірі глибинна пасивація кальцію й процес обробки сталі перебігає спокійно, без барботажу та викидів, що дозволяє підвищити ступінь використання кальцію. Але цей дріт теж має ряд недоліків. При вказаному вмісту кальцій з кремнієм утворює хімічно неміцну сполуку CaSi2, до того ж при вмісту кальцію 25...30 мас.% температура розплавлення такої сполуки відносно низька (близько 1000°С), що призводить до підвищеного вигару, низького ступеню засвоєння кальцію та підвищеним витратам дроту. При такому вмісту кальцію в заповнювачі, його вміст в дроті, як правило, не перевищує 20%, що також призводить до підвищених витрат дроту. В заповнювачі дроту також не визначено співвідношення між кальцієм та кремнієм, і в разі недотримання означених меж співвідношення між цими елементами сплав буде неоднорідним, окремі його частки можуть бути перенасичені кальцієм, 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 кальцію з розплавом був охоплений максимальний об'єм металу в ковші. Невизначеність між вмістом кальцію в порошковому заповнювачі та вмістом заповнювача в дроті не дозволяє синхронізувати час вивільнення кальцію в розплав з часом розплавлення сплаву, що може призводити до утворення пари кальцію всередині дроту та розриванню оболонки на недостатній глибині і, як слід, зниженню ефективності використання кальцію. Найбільш близьким по технічній суті та досягаємому ефекту до заявляємого є дріт для позапічної обробки металургійних розплавів, який складається із сталевої оболонки та порошкового заповнювача, що містить в собі кальцій та кремній, вміст кальцію в заповнювачі становить 36...56 мас.%, причому відношення між кальцієм та кремнієм знаходиться в межах (0,6...1,3):1, а співвідношення між вмістом кальцію в заповнювачі і вмістом самого заповнювача в дроті складає величину 0,7...1,2. Кальцій в заповнювачі може знаходитися у вигляді сплаву з кремнієм, також 10...50% кальцію може знаходитись в дроті у чистому вигляді. Співвідношення між складовими частками дроту може бути встановлено наступним, мас. %: порошковий заповнювач 45-61 сталева оболонка 39-55. Недоліками відомого дроту є невизначеність в співвідношенні між кальцієм та кремнієм, так в відсотковому відношенні це, вміст кальцію в заповнювачі становить 36...56 мас.%, тобто при двокомпонентній системі залишком є другий компонент, але одночасно приводиться теж саме але в пропорціях (0,6...1,3):1. При переводі пропорцій на відсотки це вже складає вміст кальцію по відношенню до кремнію 37,5...56,5%. Крім того, ще дається пропорція кальцію до всього наповнювача, що складає величину 0,7...1,2. По перше, дана тільки перша частина пропорції, а другої нема, скоріш за всього це помилка при редакції і друга частина пропорції повинна бути 1, тобто (0,7...1,2):1. При такий пропорції відсоток кальцію буде 41...54,5%. Який з цих показників є істина важко відзначитися. Недоліком складу такого дроту є те, що на розчинність кальцію впливає тільки кремній, але силікат кальцію має відносно низьку температуру плавлення (близько 1000°С), що призводить до підвищеного угару, низького ступеню засвоєння кальцію та підвищеним витратам дроту. Крім того, при температурі 1000°С оболонка дроту заходиться ще в твердому стані, тобто в середині дроту рідкий сілікокальцій з 47% кальцію. Але рівновага досягається при порівняно невисоких концентраціях кальцію в сплаві. Тому силікотермічним способом одержують в основному бідні по кальцію марки сплавів СК10, СК15, СК20. Залишок кальцію вимушений випадати в вільному вигляді, але при цьому він переходить в пароподібну фаз у з різким підвищенням тиску та розриву оболонки. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення складу та зниження дострокового випарювання дроту для позапічної обробки металургійних розплавів шляхом встановлення оптимального співвідношення в заповнювачі дроту між сілікокальцієм та графітним порошком. Рішення цієї задачі дає змогу по мірі занурювання дроту в метал досягати глибинної пасивації кальцію, значно підвищуючи ефективність його використання, забезпечуючи повну глобуляризацію неметалевих включень і хороші ливарні та механічні властивості при виробництві сталі. Суть корисної моделі полягає в тому, що в дроті для позапічної обробки металургійних розплавів, який складається із сталевої оболонки та порошкового заповнювача, що містить в собі сілікокальцій та додатковий компонент, як додатковий компонент використано графітовий порошок при наступному співвідношенні, мас. %: порошковий заповнювач 95...98 графітовий порошок 5,0... 2,0 Загальними з прототипом суттєвими ознаками є: - сталева оболонка; - порошковий заповнювач, що містить кальцій та кремній, вміст кальцію в заповнювачі становить 36...56мас.%, причому відношення між кальцієм та кремнієм знаходиться в межах (0,6...1,3):1, - співвідношення між складовими частками дроту встановлено наступним, (мас. %): порошковий заповнювач 51...70 сталева оболонка 30...49. Відрізняючими від прототипу суттєвими ознаками є: - використання як додатковий компонент графітового порошку при наступному співвідношенні, мас. %; порошковий заповнювач (кальцій + кремній) 95...98 графітовий порошок 5,0...2,0 Наведені вище ознаки є необхідними й достатніми для всіх випадків, на які розповсюджується область застосування корисної моделі. Між суттєвими ознаками і технічним результатом - підвищенням ступеня використання кальцію, повній глобулярізації неметалевих включень і покращенням ливарних та механічних власти востей при виробництві сталі - існує причинно-наслідковий зв'язок, який пояснюється наступним чином. Входження дроту із вказаним вмістом графітового порошку в рідкий метал дозволяє довести до мінімуму втрати кальцію на випаровування за рахунок того, що в глибині розплаву відбувається пасивація кальцію графітом. Це відбувається по перше - добавка графіту до 5% знижує теплопровідність порошкового заповнювача на 20...30%. Це приводить до того, що дріт при однаковий швидкості занурюється на більшу глибину в порівнянні з чистим залізом. При цьому завдяки більшому феростатичному тиску випарювання кальцію значно знижується, що дозволяє довести до мінімуму втрати кальцію на випаровування. Крім того, при збільшенні вуглеводу в заповнювачі розчинність кальцію зростає. (Визнаний за кордоном спосіб одержання силікокальцію полягає в здійсненні сумарної реакції: 2Si2+2С+Ca2=CaSi2+4С, теоретична температура початку якої 1793К). Внаслідок цього знижується активність та пружність пари кальцію й підвищується температура його випаровування з металургійного розплаву. («Внепечная обработка расплава порошковыми проволоками» Д.А. Дюдкин, С.Ю. Бать и др. 2002). Відхилення від вказаного співвідношення призводить, з одного боку, до недостатньої пасивації і, відповідно, до зниження ступеня засвоєння хімічно активного Са, а з другого - до суттєвого підвищення випарювання кальцію. Таким чином, щоб значно підвищити ступінь використання Са, глобуляризувати всі неметалеві включення, покращити ливарні та механічні властивості при виробництві сталі необхідно використовувати дріт зі вказаними співвідношеннями, тобто між порошковим заповнювачем і сталевою оболонкою та між кальцієм і графітовим порошком в заповнювачі. В лабораторних умовах в 50-ти кг дугової печі був виплавлений сплав на основі заліза. Розплав зливали в спеціальний футерований посуд, що був розташований в камері. Камера оснащена герметичним шлюзом для можливості утворення тиску. Цей тиск імітував феростатичний тиск на різних заглибленнях дроту. Дріт вводили крізь вогнетривкий сальник. Швидкість вводу дроту в розплав була однакова для всіх іспитів (3м/с). За базові результати взяті дані прототипу, які порівнювалися: вміст кальцію становить 0,0020%, засвоєння 27,8%. Такі ж самі іспити провели з запропонованого дроту. Іспити показали, що вміст кальцію в готовому металі дорівнює в середньому 0,0026%, рівень засвоєння при цьому більш ніж на 3,8%.