Компакт-матеріал

УКРАЇНА (19) UA (11) 39822 (51) МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС ДО ДЕКЛАРАЦІЙНОГО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД (13) A 6 C21C7/00 видається під відповідальність власника патенту (54) КОМПАКТ-МАТЕРІАЛ (13) 39822 (11) лічених марок для одержання необхідного вмісту кальцію у сталі непридатне для існуючих технологій обробки розплавів порошковими компактматеріалами, тому що значно збільшуються собівартість металу (витрати SiCa 3-4 кг/т замість 1,02,0 кг/т), час обробки та затримка рідкого металу у стальному ковшi на установці доводки металу (УДМ), а також погіршуються екологічні умови через необхідність значного (у 1,5-2 рази) збільшення швидкості вводу, що призводить до викидів газу та пилу, які забруднюють атмосферу робочих місць. Відомий порошковий компакт-матеріал, складений із стальної оболонки та серцевининаповнювача із механічної суміші, мас.%: Mg 8-15; Si 42-48; Ca 0,2-3,5; Al 0,1-1,5; РЗМ до 3% (з 4035631 ФРГ, MКИ5С2lCl/l0, 1992). Низький ступінь засвоєння кальцію та магнію при введенні даного матеріалу не дозволяє одержати потрібну якість металу при витратах компактматеріалу до 2 кг/т, зокрема, зменшення кількості неметалевих включень до 5-8*10-3 та їх глобулярізацію, збільшення рівня ударної в'язкості (КСV-40 == 0,6-0,9 МДж/м2) та відносного звуження у напрямку товщини прокату (54-71%). Найбільш близьким до запропонованого матеріалу за технічною суттю та одержуваними результатами є компакт-матеріал у вигляді порошкового дроту діаметром 9 мм, наповнювач якого мстить 40% Mg, 50% FeSi, 10% Ca /Установка станції введення порошкового дроту, наповненого магнієм на фірмі Vald Вirm VKLtd/Gebson A., Holmes D. //Foundryan - 1993-86, №9 - c.360-364/. UA Винахід належить до чорної металургії та може використовуватись для рафінування, модифікування та мікролегування металів. Кальцій та різні добавки на його основі широко застосовують в металургії для введення їх у рідкий метал у вигляді компакт-матеріалів (порошкових дротів, гранул і брикетів) з метою надання спеціальних властивостей сплавам на основі заліза. Висока якість металу, як відомо, забезпечується одержанням залишкового вмісту кальцію на рівні 0,004-0,006%. Такий вміст кальцію забезпечується шляхом вводу у рідку сталь, безпосередньо під час її твердіння компакт-матеріалу, до складу якого входять реагенти, що містять не менше ніж 30% кальцію. У компакт-матеріалах використовують стандартні лігатури силікокальцію марок СК-10 - СК-30, які містять від 10 до ЗО % кальцію. Одержати силікокальцій, багатий кальцієм, складно технічно та дорого економічно, тому що процеси виробництва силікокальцію дуже енергоємні та можуть бути доцільними тільки при масовому виробництві у печах великої потужності на феросплавних заводах, таких як Челябінський електрометалургійний комбінат. В Україні промислове виробництво силікокальцію практично відсутнє, крім дослідно-промислового виробництва на ВАТ "МК "Азовсталь", яке випускає силікокальцій з низьким вмістом кальцію (не більше 15 мас.%). Силікокальцій марок СК-10-СК-15, що використовується у наш час на металургійних підприємствах України, не забезпечує необхідного вмісту кальцію у металі (0,0008-0,0012 % замість 0,0040,006 %). Збільшення витрат силікокальцію пере A (57) 1. Компакт-матеріал у металевій оболонці з порошковим наповнювачем, що містить залізо, кальцій, кремній та магній, який відрізняється тим, що вище перелічені компоненти містяться у наповнювачі за співвідношенням, мас%: Кремній 45-50 Кальцій 15-20 Магній 9-20 Залізо решта. 2. Компакт-матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що кальцій та кремній введені до складу наповнювача у вигляді силікокальцію марки СК-15. (19) (21) 99074302 (22) 27.07.1999 (24) 15.06.2001 (33) UA (46) 15.06.2001, Бюл. № 5, 2001 р. (72) Харлашин Петро Степанович, Білов Борис Федорович, Троцан Анатолій Іванович, Сахно Валерій Олександрович, Крейденко Фіра Семенівна, Носоченко Олег Васильович, Буга Ілля Дмитрович, Гільов Володимир Прокопович, Бузун Ігор Леонідович, Калистий Ігор Анатолійович (73) Приазовський державний технічний університет 39822 Для дослідно-промислових випробувань були виготовлені декілька компакт-матеріалів з відомим складом наповнювачів та тим, що пропонується (табл.1). Виготовлення матеріалів здійснювалось у вигляді порошкових дротів безпосереднім згортанням у трубку (жолобок) стальної стрічки із сталі 08КП (переріз 0,5х45 мм), протягування її крізь фільєри (чи прокаткою роликами) з одночасним заповненням внутрішньої порожнини матеріалу підготовленою сумішшю компонентів наповнювача, які наведені у табл.1. Діаметр матеріалу - 10 мм. Коефіцієнт заповнення - 0,43. Виготовлені матеріали були випробувані у конвертерному цеху ВАТ "МК "Азовсталь" на УДМ для обробки сталі 09Г2С. Умови проведення випробування були ідентичними при використанні відомого матеріалу та того, що пропонується. Обробка сталі провадилась однаковою їх кількістю з витратами 2 кг/т. Одержані дані наведені у табл.2. Вміст кальцію та магнію визначався квантометричним методом. Загальна забрудненість сталі неметалевими включеннями визначалась металографічним методом за ГОСТом 1778-70, метод Л варіант 2. Ударна в'язкість та відносне звуження визначались стандартними методами мехвипробувань за ГОСТами 9454-78; 1497-73 відповідно. Дослід 13 був виконаний з використанням відомого компакт-матеріалу, досліди 2-11 з використанням матеріалу, що пропонується, у дослідах 711 використовувались склади, які відповідають тим, що пропонуються, але кальцій та кремній вміщувались у матеріалі у вигляді СК-15, в дослідах 1 та 12 використовувались матеріали із замежевими складами. Результати досліджень показали, що оптимальними є склади № 4, 5, 9, 10, які відповідають інтерметалідам FeSi4CaMg та FeSi4CaMg2, склади 2, 3, 6, 7, 8, 11 належать областям гомогенності цих інтерметалідів і їм також відповідають високі ступені легколетких кальцію та магнію (15-23%), а також відповідно досягається вміст цих елементів на рівні 0,004-0,007% та висока якість металуПідвищення . ступеня засвоєння кальцію та магнію призводить до зменшення питомих витрат цих елементів. Економічний ефект при використанні матеріалу, що пропонується, складає 3,6 грн/тонну металу. Як і попередній матеріал, прототип також характеризується низьким ступенем засвоєння кальцію та магнію, що не дозволяє забезпечити високий рівень якості металу при витратах компактматеріалу до 2 кг/т. В основу винаходу поставлена задача удосконалення складу наповнювача компакт-матеріалу, у якому за рахунок зміни процентного співвідношення компонентів наповнювача досягається збільшення ступеня засвоєння кальцію та магнію до одержання в металі суми цих елементів ≥ 0,0040,006 %, що дозволяє забезпечити високий рівень якості металу при більш низьких питомих витратах цих компонентів. Поставлена задача досягається тим, що у запропонованому компакт-матеріалі у металевій оболонці з порошковим наповнювачем, який містить кремній, кальцій, магній та залізо, відповідно до винаходу зазначені компоненти введені до складу наповнювача у такому співвідношенні, мас.%: Кремній 45-50 Кальцій 15-20 Магній 9-20 Залізо решта Кремній та кальцій при зазначеному співвідношенні можуть міститись у такому матеріалі у вигляді силікокальцію марки СК-15. Процентний вміст кальцію та кремнію підібрано таким чином, що б він відповідав складу СК-15, який, за даними наших досліджень, існує на базі інтерметаліду FeCaSi4 та вміщує 15-20% Са. Вибір магнію як компонента компакт-матеріалу обгрунтований тим, що він діє як аналог кальцію, а його вміст підібрано таким чином, щоб його було достатньо для утворення при температурі рідких розплавів встановлених нашими дослідженнями інтерметалідів FeSі4Mg (в мас.% Fe - 24; Si - 48; Са - 17; Mg - 10) та FeSі4CaMq2 (в мас.% Fe - 22; Si - 44; Ca - 15; Mg - 19) з низькими пружностями пари, які сприяють високому засвоєнню легколетких елементів кальцію та магнію, за рахунок чого вміст (Ca+Mg) у готовому металі може досягти рівня 0,004-0,006%, який, як відомо, необхідний для підвищення якості металу ( зменшення кількості неметалевих включень та їх глобуляризації, збільшення рівня ударної в'язкості та відносного звуження у напрямку товщини прокату). 2 39822 Таблиця1 Матеріал Номер складу Са Mg Склад, мас. % Si Fe 1 13 22 52 2 15 20 3 4 5 6 7 8 9 10 11 17 20 15 20 12 13 Замежевий склад Запропонований -"-"-"-"-"-"-"-"-"Замежевий склад Відомий CK-15 FeSi 13 45 20 17 15 12 9 20 17 15 12 9 48 50 45 50 18 15 28 21 80 83 85 88 91 22 7 43 28 10 40 50 Таблиця 2 Матеріал Замежевий склад Запропонований -"-"-"-"-"-"-"-"-"Замежевий склад Відомий Номер складу Вміст у металі, мас.% Ступень засвоєння, % Σ(Ca+Mg), мас.% Загальна забрудненість сталі немет. включ. * 10-3 KCV-40 МДж/м2 Ф, % Са Mg 0,0028 6 9 11,74 0,51 30,5 0,0030 0.0050 13 15 8,14 0,68 54,0 0,0025 0,0035 0,0030 0,0030 0,0020 0,0025 0,0030 0,0030 0,0030 0,0035 0,0035 0,0030 0,0015 0,0035 0,0030 0,0035 0,0025 0.0015 0,0060 0,0070 0,0060 0,0045 0,0055 0,0060 0,0065 0,0055 0,0045 15 18 20 15 13 15 15 20 15 21 23 25 17 17 18 23 21 17 7,05 5,42 5.15 6,98 7,94 7,03 6,05 5,36 7,98 0,73 0,92 0,96 0,82 0,70 0,78 0,88 0,95 0,75 58,5 66,5 71,5 60,0 57,5 59,0 65,5 70,0 56,5 12 0,0015 0,0010 0,0025 7 14 10,82 0,46 35,0 13 0,0005 0,0030 0,0035 5 7 12,76 0,44 31,5 Са Mg 1 0,0008 0,0020 2 0,0020 3 4 5 6 7 g 9 10 11 _______________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3