Спосіб підготовки алюмінієвого розкислювача сталі

1. Спосіб підготовки алюмінієвого розкислювача сталі, що полягає в розплавленні алюмінієвого сплаву, головним чином вторинного алюмінієвого сплаву марки АВ-87, розливанні його в стандартні трикамерні виливниці з перегородкою, з отриманням злитків алюмінію строго певної ваги, розмірів і форми у вигляді зрізаної прямокутної призми з паралельними підставами, розплавленні в печах заданого об'єму ливарного чавуну марки СЧ-10, установці вказаних алюмінієвих злитків у форми ливарень або виливниці з таким розрахунком, щоб при заливці їх рідким чавуном вся поверхня алюмінієвого злитка була покрита герметичною чавунною оболонкою однакової розрахункової товщини, який відрізняється тим, що • встановлюють вказані алюмінієві злитки в попередньо підігріті виливниці верхньою меншою підставою на спеціальні упори в днищі виливниці, рівні по висоті розрахунковій товщині чавунної оболонки, • центрують алюмінієвий злиток у виливниці і стопорять його від зсуву при заливці чавуну; формують розрахункову кількість виливниць в касету, що встановлюється на поворотному стенді, що кантує, U 2 (19) 1 3 Відвіку відоме застосування для розкислювання сталі алюмінієвих чушок різної ваги і форми. Наприклад, по авт. св. СРСР № 759170, №1093710, №1135770 пропонувалися форми алюмінієвих чушок у вигляді пелюсток для прискорення їх розплавлення. Істотним недоліком алюмінієвих чушок є те, що із-за малої щільності алюмінію чушки без примусового занурення їх в ківш плавають на поверхні, розплав алюмінію розтікається по поверхні і значна його частина окислюється киснем атмосфери. Унаслідок наявності в ковші хімічно агресивного шлаку алюміній взаємодіє з оксидами, що приводить до низького засвоєння дефіцитного розкислювача металом, що виплавляється. Як алюміній зазвичай застосовується менш дефіцитний сплав вторинного алюмінію марки АВ 87, який містить: алюмінію не меншого 87%, зокрема магнію до 3%, а також приміси у складі міді до 3,8%, цинку до 3,3%, кремнію - до 5%, свинцю - до 0,3%, фосфору, сірі і ін. [див. ДСТУ 3753-98. Технічні умови, Київ, 1999]. Але цей сплав має малу щільність (2,7г/см3) і малий ефект засвоєння його металом, що не перевищує 17%. При витраті сплаву АВ - 87 в кількості 1кг на 1т сталі засвоєння складає всього 0,14кг Нестабільне засвоєння алюмінію марки АВ - 87 вимагає збільшення введення його в більшій кількості в 2-3 рази, що може привести до браку сталі, що виплавляється, у зв'язку із збільшенням кількості неметалічних включень, [див. Сталь, 1972 № 8, с. 702-704]. Відомий спосіб підготовки алюмінію для розкислювання стали шляхом змішування в ковші розплавленого алюмінію з рідкою сталлю або з рідким чавуном з подальшим розливанням отримуваного фероалюмінія у виливниці або металеві мульди. [див. Сталь, 1962 № 3, с. 242]. Отримували злитки сплаву із змістом алюмінію 45-52%. В результаті щільність сплаву збільшується, при присадці його в ківш з рідким металом він розташовується на межі розділу шлак-метал, тобто ізолюється від безпосереднього контакту з киснем повітря. Чад алюмінію скорочується в 1,5-2 рази. Істотний недолік вказаного сплаву полягає в активній його взаємодії з вологою повітря, що виключає можливість тривалого зберігання і є побоювання в можливості насичення металу воднем і збільшення браку металопродукції. Відоме удосконалення цього способу підготовки алюмінію для розкислювання сталі по декларативному патенту України № 24345, С 21С7/06, коли розплавлений алюміній нагрівають на (50100) С вище за температуру плавлення і змішують з твердим гранульованим або кусковим наповнювачем в співвідношенні 1:(1-4) по масі безпосередньо в мульдах в процесі розливання. Отримані злитки алюмінію, що обважнює, використовували для розкислювання киплячої і спокійної сталі безпосередньо в сталерозливочному ковші. Задовільна якість злитків алюміній - залізо і позитивний ефект при розкислюванні забезпечуються тільки при реалізації способу в межах вказаних вище 48174 4 параметрів по температурі перегріву і співвідношення. Даний технічний напрям отримання сплавів алюмінію, що обважнюють, за останні роки знайшов своє віддзеркалення, наприклад в патенті України на винахід № 45937, С 22С35/00, С21С7/06, 3.01.2002 «Сплав для комплексного розкислювання сталі, закупорювання злитків киплячої сталі і легування сталі і чавуну «силікоалюміній», із змістом алюмінію в межах 30-75%, кремнію 10-30%. Відомі також численні рішення по розміщенню алюмінію в закритій захисній оболонці. Наприклад, по одному з перших рішень - шляхом розміщення його в залізній трубі, яка занурена в сталеву плавку, [див., наприклад, патент Люксембурга № 31206 від 21.01.1952] (пріоритет Німеччини від 26.02.1951, Інститут Макса Планка по дослідженню заліза). У описі винаходу приведені варіанти виконання. Товщина стінок і поперечний перетин захисної труби залежить від можливої бажаної швидкості дії і кількості алюмінію. Для особливих випадків можуть застосовуватися оболонки з іншим поперечним перетином, або труби з нерівномірною товщиною стінок. Труба завдяки штангам може занурюватися на різну глибину для зниження чаду металу розкислювача. Технічний результат формулюється як зниження чаду алюмінію, точність дозування розкислювача, а також невелике число - включень в сталі, що виплавляється. Одним з перших патентів на технологію того, що обважнює злитків алюмінію чавуном з метою підвищення ступеня його засвоєння і якості сталі слід вказати авт. св. СРСР № 1089147, С21С 7/06, 18.01.1983 на спосіб розкислювання стали алюмінієм і чушку для розкислювання. Згідно вказаному способу алюміній, що обважнює чавуном, вводять в ківш при випуску розплаву, причому співвідношення маси алюмінію до маси чавуну витримують в межах 1:(2,5-5,0). Чушка по пункту формули винаходу відрізняється тим, що шар чавуну, що обважнює, розміщений в середині чушки, а шар алюмінію рівномірно розподілений по його поверхні. Перевірявся в експериментальних плавках сталі 08Ю також варіант розкислювання сталі чушкою, вагою 25кг, серцевина якої була виконана з алюмінію, а оболонка з чавуну, при двох співвідношеннях алюміній - чавун, рівних 1:6 і 1:12,5. Якість розкислювання оцінювалася по виходу придатного тонколистового прокату з тієї, що розкислює за вказаною технологією сталі 08Ю по категорії 0СВ (особливо складна витяжка ГОСТ 9045-80). Ймовірно, із-за помилкового вибору вказаних неоптимальних співвідношень алюміній - чавун варіант з розташуванням чавуну над шаром алюмінію був отбракован як неперспективний. Відомо два взаємозв'язані патенти РФ: №2152439, С21С7/06, С21С5/04, С21С5/02, 30.12.1997 і №2152440, С21С7/06, В22Д3/00, 3012.1997 відповідно на спосіб розкислювання і мікролегування рейкової сталі алюмінієм і на чушку для розкислювання сталі алюмінієм. У описах патентів досить детально даний аналіз відомих джерел інформації по даному рівню техніки. 5 Результати досвідчених плавок, проведених в 420, - тонних мартенівських печах, показали, що засвоєння алюмінію зросло до 72,6% проти досягнутого по вибраному прототипу, концентрацію алюмінію в сталі вдалося стабілізувати в межах 0,008-0,012%, потрібних для отримання гарантованої ударної в'язкості і високого виходу рейок першого сорту на довжині 25м. Чушка виконана у вигляді сендвіча в сталевої оболонки за формою усіченої піраміди з паралельними підставами, в яку поміщені шар алюмінію і два шару чавуну. При цьому шар алюмінію асиметрично розташований в середній частині чушки між шарами чавуну, а співвідношення маси алюмінію до маси чавуну рівне 1:(1,5-8,5). Чушки з алюмінію в чавунній оболонці вводять в сталь у вигляді блоків із змістом алюмінію 1012%, при співвідношенні тих, що містяться в них вуглецю і алюмінію 1-(2,7-3,0) відповідно і витраті блоків 0,5-0,65кг/т сталі. Витрата алюмінію при використанні чушки, що заявляється, при виплавці сталі склала в середньому 0,08кг на тонну сталі, тоді як при розкислюванні алюмінієм 0,16кг/т. Чад алюмінію при присадці чушки, що заявляється, в печи склав в середньому 30%, при використанні кускового алюмінію 71,6%. Аналогічно вказаному рішенню заявлений по декларативному патенту України № 61821, С22С1/06, 4.06.2003 брикет для розкислювання стали, який складається з розкислювача і обважнювача, при цьому як розкислювач використовують стружку, що містить алюміній 10-90% маси, а як обважнювач - сталева стружка інше. Щільність брикетів складає (2,5-5,5) 103кг/м3. Відомий декларативний патент України на «Спосіб підготовки алюмінієвого розкислювача сталі» № 38915, С21С7/06, опубл. бюл. № 4, 2001, автори: Серова І. і ін., в якому також вирішувалося відоме завдання по висновку заздалегідь сформованого злитка алюмінію в герметичну оболонку, що обважнювала, з щільнішого металу, сумарно без перевищення 15кг ваги стандартних алюмінієвих чушок. Процес отримання злитків розкислювача, що обважнюють чавуном, сталлю переважно до сумарної щільності 4,75-5г/см3, виконують в два етапи: на першому етапі здійснюють виготовлення в спеціальних виливницях алюмінієвих злитків, переважно на базі вторинного алюмінію марки АВ 87; на другому етапі - виробництво і розливання у відповідні виливниці ливарного чавуну марки СЧ-10, в які заздалегідь встановлені вказані вище алюмінієві злитки. Алюмінієві злитки вагою по 3,7кг встановлюють у виливниці так, щоб при заповненні їх рідким чавуном з плавильних печей з різним об'ємом плавки виключити чад алюмінію, а поверхні всіх алюмінієвих злитків повинні бути покриті однаковим рівномірним шаром розрахункової товщини. Потім здійснюють операцію охолодження отриманих злитків алюмінієвого розкислювача і вибивають злитки з виливниць. У описі в прикладі плавки 1 указується, що розплав ливарного чавуну марки СЧ-10 перегрівають в індукційній печі до температури більш 1300 С і заливають їм алюмінієві злит 48174 6 ки, повністю їх покриваючи. У прикладі плавки 2 приведений спосіб розливання розплавленого алюмінію доверху в спеціально відлиті з чавуну форми, які закривають кришкою з цього ж чавуну. Чавунна оболонка і чавунна герметична кришка, розраховані на задане співвідношення алюміній чавун, формують злиток алюмінієвого розкислювача, що обважнює чавуном. У прикладі плавки 3 приведений отримання злитка розкислювача, що обважнює чавуном, з центральним злитком алюмінію вагою 3,7кг при співвідношенні алюміній/чавун рівним 1:3. На базі вивчення представленого рівня техніки з даної проблеми можна констатувати факт, що промислово застосовними і перевіреними на металургійних заводах способами підготовки алюмінієвого розкислювача сталі, що обважнює чавуном, є: 1) виготовлення сплавів рідкого алюмінію як з рідким чавуном, так і з гранульованим або кусковим чавуном; 2) висновок попередній сформованого алюмінієвого злитка в чавунну оболонку при їх оптимальному співвідношенні 1:3. Наприклад, злитки розкислювача марки РА30 при вазі 12,5кг містять центральний злиток вагою 3,54-3,7кг вторинного алюмінію марки АВ-87, інше - герметична однорідна оболонка з ливарного чавуну мазкі СЧ-10. Злитки розкислювача володіють необхідною міцністю для транспортування, навіть без механізації легко завантажуються в заданій кількості в ківш із сталлю, можуть тривало зберігатися на складі, оскільки не бояться дії вологи. При співвідношенні алюміній - чавун 1:3 злитки розкислювача забезпечують таку ж або велику ефективність по розкислюванню і засвоєнню алюмінію, як чушки алюмінію тієї ж ваги. Таким чином, продовжує залишатися актуальною завдання створення технології по виготовленню в промислових об'ємах партій ідентичних злитків алюмінієвого розкислювача. Як прототип для вирішення, що заявляється, вибраний вказаний вище декларативний патент України №38915, С21С 7/06, оп. Бюл. № 4, 2001 на «Спосіб підготовки алюмінієвого розкислювача стали», співпадаючий з ним за призначенням і цілому ряду істотних ознак. До недоліків прототипу слід віднести наступне: - на момент подачі заявки не був проаналізований сучасніший рівень техніки з даної проблеми; - як метал герметичної оболонки, що обважнює, була також вказана сталь, що представляється проблематичним унаслідок підвищеного чаду алюмінію при розливанні рідкої сталі, що має температуру на декілька сотень градусів вище за температуру при розливанні рідкого чавуну; - у описі в прикладі плавки 2 запропонований трудомісткий варіант підготовки алюмінію в герметичній оболонці шляхом виплавки спочатку з рідкого чавуну стаканів, потім заливці доверху в них розплавленого алюмінію з подальшим розміщенням чавунної кришки; - у описі в прикладі плавки 1 в індукційній печі було запропоновано заливати алюмінієві злитки розплавленим ливарним чавуном марки СЧ-10, підігрітим до температури більш 1300 С. 7 Тому, запропонований по прототипу спосіб підготовки алюмінієвого розкислювача сталі в герметичній оболонці з чавуну марки РА30 зажадав доопрацювання. Загальними ознаками способу підготовки алюмінієвого розкислювача сталі по прототипу і корисній моделі, що заявляється, є: розплавлення алюмінієвого сплаву, головним чином вторинного алюмінієвого сплаву марки АВ 87, розливання його в стандартні трикамерні виливниці з перегородками, з отриманням злитків алюмінію строго певної ваги, розмірів і форми у вигляді усіченої прямокутної призми з паралельними підставами, розплавленні в печах заданого об'єму ливарного чавуну марки СЧ-10, установці вказаних алюмінієвих злитків у форми ливарень або виливниці з таким розрахунком, щоб при заливці їх рідким чавуном вся поверхня алюмінієвого злитка була покрита герметичною чавунною оболонкою однакової розрахункової товщини. У основу корисної моделі поставлено завдання створення технології виготовлення в періодичному режимі напівпромислових партій ідентичних злитків алюмінієвого розкислювача сталі, наприклад, злитків алюмінієвого розкислювача, що обважнюють чавуном, марки РА30 з ваговим співвідношенням алюміній/чавун 1-3, шляхом підбору температури розливання заданого об'єму ливарного чавуну і режиму його розливання в малооб'ємні виливниці, що дозволить забезпечити зниження чаду алюмінію при формуванні чавунної оболонки, високу якість отримуваних злитків, а також необхідну продуктивність процесу. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі підготовки алюмінієвого розкислювача стали, що полягає в розплавленні алюмінієвого сплаву, головним чином вторинного алюмінієвого сплаву марки АВ - 87, розливанню його в стандартні трикамерні виливниці з перегородкою, з отриманням злитків алюмінію строго певної ваги, розмірів і форми у вигляді усіченої прямокутної призми з паралельними підставами, розплавленні в печах заданого об'єму ливарного чавуну марки СЧ-10, установці вказаних алюмінієвих злитків у форми ливарень або виливниці з таким розрахунком, щоб при заливці їх рідким чавуном вся поверхня алюмінієвого злитка була покрита герметичною чавунною оболонкою однакової розрахункової товщини, згідно корисної моделі, - встановлюють вказані алюмінієві злитки в наперед підігріті виливниці верхньою меншою підставою на спеціальні упори в днищі виливниці, рівних по висоті розрахунковій товщині чавунної оболонки, - центрують алюмінієвий злиток у виливниці і стопорять його від зсуву при заливці чавуну; формують розрахункову кількість виливниць в касету, що встановлюється на поворотному стенді, що кантує, - контролюють горизонтальність кожної використовуваної касети і початкову температуру чавуну при розливанні об'єму плавки у виливниці, - заливку рідкого чавуну в кожну з виливниць здійснюють при виключенні прямого попадання струменя на поверхню алюмінієвого злитка, для 48174 8 чого спочатку послідовно заливають в кут кожної виливниці меншу частину чавуну для прихоплювання його у днища вказаної виливниці, після чого в тій же послідовності дозаливають чавун до розрахункової висоти над поверхнею алюмінієвого злитка, - здійснюють охолодження отриманого алюмінієвого злитка, що обважнює, за вибраний відрізок часу, після чого з використанням виштовхувачів в днищі кожною з виливниць вибивають вказані злитки розкислювача для оперативної підготовки виливниць для наступних заливок. Перераховані ознаки складають суть корисної моделі, що заявляється, оскільки є необхідними в будь-яких варіантах реалізації і достатніми для досягнення поставленого завдання. Конкретною відмінністю способу є те, що при збільшеній тривалості розливання розплавленого ливарного чавуну з вагранок при масі плавки не меншого 800кг у велике число малооб'ємних виливниць, температуру плавлення чавуну перегрівають до 1350-1390 С, при цьому злиток алюмінію додатково захищають шляхом установки на його поверхню тепловідвід - холодильника, як такий використовують заздалегідь виготовлену чавунну кришку завтовшки, рівній розрахунковій товщині формованої чавунної оболонки. Іншою конкретною відмінністю способу є те, що при розплавленні ливарного чавуну в індукційних печах з можливістю підтримки в процесі розливання у виливниці його температури на заданому рівні, температуру ливарного чавуну витримують в межах 1260-1270 С. Технологія, що заявляється, реалізована таким чином. Процес попереднього виготовлення на першому етапі технології алюмінієвих злитків вагою по 3,7кг в стандартних виливницях, з використанням вторинного алюмінієвого сплаву АВ-87, і із заготівкою їх у необхідній кількості не викликає технічних утруднень. Алюмінієві злитки повинні бути сухими при зберіганні і при установці у виливниці. На другому етапі технології виробництво злитків алюмінієвого розкислювача, що обважнюють чавуном, сумарною вагою в межах 12,5кг здійснюють таким чином. Виливниці збираються по 10шт. в касету, яку встановлюють на стенді, що кантує. Отримання злитків алюмінієвого розкислювача марки РА30 відпрацьовувалося як при розплавленні ливарного чавуну марки СЧ-10 масою 800кг у вагранці, так і при розплавленні його в індукційних печах ІСТ-0,16 і ІСТ-0,4 з садіннями в печі відповідно 160кг і 400кг Норматив обороту однієї касети по операціях складає: - установка алюмінієвих злитків у виливницю 10с - застопорити алюмінієві злитки - 10с - заливка чавуну в 5 виливниць - 50с - накриття злитка кришкою - холодильником 5с. - застигання чавуну - 420с. - вибівка злитків розкислювача з виливниць 25с. 9 48174 Разом: - 520с Тобто, при використанні однієї касети за 10хв. можна розлити 85кг чавуну. Отже, для розливання 800кг чавуну з вагранки в одну касету буде потрібно близько 3 годин, а в дві касети - близько 1,5 годин. Внаслідок того, що після початку розливання рідкого чавуну з вагранки за вказаний період часу 1,5-3 години його температура знижуватиметься, можуть виникнути труднощі для розливання всієї маси розплавленого чавуну. Тому, для виключення подібної ситуації передбачають істотний перегрів рідкого чавуну від температури плавлення до моменту почала його розливання у виливниці до 1350-1390 С. Проте, у свою чергу це створює можливість підвищеного чаду алюмінію із злитка встановленого у виливниці. Вирішення вказаної проблеми було знайдене шляхом установки у виливницю на поверхню більшої підстави алюмінієвого злитка чавунної кришки розрахункової товщини як тепловідвод - холодильника. Проведені спеціальні експерименти показали, що при розплавленні ливарного чавуну не у вагранці, а в індукційних печах є можливість підігріву рідкого чавуну до потрібної температури в процесі його розливання у виливниці. Температуру розливання рідкого ливарного чавуну в цьому випадку підбирають в межах 1260-1270 С, що дає можливість заощадити електроенергію і здійснювати розливання рідкого чавуну без установки на алюмінієвий злиток кришки тепловідвода - холодильника. Значною мірою це стало можливим за рахунок вибору щадного режиму розливання рідкого ливарного чавуну в кут виливниці з подальшим поступовим заповненням її в напрямі знизу - вгору, з одночасним охолоджуванням чавуну між стінками виливниці і поверхнями алюмінієвого злитка. Це дозволяє виключити чад алюмінію при температурах розливання 1260-1270 С, близьких до температури почала застигання чавуну. Виключення прямого попадання струменя рідкого ливарного чавуну на поверхню алюмінієвого злитка в комбінації з накладенням додаткової за Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 10 хисної кришки тепловідводу - холодильника забезпечує малий чад алюмінію при підвищених температурах рідкого ливарного чавуну 1350-1390 С у разі розливання його з вагранки. Таким чином, при використанні порівняно простої технології розливання рідкого ливарного чавуну, як з вагранки, так і з індукційних печей з достатньою продуктивністю може бути забезпечено, наприклад, виробництво 41т/мес. злитків алюмінієвого розкислювача марки РА30, і 82т/мес. для індукційної печі ІСТ-0,4 (4 плавки за зміну, двозмінна робота в добу, за 18 робочих днів в місяць). Підготовка виливниць до роботи полягає у виконанні наступних обов'язкових вимог: горизонтальність касети; прогріві виливниці до температури 100 С; періодичне нанесення антипригарного покриття, очищення дна і стінок виливниць від сажі. Крім того, необхідно стежити за посадкою виштовхувачів злитків виливниць і щоб уникнути приварювання до чавунної оболонки ретельно покривають їх поверхню антипригарним покриттям. Підвищені вимоги пред'являються до якості поверхні чавунної оболонки отримуваних злитків. З поверхні злитків розкислювача мазкі РА30 повинен віддалятися алюміній. Наявність шлаку на поверхні злитків також не допускається, шлак винен вирубуватися. Приймання відлитих злитків розкислювача РА30 здійснюється після приймання за якістю поверхні чавунної оболонки, для чого їх провішують, укладають великими підставами в пакет з 3 5 злитків і висотою з 6 злитків. Пакет зобов'язують для транспортування бандажною стрічкою. На кожен пакет вішають бирку з вказівкою номера партії і ваги нетто. З урахуванням представленого в описі аналізу сучасного рівня техніки з даної проблеми і технологічних операцій по виготовленню що обважнюють чавуном злитків, рішення, що заявляється, на спосіб підготовки алюмінієвого розкислювача сталі РА30 відповідає критеріям новизни і промислової застосовності, що пред'являються до корисних моделей. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601