Порошковий дріт для обробки металургійних розплавів

Реферат: Порошковий дріт для обробки металургійних розплавів складається з металевої оболонки і порошкового наповнювача, який містить кальцій і шлакоутворюючий матеріал. Як шлакоутворюючий матеріал використаний або вапняк, або пісок, або ставроліт чи його концентрат, або їх суміші у будь-якому сполученні та співвідношенні, наповнювач містить 3070 % кальцію, а співвідношення між складовими частинами дроту встановлено таким, мас. %: порошковий наповнювач 29-78 металева оболонка 22-71. UA 75259 U (12) UA 75259 U UA 75259 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі металургії і ливарного виробництва, а саме до технології обробки металургійних розплавів, і може бути використана для присаджування кальцію у розплави переважно сталей і сплавів для їх розкислення, дегазації і десульфурації при позапічній обробці. Кальцій - активний розкислювач, дегазатор сталі, ефективний десульфуратор, забезпечує при високому ступені розкислення мінімальну кількість і оптимальну форму неметалічних включень, поліпшує показники міцності прокату, поковок і виливків. Відомий порошковий дріт для обробки металургійних розплавів, який складається з металевої оболонки і порошкового наповнювача, що містить кальцій і додатковий компонент залізний порошок, відношення якого до кальцію становить (1,2-3,0):1, а вміст кальцію у складі дроту становить 5-30 мас. % (UA 29322 U, МПК(2006) С21С 7/00, оп. 10.01.2008). При використанні відомого дроту досягається певна глибинна пасивація кальцію, однак недоліком відомого порошкового дроту є те, що залізний порошок, який використовується як пасиватор, не дозволяє кальцію досягати необхідної глибини рідкого металу для найефективнішого його використання, що призводить до недостатнього ступеня десульфурації та видалення неметалевих включень, які утворюються при обробці сталі кальцієм. Найбільш близьким аналогом порошкового дроту для обробки металургійних розплавів, що заявляється, вибраним як прототип, є порошковий дріт, який складається з металевої оболонки і порошкового наповнювача, що містить у собі кальцій і флюсовий матеріал із вмістом СаО≥45,0 мас. % і SiO2≤15,0 мас. % і основністю (CaO/SiO2)≥3,2. Як флюсовий матеріал такого складу використовують або плавлену рафінувальну шлакову суміш, яка додатково містить С, CaF2, Al2O3, MgO, Р2О5, Na2O, K2O окремо або разом у будь-якому сполученні та співвідношенні, або обпечений доломіт, або доломітизоване вапно. Відношення між флюсовим матеріалом і кальцієм становить (0,2-3,2):1, а співвідношення між складовими частками дроту встановлене таке: порошковий наповнювач 25-60 мас. %, сталева оболонка 40-75 мас. % (UA 54429 U, МПК(2009) С21С 7/00, оп. 10.11.2010). Спільними суттєвими ознаками відомого дроту і дроту, що заявляється, є металева оболонка і порошковий наповнювач, що містить кальцій і шлакоутворюючий матеріал. При використанні відомого дроту, завдяки складу флюсового матеріалу, підвищуються об'єм металу, охоплений реакцією взаємодії кальцію з розплавом, при одночасному забезпеченні модифікації неметалевих включень, їх асиміляції флюсовим матеріалом і швидкого спливання у шлак. Недоліками відомого порошкового дроту є наступне: - ймовірність при використанні дроту утворення метасилікату кальцію CaSiO3 - продукту взаємодії окису кальцію і двоокису кремнію, які містяться у флюсі, що перешкоджає їх взаємодії із сіркою і, відповідно, десульфурації сталі; - висока гігроскопічність матеріалів флюсу, що призводить до їх розкладання при зберіганні; - використання як флюсу матеріалів, вироблених промисловим способом шляхом обробки певної сировини для отримання необхідного складу флюсу, що призводить до подорожчання як процесу виготовлення дроту, так і самого дроту. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення порошкового дроту для обробки металургійних розплавів, в якому шляхом зміни складу шлакоутворюючих матеріалів, вмісту кальцію у наповнювачі і співвідношення між складовими частинами дроту забезпечується підвищення ефективності використання кальцію як розкислювача, дегазатора, десульфуратора і модифікатора неметалевих включень за рахунок підвищення ступеня взаємодії шлакоутворюючих матеріалів із сіркою і, відповідно, асиміляції і видалення її та інших неметалевих включень з розплаву. Крім цього, за рахунок використання дешевих природних шлакоутворюючих матеріалів з низькою гігроскопічністю, забезпечується можливість тривалого зберігання добутих матеріалів без зміни їх складу і властивостей, а також здешевлення процесу виготовлення порошкового дроту. Поставлена задача вирішується тим, що у порошковому дроті для обробки металургійних розплавів, що складається з металевої оболонки і порошкового наповнювача, який містить кальцій і шлакоутворюючий матеріал, згідно з корисною моделлю, новим є те, що як шлакоутворюючий матеріал використаний або вапняк, або пісок, або ставроліт чи його концентрат, або їх суміші у будь-якому сполученні та співвідношенні, наповнювач містить 3070 % кальцію, а співвідношення між складовими частинами дроту встановлено таким, мас. %: порошковий наповнювач 29-78 металева оболонка 22-71. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляються, і технічним результатом існує наступний. 1 UA 75259 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Використання як шлакоутворюючого матеріалу або вапняку, або піску, або ставроліту чи його концентрату, або їх суміші у будь-якому сполученні та співвідношенні забезпечує активну взаємодію шлакоутворюючого матеріалу або суміші зазначених шлакоутворюючих матеріалів із сіркою, завдяки тому, що ні у випадку використання окремо одного із зазначених флюсів, ні у випадку використання їх суміші не утворюються стабільні силікати кальцію, що сприяє як десульфурації сталі, так і асиміляції і видаленню неметалевих включень з розплаву у шлак. А у випадку застосування вапняку, який в основному складається з карбонату кальцію СаСО3, у металургійному розплаві протікає реакція: СаСО3→Са+СО2, яка сприяє збільшенню потрапляння у розплав кальцію, а також зниженню перегріву рідкого металу, рівномірному його перемішуванню і його дегазації. Вапняк, пісок, ставроліт чи його концентрат та їх суміші є природними матеріалами, які добувають переважно відкритим способом у кар'єрах і застосовують практично без додаткової обробки чи впливу інших хімічних речовин, що забезпечує значне здешевлення процесу виготовлення порошкового дроту. Крім того, всі ці матеріали мають дуже низьку гігроскопічність, тому зберігаються як у природі, так і після добування, протягом тривалого часу без втрати свого хімічного складу і фізичних властивостей. Наявність у складі наповнювача 30-70 % кальцію забезпечує утворення рідкої розплавленої суміші кальцію із шлакоутворюючим матеріалом і практично одночасне потрапляння її у рідку сталь без утворення пари кальцію всередині дроту або потрапляння наповнювача в сталь у твердому стані, що також підвищує ефективність використання кальцію і знижує витрати дроту. Встановлення співвідношення між складовими частинами дроту таким: порошковий наповнювач - 29-78 мас. %, металева оболонка - 22-71 мас. %, забезпечує введення дроту на глибину, достатню для розплавлення і потрапляння у розплав усього кальцію і для охоплення реакцією взаємодії кальцію з розплавом максимально можливого об'єму металу, при збереженні жорсткості дроту, що також підвищує ефективність використання кальцію і знижує витрати дроту. Відхилення від цього співвідношення призводить, з одного боку, до того, що ще до розплавлення оболонки кальцій всередині дроту буде переходити у парову фазу, що призведе до значного зменшення ефективності його використання, а з другого, до збільшення витрат дроту. Порошковий дріт діаметром 9-20 мм складається з оболонки із сталевої стрічки, що виготовляється переважно з холоднокатаної низьковуглецевої сталі марки 08ПС або 08Ю, і порошкового наповнювача, що містить 30-70 % кальцію І шлакоутворюючий матеріал, яким може бути або вапняк, або пісок, або ставроліт чи його концентрат тощо, або їх суміші у будьякому сполученні та співвідношенні. Можуть використовуватись один або декілька обпечених шлакоутворюючих матеріалів або їх суміші з необпеченими. Використання обпечених шлакоутворюючих матеріалів або суміші обпечених і необпечених матеріалів дозволяє шляхом прожарювання позбавитися різноманітних органічних домішок, наявних у природних матеріалах, що додатково підвищує ефективність їх застосування. Використовують, наприклад, вапняк флюсовий марки С-1, С-2 за ТУ У 14.1-00191827-0012003 (хімічна формула СаСО3), пісок формувальний кварцовий (формула SiO2) за ТУ У 14.200201081-056.2007. 2+ Ставроліт має хімічний склад Fe Al4[SiO4]2O2(OH)2 і являє собою острівний силікат алюмінію і заліза з додатковими аніонами. Хімічний склад (у %): FeO-15,8; Аl2О3-55,9; SiO2-26,3; Н2О-2,0. У складі порошкового дроту 22-71 мас. % займає металева оболонка і 29-78 мас. % порошковий наповнювач. Товщина сталевої оболонки становить близько 0,4-0,5 мм, при цьому вона залежить від маси порошкового наповнювача, яка в середньому становить близько 200 г на 1 м довжини дроту (для діаметра 13 мм), і має бути достатньою, щоб забезпечити необхідну жорсткість порошкового дроту для його введення у розплав на достатню глибину. Кальцій у наповнювачі знаходиться переважно у вигляді гранул або крупки із вмістом чистого кальцію не менше 95,0 мас. %. Оптимальний гранулометричний склад наповнювача становить таке співвідношення фракцій: 2,0-1,25 мм - 50-55 мас. %; 1,25-0,63 мм - 35-40 мас. %; 0,63-0 мм - 5-15 мас. %, що призводить до найщільнішого впакування наповнювача із заповненням дрібними гранулами порожнеч між більшими гранулами. Це забезпечує найбільший коефіцієнт заповнення порошкового дроту, що дозволяє підвищити питомий вміст у порошковому дроті активних реагентів, насамперед кальцію, що, у свою чергу, сприяє підвищенню ефективності використання кальцію і обробки металургійних розплавів порошковим дротом. Відношення між вмістом кальцію в наповнювачі і вмістом самого наповнювача в дроті знаходиться в межах 0,4-1,3, що забезпечує синхронізацію у часі процесів вивільнення кальцію 2 UA 75259 U 5 10 15 20 25 в розплав і розплавлення наповнювача, не допускаючи утворення пари кальцію всередині дроту або потрапляння наповнювача у розплав у твердому стані. Якщо це співвідношення буде меншим за 0,4, то наповнювач потраплятиме у розплав у твердому стані, що призведе до додаткових витрат на підігрів і розплавлення наповнювача і до підвищеного вигару кальцію. Якщо це співвідношення буде більшим за 1,3, то всередині дроту кальцій буде переходити у пару, що призведе до розриву оболонки на недостатній глибині, викидів і надмірного пилогазовиділення. Виготовлення порошкового дроту здійснюють таким чином. Стальну стрічку профілюють у жолобоподібну оболонку. Дозованими порціями з двох бункерів заповнюють оболонку порошками металевого (гранульованого) кальцію і шлакоутворюючого матеріалу або їх суміші, які рівномірно розподіляються по жолобу оболонки. Після цього за допомогою роликових клітей обтискують оболонку і формують замок. Готовий дріт намотують на котушку і поставляють у бухтах. Порошковий дріт необхідної довжини, розрахованої у залежності від кількості кальцію, необхідної для розкислення і десульфурації сталі або сплаву, вводять у розплав за допомогою трайбапарату з розрахованою для кожного випадку швидкістю, необхідною для того, щоб кальцій розчинився на певній глибині. На одному з металургійних комбінатів проведені випробування запропонованого дроту. Заповнення дроту Ø13 мм складало 170 г/м (гранульованого кальцію з вмістом 95 % чистого кальцію - 45 %, вапняку -55 %). Співвідношення між порошковим наповнювачем і сталевою оболонкою становило 52:48 мас. %. Співвідношення між вмістом кальцію у наповнювачі і самого наповнювача у дроті становило 0,86. Дріт вводили за допомогою трайбапарату в сталь-ківш на установці доводки металу після усередненої продувки під час виробництва сталі марки 12Г2С. Було проведено 10 обробок сталі. У середньому вміст кальцію у готовому металі (проба МБЛЗ) становив 0,0030 %, ступінь засвоєння - 0,0031 %. Усі неметалеві включення глобуляризовані, вміст неметалевих включень в сталі становив 0,006 %. Метал повністю розливався на МБЛЗ, мав підвищені ливарні та механічні властивості. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 Порошковий дріт для обробки металургійних розплавів, що складається з металевої оболонки і порошкового наповнювача, який містить кальцій і шлакоутворюючий матеріал, який відрізняється тим, що як шлакоутворюючий матеріал використаний або вапняк, або пісок, або ставроліт чи його концентрат, або їх суміші у будь-якому сполученні та співвідношенні, наповнювач містить 30-70 % кальцію, а співвідношення між складовими частинами дроту встановлено таким, мас. %: порошковий наповнювач 29-78 металева оболонка 22-71. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3