Порошковий дріт для обробки металургійних розплавів

Реферат: Порошковий дріт для обробки металургійних розплавів складається з металевої оболонки і порошкового наповнювача, який містить металевий кальцій. Розмір часток наповнювача не перевищує 3 мм, а співвідношення між товщиною оболонки дроту, в мм, та кількістю кальцію в дроті, в мас. частках, знаходиться у межах (0,65-2,1):1. UA 86114 U (12) UA 86114 U UA 86114 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель стосується металургії і ливарного виробництва, а саме 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. При введенні кальцію до металургійних розплавів проблемою є ступінь засвоєння кальцію розплавом металу, тобто ступінь його використання із порошкового дроту, і частота появи язиків полум'я і диму, тобто інтенсивність випаровування кальцію. Відомий порошковий дріт для обробки металургійних розплавів, який складається з металевої оболонки і порошкового наповнювача, що містить чистий кальцій 99 %. Товщина оболонки становить 0,3-0,5 мм, зовнішній діаметр дроту - 10, 13, 14 або 15 мм [Знайдено в Інтернеті 19.11.2009] (http://www.supplysteel.ru/191109a.php). При введенні відомого дроту у металургійний розплав невелика товщина сталевої оболонки при великій кількості порошку кальцію і, відповідно, його великій питомій поверхні, призводить до розплавлення дроту на глибині, яка недостатня (менше 1,2 м) для досягнення приблизної рівності між феростатичним тиском стовпа металу і пружності пари кальцію (близько 0,15 МПа при 1600 °C), що призводить до інтенсивного випаровування кальцію і, як наслідок, його втрати і зниження ступеня засвоєння. Відомий також порошковий дріт для обробки металургійних розплавів, який складається з металевої оболонки і порошкового наповнювача, що містить у собі порошок чистого кальцію. Товщина оболонки становить від більше 0,6 мм до переважно 2,0 мм, а зовнішній діаметр дроту 9 мм. Умовна щільність наповнювача у порівнянні з твердим кальцієм, одержана внаслідок пластичної деформації дроту (прокатки або волочіння), становить 97 %, при цьому вага кальцію на 1 погонний метр дроту становить 58 г при товщині оболонки 1,0 мм і 43 г при 1,5 мм (RU 2401868 С2, МПК (2006.01) С21С 1 /00, 7/00, oп. 20.10.2010). Відомий дріт, завдяки підвищеній товщині оболонки, проходить на більшу глибину і має достатню жорсткість при проходженні крізь шлак, а висока щільність наповнювача, незважаючи на невеликий діаметр дроту і підвищену товщину оболонки, забезпечує потрапляння підвищеної кількості кальцію на необхідну глибину для досягнення приблизної рівності між феростатичним тиском стовпа металу і пружності пари кальцію. Однак, недоліками відомого порошкового дроту є таке: - висока щільність кальцію у дроті, внаслідок його пластичної деформації, призводить до того, що площа поверхні взаємодії кальцію з розплавом металу зменшується, кальцій не встигає реагувати з компонентами розплаву і випаровується, рівність між феростатичним тиском стовпа металу і пружності пари кальцію не досягається, що зменшує ступінь засвоєння кальцію; - підвищена товщина сталевої оболонки дроту спричиняє збільшення витрати дроту; - включення у технологічний процес виготовлення порошкового дроту операцій з пластичної деформації дроту (прокатки або волочіння) значно ускладнює цей процес і призводить до подорожчання дроту. Найбільш близьким аналогом порошкового дроту для обробки металургійних розплавів, що заявляється, вибраним як прототип, є дріт, що складається зі сталевої оболонки і наповнювача, за який використаний металевий кальцій у вигляді гранул або крупки. Діаметр дроту становить від 8 до 14 мм, товщина оболонки - 0,30-0,55 мм. При цьому співвідношення між складовими частинами дроту встановлено таким, мас. %: наповнювач 23-28 сталева оболонка 72-77. Коефіцієнт засвоєння кальцію, визначений як різниця між концентраціями кальцію (у %) у сталі після і до присадки, помножена на співвідношення між масою сталі у ковші або іншій ємності і масою введеного кальцію, становить 18,9 % (RU 2337144 С1, МПК (2006.01) С21С 7/00, оп. 27.10.2008). Спільними суттєвими ознаками відомого дроту і дроту, що заявляється, є металева оболонка і порошковий наповнювач, що містить металевий кальцій. У відомому дроті при звичайних товщині оболонки і діаметрі дроту забезпечується потрапляння дроту на необхідну глибину за рахунок переважання маси оболонки над масою наповнювача приблизно у три рази, однак таке переважання не дозволяє досягнути необхідного ступеня засвоєння кальцію, внаслідок його невеликої кількості у дроті, яка швидко випаровується, і зумовлює перевитрати дроту. Крім цього, у відомому дроті невисока щільність заповнення кальцієм оболонки (коефіцієнт заповнення, визначений як відношення маси 1 UA 86114 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 наповнювача в одному погонному метрі дроту до маси одного погонного метра дроту, становить 0,23-0,40). Це зумовлено тим, що гранули і крупка можуть мати розміри часток, які перевищують 3 мм, в результаті чого між частками утворюються незаповнені доволі великі порожнини, що знижує вміст кальцію, потребує більшої витрати дроту і негативно впливає на ефективність обробки сталі. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення порошкового дроту для обробки металургійних розплавів, в якому шляхом встановлення співвідношення між товщиною металевої оболонки дроту та кількістю наповнювача у дроті і обмеження розміру часток наповнювача забезпечується підвищення ефективності використання кальцію як розкислювача, дегазатора, десульфуратора і модифікатора неметалевих включень за рахунок підвищення щільності заповнення оболонки дроту кальцієм, збільшення його кількості, що призводить до синхронізації у часі процесів розплавлення сталевої оболонки в локальній зоні нагріву порошкового заповнювача до температури навколишнього металу та вивільнення необхідної кількості кальцію в розплав, що значно прискорює процес розчинення кальцію в сталі. Це дозволяє підвищити та стабілізувати на високому рівні ступінь засвоєння кальцію, зменшити технологічний брак металу, знизити витрати дроту і час обробки металу та підвищити ефективність використання кальцію. Поставлена задача вирішується тим, що у порошковому дроті для обробки металургійних розплавів, що складається з металевої оболонки і порошкового наповнювача, який містить металевий кальцій, згідно з корисною моделлю новим є те, що розмір часток наповнювача не перевищує 3 мм, а співвідношення між товщиною оболонки дроту, в мм, та кількістю кальцію в дроті, в мас. частках, знаходиться у межах (0,65-2,1): 1. Між сукупністю суттєвих ознак корисної моделі, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, існує наступний причинно-наслідковий зв'язок. Виконання наповнювача з розміром часток, що не перевищує 3 мм, забезпечує щільніше і компактніше заповнення оболонки дроту за рахунок того, що між частками меншого розміру утворюються невеликі порожнини, які заповнюються дрібнішими частками, внаслідок чого підвищуються щільність заповнення дроту кальцієм (коефіцієнт заповнення становить 0,3-0,5) і, відповідно, його вміст, і ступінь його засвоєння розплавом оброблюваного металу (коефіцієнт засвоєння 20-25 %), що сприяє більш ефективній обробці розплавленого металу, зменшенню витрати дроту і часу обробки металу. Крім цього, більша щільність заповнення дроту спричиняє зменшення питомої поверхні часток кальцію, що призводить до більш плавного і тривалого протікання ефекту "температурного баласту", що також підвищує засвоєння кальцію. Встановлення співвідношення між товщиною сталевої оболонки дроту (мм) та кількістю порошкового заповнювача в дроті (частки) в межах (0,65-2,1):1 забезпечує синхронізацію процесу розплавлення сталевої оболонки, нагрів порошкового наповнювача до температури навколишнього металу і вивільненням в локальній зоні розплаву саме такої кількості кальцію, що встигне розчинитися в сталі. Все це дозволяє значно підвищити і стабілізувати на високому рівні ступінь засвоєння кальцію, зменшуючи його вигар. Якщо відношення між товщиною сталевої оболонки дроту (мм) та кількістю кальцію в дроті (частки) буде більше ніж 2,1:1, наповнювач вивільнятиметься в розплав з температурою нижчою, ніж у навколишнього металу і будуть додаткові втрати на підігрів та розчинення кальцію, зниження температури сталі в ковші, та, як наслідок, зниження ефективності використання кальцію. До того ж кальцію буде занадто мало, що призведе до підвищених витрат при використанні дроту і зниження ефективності його використання. Якщо ж зазначене співвідношення буде менше ніж 0,65:1, це призведе до виготовлення дроту з тонкою оболонкою і при його використанні оболонка розплавлятиметься на недостатній глибині, кальцій вивільнятиметься в розплав в надмірній кількості в верхніх шарах металу, не встигатиме розчинитися в сталі, що призведе до зниження ступеня його засвоєння і, як наслідок, зниженню ефективності використання, підвищеним витратам дроту. Процес обробки рідкої сталі дротом зі всіма вказаними параметрами перебігає спокійно, без викидів та виносу порошку на поверхню, стабільно забезпечуючи високий рівень засвоєння кальцію і необхідний його вміст в сталі. Порошковий дріт діаметром 8-16 мм складається з оболонки із сталевої стрічки, що виготовляється переважно з холоднокатаної низьковуглецевої сталі марки 08ПС або 08Ю, і порошкового наповнювача, що містить 100 % металевого кальцію з розміром часток, що не перевищує 3 мм (переважно 0,4-2,5 мм). У складі порошкового дроту 23-40 мас. % або 0,23-0,40 мас. частки займає порошковий наповнювач. Товщина сталевої оболонки становить близько 0,3-0,6 мм (переважно 0,4-0,5 мм), співвідношення між товщиною оболонки дроту, в мм, та кількістю кальцію в дроті, в мас. частках, знаходиться у межах (0,65-2,1):1. 2 UA 86114 U 5 10 15 20 25 Кальцій у наповнювачі знаходиться переважно у вигляді порошку, але може бути і у вигляді гранул або крупки із вмістом чистого кальцію не менше 95,0 мас. %. Оптимальний гранулометричний склад наповнювача становить таке співвідношення фракцій: 2,5-1,25 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 порожнин між більшими гранулами. Це забезпечує найбільший коефіцієнт заповнення порошкового дроту, що дозволяє підвищити питомий вміст у порошковому дроті активного реагенту - кальцію, що, у свою чергу, сприяє підвищенню ефективності використання кальцію і обробки металургійних розплавів порошковим дротом. Виготовлення порошкового дроту здійснюють таким чином. Стальну стрічку профілюють у жолобоподібну оболонку. Дозованими порціями з бункера заповнюють оболонку порошком металевого (гранульованого) кальцію, який рівномірно розподіляється 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 діаметром 9 мм складало 60 г/м (гранульованого кальцію з вмістом 97 % чистого кальцію). Співвідношення між товщиною сталевої оболонки, в мм, та кількістю кальцію в дроті, в мас. частках, становило 1,3:1. Дріт вводили за допомогою трайбапарату в сталь-ківш на установці доводки металу після усереднювальної продувки під час виробництва сталі марки 12Г2С. Було проведено 10 обробок сталі. У середньому вміст кальцію у готовому металі (проба МБЛЗ) становив 0,0030 %, коефіцієнт засвоєння - 23 %. 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 Порошковий дріт для обробки металургійних розплавів, що складається з металевої оболонки і порошкового наповнювача, який містить металевий кальцій, який відрізняється тим, що розмір часток наповнювача не перевищує 3 мм, а співвідношення між товщиною оболонки дроту, в мм, та кількістю кальцію в дроті, в мас. частках, знаходиться у межах (0,65-2,1):1. 35 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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