Порошковий дріт для комплексної обробки металургійних розплавів

Реферат: Порошковий дріт для комплексної обробки металургійних розплавів складається з металевої оболонки і порошкового наповнювача у вигляді суміші матеріалів, які містять алюміній, кальцій та титан. Наповнювачі додатково містять матеріал з барієм, причому вміст барію в співвідношенні провідних елементів має бути не менше 4 %. Як матеріал з барієм використовуються силікобарій, алюмобарій, комплексні сплави. Наповнювач додатково містить сплав з рідкоземельними металами. UA 88589 U (54) ПОРОШКОВИЙ ДРІТ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОЇ ОБРОБКИ МЕТАЛУРГІЙНИХ РОЗПЛАВІВ UA 88589 U UA 88589 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі чорної металургії, а саме до позапічної обробки сталі порошковими дротами. В сучасній металургії підвищені вимоги до якості металу можуть досягатись також і за рахунок використання порошкових дротів з новими наповнювачами. Відоме застосування порошкових дротів з наповнювачами із комплексних сплавів для одночасного проведення процесів розкислення, модифікування та мікролегування сталі. Проте, організація малого виробництва складних комплексних плавлених матеріалів зі стабільним та необхідним вмістом елементів в сплаві пов'язано з великими проблемами і, як слідство, значним подорожчанням як самої продукції, так і позапічної обробки металургійних розплавів. В цьому випадку більш ефективним є використання порошкових дротів з комплексними наповнювачами, які складаються з механічних сумішей металів, феросплавів та лігатур, що мають широке виробництво. Відомий порошковий дріт (патент України на корисну модель № 16010, бюл. № 7 від 14.02.2006), що містить сталеву оболонку і порошковий наповнювач із алюмінію та кальцію. Співвідношення між алюмінієм та кальцієм в наповнювачі встановлено наступним, мас. %: алюміній 55-80 кальцій 20-45, причому відношення між вмістом кальцію в наповнювачі і вмістом самого наповнювача в дроті складає величину 0,6-1,2. Використання дроту з наповнювачем із алюмінію та кальцію для позапічної обробки металу дозволяє проводити розкислювання, модифікування розплаву та корегування хімічного складу сталі по вмісту алюмінію. Не дивлячись на те, що при використанні такого дроту досягаються певні позитивні результати по підвищенню якості металу, він має недоліки. Одночасне використання алюмінію для розкислення і мікролегування металу робить недостатньо визначеним кінцевий вміст алюмінію металевого в сталі, що є важливим для формування необхідного бала зерна структури сталі. В готовій металопродукції не завжди виконуються необхідні вимоги до механічних властивостей, що приводить до додаткових витрат на її термічну обробку, яка також не завжди може в необхідній мірі виправити механічні властивості металу. Найбільш близьким до корисної моделі, що заявляється, за технічною суттю та досягненням технічного результату є порошковий дріт (патент України на корисну модель № 45938, бюл. № 22 від 25.11.2009) з наповнювачем у вигляді механічної суміші алюмінію, кальцію та титановмісного матеріалу з розрахунку забезпечення співвідношення провідних елементів в наповнювачі на наступному рівні, мас. %: кальцій 15-30 титан 10-30 алюміній залишок. Додатково зазначено те, що алюміній в наповнювачі знаходиться у вигляді сплавів алюмінію, а титан у вигляді феротитану, титану губчастого окремо або їх суміші в будь-якому співвідношенні. Цей порошковий вибрано як аналог. Під час позапічної обробки рідкої сталі таким порошковим дротом одночасно проходять процеси її розкислення, модифікування та мікролегування, в результаті чого підвищуються показники макро-, мікроструктури металу та, як слідство, механічних властивостей металопродукції. Але для отримання стабільно високих показників якості металу при комплексній взаємодії реагентів наповнювача з рідким металом треба, щоб процеси розкислення, модифікування, мікролегування протікали в оптимальному взаємному співвідношенні і в необхідній мірі. При використанні порошкового дроту з порівняльним складом наповнювача не завжди виконується ця вимога, особливо це належить до процесу модифікування. Рішення цієї проблеми тільки підвищенням дольового вмісту кальцію в наповнювачі призводить до зростання витрат дроту для забезпечення необхідного рівня розкислення та мікролегування. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення порошкового дроту для позапічної обробки металургійних розплавів з метою забезпечення необхідного взаємного співвідношення та рівня розкислення, модифікування, заданого вмісту мікролегуючих елементів в сталі за рахунок вибору та вмісту складових частин наповнювача, гарантованого рівня структури металу, службових властивостей металопродукції, зниження витрат на обробку сталі. Поставлена задача вирішується тим, що в порошковому дроті для комплексної обробки металургійних розплавів, що складається з металевої оболонки і порошкового наповнювача у вигляді суміші матеріалів, які містять алюміній, кальцій та титан, в наповнювачі додатково знаходиться матеріал з барієм при наступному співвідношенні провідних елементів (% мас): 1 UA 88589 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 сума кальцію та барію 15-40 титан 5-20 алюміній решта, причому вміст барію в співвідношенні провідних елементів має бути не менш 4 %. Як матеріал з барієм використовуються силікобарій, алюмобарій, комплексні сплави. Наповнювач додатково містить сплав з рідкоземельними металами (РЗМ) в кількості, що забезпечує наступне співвідношення провідних елементів, % мас: сума кальцію та барію 10-35 сума рідкоземельних металів 3-20 титан 5-20 алюміній решта. В порошковому дроті для обробки рідкого металу з наповнювачем у вигляді механічної суміші алюмінію, кальцію та титановмісного матеріалу додатково міститься активний модифікуючий елемент. По фізико-хімічних властивостях як модифікатори використовуються лужноземельні елементи, особливо кальцій. Крім того, серед лужноземельних елементів найбільший інтерес має барій. Це зв'язано з його специфічними фізико-хімічними властивостями: високою температурою випаровування (більшою ніж температура обробки рідкої сталі), низьким парціальним тиском випаровування, практично повної нерозчинності в рідкій сталі як самого барію, так і його продуктів реагування. Сумісне використання кальцію і барію значно підвищує ефективність процесу модифікування. Це, в свою чергу, приводить до підвищення ефективності процесів розкислення та мікролегування. На основі цього вибрані необхідні матеріали як компоненти наповнювача та їх дольова кількість, що дозволяє забезпечити необхідне співвідношення провідних елементів в наповнювачі, тим самим високу взаємну ефективність процесів розкислення, модифікування та мікролегування, і, як слідство, стабільно високу якість металу. При необхідності, в разі більш високих та специфічних вимог до якості металу додатково в наповнювачі можуть використовуватись матеріали з рідкоземельними металами. Загальними істотними ознаками в порівнянні з порошковим дротом за аналогом є: порошковий дріт, металева оболонка, порошковий наповнювач з алюмінію, кальцію та титановмісного матеріалу, використання в наповнювачі кальцію металевого (кальцію гранульованого), сплавів алюмінію, феротитану та губчатого титану промислових марок з вмістом провідних, додаткових та шкідливих елементів відповідно нормативно-технічної документації на їх виробництво та постачання. Відмінними від прототипу істотними ознаками є: - використання в наповнювачі матеріалу з барієм; - співвідношення між провідними елементами в наповнювачі, мас. %: сума кальцію та барію 15-40 титан 5-20 алюміній решта, причому вміст барію в співвідношенні провідних елементів має бути не менше 4 %. Додатковими відмінними від аналога ознаками є: - використання як матеріалу з барієм силікобарію, алюмобарію, комплексних сплавів; - додаткове використання в наповнювачі сплаву з рідкоземельними металами (РЗМ) в кількості, що забезпечує наступне співвідношення провідних елементів, мас. %: сума кальцію та барію 10-35 сума рідкоземельних металів 3-25 титан 5-20 алюміній решта. Приведені ознаки є необхідними і достатніми для всіх випадків, на які поширюється застосування корисної моделі. Між вказаними ознаками і технічним результатом - забезпечення необхідного рівня розкислювання, модифікування та мікролегування рідкої сталі, гарантованого рівня якості (структури, механічних властивостей) металопродукції, зниження витрат на обробку сталі - існує причинно-наслідковий зв'язок, який пояснюється наступним чином. Сумісне використання в наповнювачі матеріалів з лужноземельними елементами кальцієм та барієм значно підвищує ефективність модифікування рідкої сталі за рахунок комплексного реагування активних кальцію і барію. Крім того, використання барію, в зв'язку з його фізикохімічними властивостями, може додатково знижувати забруднення металу неметалевими включеннями, і, тим самим, підвищувати якість металопродукції. В таких умовах більш ефективно проходять процеси розкислення і мікролегування. Вибране співвідношення провідних елементів в наповнювачі приводить до ефективного взаємного їх реагування з 2 UA 88589 U 5 10 15 20 25 30 розплавом, забезпечення необхідного рівня розкислення, модифікування, та мікролегування розплаву, стабільне отримання заданого вмісту мікролегуючих елементів в металі. Як матеріал з барієм може вживатись силікобарій, алюмобарій, комплексні сплави промислових марок відповідно нормативно-технічної документації їх виробництва та поставок. Це також дає можливість обробляти марки стал, в яких є обмеження по вмісту кремнію або алюмінію. В випадку більш жорстких вимог до якості металопродукції додатково в наповнювачі можуть використовуватися більш дорожчі матеріали з рідкоземельними металами (церієм, лантаном та іншими елементами цієї групи періодичної системи) відповідно нормативно-технічної документації на їх виробництво та поставку. Рідкоземельні метали одночасно мають високу модифікуючу та мікролегуючу дію за рахунок своєї високої термодинамічної активності і значній розчинності в рідкій та твердій сталі. Позитивним є також те, що завдяки своїй високій розчинності в сталі рідкоземельні метали мають пролонговану дію на метал. Таким чином, для протікання процесів розкислення, модифікування, мікролегування на необхідному рівні, отримання заданого вмісту мікролегуючих елементів в сталі, забезпечення необхідного рівня структури металу та механічних властивостей металопродукції, зменшення витрат на обробку рідкого металу необхідно використовувати порошковий дріт з вказаними характеристиками. Порошковий дріт розробленого складу випробувався під час позапічної обробки ливарної сталі марки 20Л. В цей же час проводилася обробка такої ж сталі порошковим дротом за прототипом. Порошкові дроти вводилися в сталерозливний ківш після попереднього розкислювання металу фероалюмінієм на випуску відповідно технологічної інструкції. Проведено по п'ять порівняльних плавок. Додатково проведено п'ять плавок з обробкою порошковим дротом з рідкоземельними металами. Аналіз проведених порівняльних випробувань показав наступне. Розливання дослідних і порівняльних плавок проходила без зауважень. На дослідних плавках отримано на 10-20 % відн. більше засвоєння мікролегуючих елементів. Рівень забруднення сталі неметалевими включеннями на всіх дослідних плавках був не більше 1,5 бала, на окремих порівняльних плавках були випадки з балами 2,0-2,5. Структурний показник якості металу бал зерна на дослідних плавках був не менше 8-го бала, на порівняльних не менше 7-го бала. Показники ударної в'язкості на зразках металу дослідних плавок, оброблених порошковим дротом з кальцієм та барієм, був в 1,1-1,3 рази вище, а оброблених з додатковим вмістом РЗМ не менш чим в 1,4 разу вище в порівнянні з прототипом. Додаткові дослідження показали, що необхідна якість металопродукції досягається при зниженні витрат запропонованого порошкового дроту на 5-10 % в порівнянні з аналогом. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 1. Порошковий дріт для комплексної обробки металургійних розплавів, що складається з металевої оболонки і порошкового наповнювача у вигляді суміші матеріалів, які містять алюміній, кальцій та титан, який відрізняється тим, що наповнювач додатково містить матеріал з барієм при наступному співвідношенні провідних елементів (% мас.): сума кальцію та барію 15-40 титан 5-20 алюміній решта, причому вміст барію в співвідношенні провідних елементів має бути не менш 4 %. 2. Порошковий дріт за п. 1, який відрізняється тим, що як матеріал з барієм використовуються силікобарій, алюмобарій, комплексні сплави. 3. Порошковий дріт за п. 1, який відрізняється тим, що наповнювач додатково містить сплав з рідкоземельними металами, в кількості, що забезпечує наступне співвідношення провідних елементів, % мас.: сума кальцію та барію 10-35 сума рідкоземельних металів 3-20 титан 5-20 алюміній решта. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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