Сплав кремнію з барієм – силікобарій – для обробки металургійних розплавів

Реферат: UA 93964 U UA 93964 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до чорної металургії, зокрема, для ківшевої обробки сталі. Для обробки металургійних розплавів - чавун, сталь, шлак широко використовують кальцій і його сплави на основі кремнію - силікокальцій. Проте, ефективність застосування кальцію і його сплавів знижується за рахунок піроефекту в результаті високої пружності пари, що перевищує феростатичний тиск залізовуглецевих розплавів при температурах понад 1500 °C. Барій, як і кальцій, належить до групи лужноземельних металів, але відрізняється високою температурою кипіння (1637 °C проти 1484 °C) і низькою пружністю пари, що призводить до усунення піроефекту при температурах рідкої сталі. Комплексні сплави барію з кремнієм (силікобарій) у цьому зв'язку більш ефективні силікокальцію. Ефективність сплавів силікокальцію і силікобарію також залежить від технології введення їх в рідкий метал у вигляді кускових (подрібнених) або порошкових компакт-матеріалів (брикетів, дроту) і, крім того, визначається хімічним і фазовим складом сплавів. Як аналоги вибрані промислові гостовані сплави кремнію з кальцієм і барієм, прототипом є російський патент на винахід за заявкою 2007142783/02 від 19.11.2007 р., в якому хімічний склад сплаву силікобарію для наповнювача порошкового дроту регламентується його фазовим складом, що містить інтерметаліди BaSi2. В основу корисної моделі поставлена задача оптимізації хімічного складу сплавів силікобарію з урахуванням їх фазового складу, що відповідає стабільним інтерметалідам силіциди барію в твердому і рідкому станах. Структурно-хімічний стан сплавів силікобарію визначається на полігональній діаграмі стану системи кремній-барій, яка побудована новим графоаналітичним методом у всьому інтервалі концентрацій твердих і рідких вихідних компонентів [1]. Відома діаграма [2] включає силіциди барію: Ba7Si → Ba2Si → Ba5Si3 → BaSi → Ba3Si4 → BaSi2 і дві евтектики, в довіднику [3] зазначені інші силіциди: BaSi3 → Ba2Si7 → BaSi4, умови утворення яких не вивчені. Полігональна діаграма барій-кремній, представлена на кресленні (вставка - відома діаграма [2]) в координатах температура - склад, де на абсцисі цифрами умовно позначений послідовний ряд проміжних фаз - перший стехіометричні коефіцієнти відносяться до барію, другий - до кремнію: Ba6Si (Э1) → Ba2Si → BaSi → BaSi2 → BaSi3 (Э2) → BaSi4 → BaSi8 →BaSi48. Наведений ряд інтерметалідів містить всі відомі фази, умови їх утворення та існування в твердому і рідкому станах, що необхідно знати для розробки оптимального складу сплавів. Суть корисної моделі полягає в тому, що сплав кремнію з барієм - силікобарій - для обробки металургійних розплавів утворюється на основі інтерметалідів (силіцидів барію) при співвідношенні інгредієнтів (мас. %): барій - 5-95, кремній - решта, що відповідають стехіометричному складу хімічних сполук на полігональної діаграмі стану твердих і рідких вихідних компонентів системи кремній-барій. У таблиці представлена класифікація сплавів силікобарію на основі аналізу структурнохімічного стану проміжних фаз системи кремній-барій. Таблиця включає стехіометричний і хімічний склад силіцидів барію, температури їх утворення і плавлення, а також щільність. Сплави силікобарію промарковані із зазначенням граничних концентрацій кремнію і барію. Загальною ознакою з прототипом є наявність інтерметаліду BaSi2, як визначального хімічного склад сплаву. Однак хімічна активність, термічна і механічна стабільність сплаву залежить від умов утворення та існування при температурах рідкого металу. Як було раніше встановлено [4], хімічно активними і стабільними сплавами є ті, які утворюються в твердому і зберігаються в рідкому станах. Це відноситься до сингулярних фаз з конгруентною точкою плавлення, а саме (див. таблицю): силіциди барію - SiBa2, Si2Ba, Si4Ba. Евтектичні силіциди барію, що утворюються в рідкому стані: SiBa 6 (600 °C) → Si3Ва (1000 °C), є довгоживучими в металевому розплаві та ефективними для його рафінування. У твердому стані сплави на базі таких інтерметалідів метастабільні і розпадаються відразу при затвердінні. Інконгруентні сплави, що утворюються в твердому стані на основі силіцидів SiBa → Si8Ba → Si48Ba, розпадаються при плавленні, що виключає комплексну обробку розплаву, але стабільні при тривалому зберіганні, що визначає їх комерційну цінність і дозволяє використовувати у вигляді сумішей сингулярних фаз. Отже, оптимальними складами сплавів силікобарію є ті, які утворюються на основі сингулярних фаз і максимально ефективні при комплексному рафінуванні залізовуглецевих розплавів, залишаючись механічно міцними при тривалому зберіганні. Це є головною відмітною ознакою від прототипу і є необхідною і достатньою умовою новизни корисної моделі. 1 UA 93964 U 5 10 Техніко-економічна ефективність сплавів силікобарію, що містить 25-30 % барію (ФС70Ба30) для ливарних сталей типу 20ГЛ, виражається, зокрема, підвищенням щільності виливків на 2030 %, що покращує службові характеристики металопродукції. Джерела інформації: 1. Белов Б.Ф. Методика построения полигональных диаграмм состояния бинарных металлургических систем / Б.Ф. Белов, А.И. Троцан, П.С. Харлашин, Ф.С. Крейденко // Свідоцтво авторського права на твір № 2825 від 14.03.2000 р. 2. Лякишев Н.П. Диаграммы состояния двойных металлических систем / М.: Машиностроение. - Т. 3. - 2001. - С. 549, 550. 3. Вол А.Е. Строение и свойства двойных металлических систем / М.: Физматгаз. - T. 1. 1959. - С. 558. 4. Троцан А.И. Разработка, получение и использование сплавов вторичного алюминия для раскисления стали /А.И. Троцан, Б.Ф. Белов, И.В. Паренчук и др. // Бюл. "Черная металлургия". - 2007. - № 2. - С. 35-38. 15 Таблиця Класифікація сплавів силікобарію Інтерметаліди Хімічний склад, № п/ СтехіометТемпература, °C мас. % п ричний УтвоПлавсклад Si Ba рення лення Сплави Щільність, 3 г/см Маркувальний склад 1 SiBa6(Э1) 3,3 96,7 600 600 3,55 С5Ба95 2 3 4 5 6 7 8 SiBa2 SiBa Si2Ba Si3Ba (Э2) Si4Ba Si6Ba Si12Ba 9,3 17,0 29,0 38,0 45,0 55,0 84,0 90,7 83,0 71,0 62,0 55,0 45,0 16,0 300 750 500 1000 700 700 1000 900 1200 1000 1100 950 3,47 3,38 3,22 3,11 3,02 2,90 2,72 С10Ба90 С15Ба85 С30Ба70 С40Ба60 С45Ба55 С55Ба45 С15Ба85 9 Si48Ba 90,7 9,3 800 2,44 С90Ба10 Хімічний склад, мас. % Si Ва не более 3,3 3,3-17,0 9,3-29,0 17,0-38,0 29,0-45,0 38,0-62,0 45,0-84,0 45,0-90,7 не менш 45,0 не менее 96,7 96,7-83,0 90,7-71,0 83,0-62,0 71,0-55,0 62,0-38,0 55,0-16,0 55,0-9,3 не менш 53,0 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 1. Сплав кремнію з барієм - силікобарій - для обробки металургійних розплавів, який відрізняється тим, що основні елементи знаходяться в наступному співвідношенні: барій 5-95 кремній решта. 2. Сплав кремнію з барієм за п. 1, який відрізняється тим, що стабільні сплави відповідають складу твердих і рідких розчинів на базі інтерметалідів Ba2Si → BaSi2 → BaSi4. 2 UA 93964 U Комп’ютерна верстка В. Мацело 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