Двошаровий порошковий дріт для позапічної обробки металургійних розплавів

Реферат: UA 84795 U UA 84795 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до чорної металургії, а саме до позапічної обробки металургійних розплавів порошковими реагентами. Відомий порошковий дріт, що складається із сталевої оболонки і порошкового наповнювача. Основною проблемою, з якою стикаються при введенні в розплав порошкового дроту, що містить компоненти, що активно окислюються або переходять у газоподібний стан при температурах, нижче температури розплаву, є неможливість забезпечення їх введення на достатню глибину розплаву, при якій відбувається максимальне засвоєння активного компонента наповнювача, а також забезпечення температурного режиму в момент розплавлення оболонки, при якій наповнювач надходить в розплав у рідкому стані. Дану проблему вирішують кількома способами: - Використанням більш товстої сталевої стрічки. - Використанням конструктивних елементів дроту (виконання "з компенсатором"). - Додаванням до основного компонента наповнювача баластних добавок, які виступають у ролі пасиватора, охолоджувача або додаткового модифікатора (дво-трикомпонентні порошкові дроти). - Використанням як елементів, що підвищують жорсткість дроту, сталевого сердечника. Указані способи добре вивчені та активно використовуються при виробництві порошкового дроту, але всі вони мають ряд недоліків, зокрема: - При збільшенні товщини оболонки ускладнюється процес виготовлення порошкового дроту, зважаючи на збільшення навантаження на прокатні кліті та ролики, що призводить до їх швидкого зносу і утворення дефектів замку порошкового дроту. Крім того, при використанні такого дроту на ділянці позапічної обробки ускладнюється процес розмотування дроту в трайбапараті, збільшується знос роликів і підвищується кількість відходів дроту зважаючи на її заплутування і пориви. За рахунок напружень, внесених в структуру металу при намотуванні такого дроту, дріт не випрямляється при проході через ролики трайбапарата, і входить в розплав під кутом, відмінним від прямого, що призводить до неможливості пробити шлаковий пояс, відскакування від дзеркала металу, згоряння оболонки на шлаку і вигорання порошкового наповнювача в шлаковому поясі. Таким чином, потовщення оболонки може призводити до підвищення відходів дроту та погіршення засвоюваності компонентів наповнювача. - Формування ребра жорсткості у вигляді компенсатора забезпечує найбільш стабільну роботу дроту і введення його на максимальну глибину в розплав. Якщо штатна швидкість введення дроту без компенсатора зазвичай не перевищує 3 м/с, то дріт з компенсатором може вводитися в розплав на швидкості до 6 м/с. При цьому, можливе введення дроту до глибини більше 1,4 метра. Недоліком такого дроту є можливе викривлення дроту при введенні в розплав за рахунок напружень, що виникли під час намотування, з відскоком від дзеркала металу і виходом дроту в шлаковий пояс, а також зниження коефіцієнта наповнення за рахунок формування компенсатора. Також необхідно врахувати, що для формування оболонки такого дроту потрібне застосування більш широкого штрипсу (додатково 4 мм), що додатково знижує коефіцієнт наповнення і погіршує економічну ефективність використання порошкового дроту; - Використання баластних домішок. Використання як наповнювача тільки активного компонента дроту (кальцію, магнію) є в даний час скоріше винятком у сучасній практиці виробництва порошкового дроту. Як правило, діючий компонент наповнювача використовують у механічній суміші з іншими, менш дорогими порошкоподібними елементами, до яких належать сталева, чавунний дріб, металевий порошок, феросиліцій, вогнетривкі або флюсові наповнювачі, або їх поєднання. Найбільш оптимальним є суміш з сталевим дробом або металевим порошком, тому що в цьому випадку забезпечується максимальна маса наповнювача і відповідно збільшується глибина введення дроту. Також така добавка вирішує завдання терморегуляції наповнювача, що перешкоджає переходу наповнювача в газоподібний стан, і підвищує стійкість оболонки. При використанні як наповнювача вогнетривких матеріалів (обпалений доломіт, магнезит, шамот тощо) підвищується бал забруднення металу неметалевими включеннями, при цьому така добавка не здійснює функцію терморегуляції наповнювача, що призводить до підвищення барботажу при обробці розплавів. Використання як добавок флюсів (флюорит, вапняк тощо) може бути застосовано в деяких випадках, однак такі суміші не можуть використовуватися універсально завдяки присутності небажаних елементів та їх гігроскопічності. Таким чином, варіант використання різних добавок частково вирішує проблему введення активного компонента наповнювача на необхідну глибину розплаву, однак, не позбавлений недоліків. Варіант введення в дріт армуючих елементів (металевого дроту, стрижнів і т. п.) погіршує умови введення дроту в розплав, оскільки за рахунок деформації такого стрижня, викликаного 1 UA 84795 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 різним коефіцієнтом розтягненнями при виробництві дроту з стержнем металу оболонки і металу стрижня виникають внутрішні напруги в момент нагрівання оболонки, що призводять до руйнування оболонки і виходу наповнювача в розплав у верхніх шарах металу або навіть у шлаковому поясі. Найбільш близькою до дроту, що заявляється, є традиційний порошковий дріт (патент СРСР № 1794099, Бюл. № 5 від 07.02.93). Згідно з корисною моделлю, при виготовленні порошкового дроту здійснюється формування з металевої стрічки жолоба U-подібної форми, засипка порошку і ущільнення його за допомогою спеціального притиску, з'єднання крайок замку і на останньому етапі закривання замку, в результаті чого досягається висока щільність наповнювача і формується внутрішнє ребро жорсткості. Також при виготовленні дроту можливе формування додаткового ребра жорсткості (компенсатора). Дане ребро формується за рахунок загинання стрічки на глибину близько 2 мм. Компенсатор забезпечує підвищення жорсткості дроту і зменшує нерівномірність деформації по поверхні дроту при її витяжці. Замок і компенсатор в якійсь мірі забезпечує жорсткість дроту при його введенні в розплав і підвищує ефективність використання матеріалу наповнювача. Однак, під час волочіння дроту відбувається деформація сталевої стрічки, яка нерівномірна по поверхні дроту за рахунок нерівномірного подовження стрічки, коливання рівня заповнення жолоба порошковим наповнювачем, биття елементів прокатного обладнання і т. п. Зазначені фактори призводять до втрати дротом вертикальної жорсткості при введенні дроту в розплав і частковому виході наповнювача в шлаковому поясі. Збільшення швидкості введення не вирішує задачу транспортування наповнювача на велику глибину в розплав, а призводить до протилежного ефекту, тобто відскакування дроту від дзеркала металу і згорянню наповнювача в шлаковому поясі. Цей факт призводить до істотного збільшення витрат дроту і підвищення вартості обробки розплаву дротом. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення порошкового дроту, що забезпечує необхідну вертикальну жорсткість порошкового дроту і, відповідно, звільнення наповнювача на заданій глибині розплаву, стабільність швидкісного режиму введення порошкового дроту, підвищення ефективності використання матеріалів наповнювача, зниження витрат порошкового дроту для позапічної обробки металу, технологічність його виробництва. Ця задача вирішується тим, що порошковий дріт є двошаровим. Внутрішня дріт діаметром 910 мм. з активним елементом наповнювача (до таких може відноситись кальцій металевий, магній та інші наповнювачі, або суміші, що їх утримують, що мають високу спорідненістю до кисню), розміщена всередині зовнішнього дроту діаметром 14-16 мм. Між двома дротами створений прошарок за рахунок заповнення порожнього простору порошковим інертним наповнювачем. Таким наповнювачем можуть бути вогнетривкі порошки (динас, обпалений доломіт, магнезит і т. п.) або шлакоформуючі елементи (вапно, польовий шпат, сода), або їх комбінація. Спільними з прототипом істотними ознаками є: сталева оболонка; порошковий наповнювач. Відмінними від прототипу істотними ознаками є: - Двошарова конструкція порошкового дроту ("дріт в дроті"); - Використання як роздільника зовнішнього і внутрішнього дротів порошкового заповнювача. Наведені вище ознаки є необхідними і достатніми для всіх випадків, на які поширюється межа застосування корисної моделі. Між суттєвими ознаками і технічним результатом: забезпечення необхідної вертикальної жорсткості порошкового дроту, звільнення наповнювача на заданій глибині розплаву, можливість підвищення швидкості введення дроту, підвищення ефективності використання активних матеріалів наповнювача, зниження витрат порошкового дроту для позапічної обробки металу, зниження барботажу при введенні дроту - існує причинно-наслідковий зв'язок, яка пояснюється таким чином. При введенні двошарової дроту в розплав відбувається розплавлення шарів дроту і вивільнення порошкоподібного наповнювача в наступній послідовності: - зовнішня оболонказаповнювач-внутрішня оболонка-активний наповнювач. При цьому, за рахунок відсутності контакту між металом зовнішньої і внутрішньої оболонки, остання довше зберігає свою жорсткість, що дозволяє ввести активний компонент наповнювача на більшу глибину розплаву. Найбільш ефективно ця властивість двошарової дроту проявляється при використанні як заповнювача простору між зовнішньою і внутрішньою дротами порошкоподібною вогнетривким матеріалом за рахунок низького коефіцієнта теплопередачі останнього. Також наявність зазору 2 UA 84795 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 між внутрішньою і зовнішньою оболонками забезпечує збереження технологічності дроту, в тому числі забезпечення необхідної еластичності й істотне підвищення міцності дроту в порівнянні з традиційною конструкцією. Двошарова конструкція забезпечує стабільне розмотування бунту дроту, вирівнювання дроту при проході через ролики трайбапарата і спрямовуючу трубку, відсутність пружних деформацій після виходу за трубку і вертикальну жорсткість, достатню для пробиття шлакового пояса і дзеркала металу на швидкості, що перевищує 0,2 м/с. Передача тепла від зовнішньої оболонки до внутрішньої відбувається з істотним запізненням завдяки наявності шару порошкового наповнювача між дротами, завдяки чому внутрішня оболонка починає розм'якшуватися лише всередині шару рідкого розплаву. Це дозволяє збільшувати швидкість введення дроту до 6 м/с, що забезпечує введення основного компонента наповнювача на глибину 1,5-3 м. Вивільнення діючої речовини на такій глибині гарантує істотне зниження або навіть відсутність барботажу та викидів газоподібного наповнювача дроту за дзеркало металу. Таким чином, ступінь засвоєння наповнювача істотно вище, ніж у випадку традиційного порошкового дроту. Також такий дріт практично виключає пориви і заплутування при його введенні в розплав. Як зазначалося раніше, відсутність безпосереднього контакту між оболонками зважаючи на наявність шару порошкоподібного заповнювача забезпечує достатню еластичність дроту, а подвійна оболонка підвищує лінійну міцність. Приклад використання двошарового порошкового дроту. Наповнювач внутрішньої оболонки - кальцій металевий, заповнювач між дротами порошкоподібний обпалений доломіт. У електросталеплавильному цеху металургійного комбінату використано 5 бухт порошкового дроту зовнішнім діаметром 15 мм по заявленому прототипу. Внутрішній дріт має зовнішній діаметр 10 мм. Наповнення - кальцій металевий 66 г/м. Заповнювач - обпечений доломіт - 50 г/м. Товщина оболонки зовнішньої і внутрішньої дротів - 0,4 мм, матеріал оболонки - ст. 08 пс, загальна вага оболонок - 320 г/м. Разом сумарна вага дроту - 436 г/м. Результати порівнювалися з традиційно використовуваним дротом з наповненням кальцій + сталевий дріб 30*70 діаметром 13 мм. При цьому, наповнення склало 256 г/м, в т. р. Кальцій металевий - 77 г/м, сталевий дріб діаметром 1,4 мм - 179 г/м, товщина оболонки - 0,4 мм, метал - ст. 08 пс, вага оболонки - 170 г/м. Раніше проведена статистика з використання порівняльної дроту з наповненням кальцій + сталевий дріб: середня кількість поривів - 2 на 10 бухт, максимальна швидкість введення 2,5 м/с, при введенні спостерігався активний барботаж. Кількість введеного дроту - 300 метрів на ківш (200 гр. кальцію на тонну металу). Середній вміст залишкового кальцію після обробки становило 0,0018 %. При використанні дослідного дроту не було відмічено випадків обривів або бурінь, максимальна швидкість введення склала 5,0 м/с, середня - 4 м/с, барботаж був істотно нижче, ніж при введенні порівняльного дроту, при введенні аналогічної кількості метрів дроту - 300 метрів на ківш, що в даному випадку склало 172 грамів кальцію на тонну металу, середній вміст залишкового кальцію після обробки становив 0,002 %. При порівнянні рівня забруднення металу неметалевими включеннями (використання обпаленого доломіту замість сталевого дробу в порошкової дроті звичайно збільшує бал забруднення металу), встановлено, що збільшення вмісту неметалічних включень розплаву дослідної дротом не зафіксовано. Таким чином, витрата кальцію на тонну оброблюваної сталі знизилася на 14 %. Економічний ефект від впровадження даного виду дроту полягає в наступному: - Зниження витрат на сировину від зниження витрати кальцію металевого вище зростання витрат, пов'язаних із збільшенням трудомісткості виготовлення порошкового дроту і підвищенням кількості використовуваної сталевої стрічки. Спосіб виробництва двошарової порошкового дроту. Порошковий дріт виробляється в 2 етапи. На першому етапі на діючій лінії виробництва порошкового дроту проводиться внутрішній дріт з основним діючим компонентом. Дріт намотується на спеціальну котушку, яка забезпечує розмотування дроту з кінця бунту. Після намотування необхідної довжини, внутрішній дріт на котушці перевозиться на іншу лінію, на якій встановлюється в розмотувач. На другій лінії відбувається формування жолоба зовнішньої дроту, в який системою роликів подається внутрішній дріт. Після центрування дроту в жолобі, проводиться засипка першої порції порошкового матеріалу, який просипається між внутрішнім дротом і зовнішньою 3 UA 84795 U оболонкою. Для кращого просипання на зовнішню оболонку здійснюється вібраційний вплив спеціальним механізмом. Після утрамбовування засипається друга порція порошкового матеріалу, і відбувається завальцювання замка традиційним способом. 5 10 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Порошковий дріт для позапічної обробки металургійних розплавів, який відрізняється тим, що складається з двох шарів дроту, простір між якими заповнено порошковим заповнювачем, причому як такий заповнювач є вогнетривкі порошки (динас, обпалений доломіт, магнезит і т. п.) або шлакоформуючі елементи (вапно, польовий шпат, сода), або їх комбінація. 2. Порошковий дріт для позапічної обробки металургійних розплавів за п. 1, який відрізняється тим, що як заповнювач внутрішнього дроту використовується кальцій металевий, магній та інші наповнювачі або суміші, що їх утримують, що мають високу спорідненість до кисню. 3. Порошковий дріт для позапічної обробки металургійних розплавів за п. 1, який відрізняється тим, що проміжок між внутрішнім дротом та зовнішньою оболонкою становить 0,5-3 мм. 4. Порошковий дріт для позапічної обробки металургійних розплавів за п. 1, який відрізняється тим, що вміст активного компонента дроту (кальцію, магнію) загального у складі наповнювача дроту складає 5÷35 % мас. 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 4